综合防治自燃煤层技术在六矿二号井的应用

□董欢庆 冯焕超

一、煤层自然发火机理及原因

主要是煤层赋存条件、采煤方法、通风状况和采面布置。六矿二号井戊90 工作面是戊9 和戊10 合层煤，这两层煤之间有一层约0．67m 的软岩层，在回采过程为了保煤质保采高要求要拖住戊10 顶板用软岩层护顶，只采戊10 煤层，这样就使厚度为0．5m 的戊9 煤层随采随全部落到采空区，使采区形成大量的浮煤，浮煤呈立体赋存，位置较高，撒组化剂、灌浆不易包裹这些浮煤，工作面撤架后采空区易自然发火。另外采区西部接近锅底山断层的所有采区段采面构造较多，顶板破碎，过断层，超前护顶板，改造采面等等，推进速度慢，另采区东部一是受小煤窑侵蚀;二是减少煤炭资源损失，提高资源回收率，采面布置呈倒三角形、W 型、L 型且贴住采空区，甚至是布置、通风系统复杂，漏风通道多，煤炭已经过煤化，温度还高，还发现有高温点，这都是极易发生自然发火的外因。

二、工作面易自然发火的地点

一是与老巷接触处，采煤工作面在改造和推进过程中，与老巷推透后，因老巷推透后，因老巷有裂隙或封闭不严与采面形成漏风通道，老巷内的煤层已经过氧化且破碎易形成自燃，如戊90 -16090 改造巷处，戊90 -16090 采空区与戊8 -16070设备道老巷推透处。二是采空区氧化带深部。如果采面采长超过150 米，或遇地质构造带过断层等推进速度慢于85 米时，则采空区内氧化带的深部极易发生煤层自燃。三是巷道拐弯处，巷道拐弯处巷道压力增大，易发生巷道冒顶，风流经过巷道拐弯处时，风向发生变化，风阻增加，易向巷道顶部冒顶区渗漏，使冒顶区易氧化自燃。四是开切眼和回架空间。开切眼如回架空间为易发火地点之一，其原因为开切眼断面大，煤层易产生松动或高冒区漏风氧化自燃，开切眼回架空间由于安装回收支架时间较长，一般都超过了煤层自然发火期的煤炭被丢入采空区，增加了采空区发火的因素，如戊90 -16080 工作面，2015年4月1日出现的高温和CO22ppm。

三、自燃的早期预报技术

煤从低温氧化开始到自燃火灾的发生，要经过一个发展过程，在这个自燃过程中，煤与氧的反应，从缓慢到激烈，要经历低温氧化、白热两个阶段，才能就如燃烧状态，所以及早并正确判断煤的自燃状态及地点至关重要。

四、综合预防控制措施及防灭火技术的应用

六矿二号井开采十几年来，煤层自燃发火预兆频繁，在治理隐患中，积累了很多经验和教训，通过对11个采面预兆治理分析解剖，初步掌握了一些规律和防灭火方法，现简介如下。

(一)采用“改、隔、清、闭、灌、注、风、管”的九字传统防灭火方法。改:是改进采煤方法和开拓方式及巷道布置。隔:是使相邻两个工作面隔绝开。清:是清理浮煤和杂物。闭:是加快采空区、老巷、密闭。灌:实行采后预防灌浆。注:是建立注氮系随采随注。查:是严格执行班检、旬检制度。风:是加强通风管理。管:是科学的牌板管理及制度管理。

(二)采煤技术上采区下列防灭火方法。合理分层，精采细收，回采时不留顶煤，不留底煤，不留浮煤。一次采全层高，避免采错层位。合理确定下山煤柱，阶段间煤柱尺寸，下山煤柱留的偏小，加之开辅助巷道较多，煤柱受切割挤压大，松动圈，裂隙发育，一是造成漏风易发生自燃;二是一旦自燃处理困难，如戊90-16090 改造巷沿戊8 -16070 机巷布置，阶段煤柱不足5 米，上隅角出现CO 很难处理。查清楚地质构造，根据配制机电设备合理布置采面和采长。采煤工作面要避开断层多、构造多地段，如戊90 -16140 采面工有23 条断层构造，采面管理异常困难，冒顶采空区留煤较多，工作面较长，推进速度较慢，平均每月不足30 米，戊90 -16080 采面与戊90 -16140 基本相同，老唐出现CO 达47ppm。都是受采长较长遇地质构造较多所致。根据六矿二号井实际采面采长不超120 米为易，月推进速度应大于66 米，否则应采取专项措施防治结合。保证采面的正常接替，提高综采面的安装回收速度，凡是该安装、拆除的综采面，必须加强组织力量，加强培训，设备检修要过硬，配件器具准备要充分，一是要成立专项指挥部，按计划步骤稳步进行。二是要组织一支经过培训，长期安装回收的专业队伍，保证在30天自燃发火期内装完，拆除完，原则不能超过40天，现六矿二井安准队安装、拆除综采支架，平均9 架/日。阻化剂防灭火法，阻化剂采用氧化物水溶液，均匀洒在架间采空区能封闭煤的外表面，隔绝氧气吸收煤体水分，减少煤和空气中氧气接触的机会，达到延长煤的自燃目的，原理是煤被氧化后，生成物与氧化物进行化学反应，能抑制煤和氧的结合，起到反催化剂的作用，该方法工艺简单、不用设备，成本低，目前凡是推进速度慢，低于66m/月采面都在使用，效果明显，另外对可疑发火地点，用打钻、设管、用泵注防灭火剂、MEA 等也很有效。对高温顶板破碎压力大的密闭墙用快速密闭材料喷堵也是很有效防灭火材料和使用的手段。

五、通风防灭火的方法

第一，采用均压防灭火，以风灭火，让风压平衡，使漏进采空区内的压力等于0，形成风压在两巷之间密闭气流，把风隔在采空区外边，把CO 等有害气体堵在里边，破坏两个自燃条件，达到灭火目的，该方法是工作面总回风量不增加，减压不减风，作用是克服矿井总负压对采空区的拉力，能抑制自燃，控制风量，控制火势蔓延。此方法在戊90 -16070 回收时用过，在回撤支架中间眼上部上隅角CO 达到110ppm，局部供风，在回风巷用调节风门减压，坚持使用了一周时间，安全回完封闭。

第二，稳定风流，自燃发火不要随意改变通风系统，风压、风量大大小小最不好，流向自燃区的风量越大越危险，保持通风系统稳定，控制流向火源的风量至关重要。

第三，减少巷道失修率，经常清修，增大断面，减少矿井通风阻力，对盲巷、旧巷废巷、采空区即使封闭，封闭严密防止串风，是最好的综合防灭火方法。

六、关于防灭火的分析

第一，煤层自然发火，除了它本身有自燃倾向的内因外，还有大量的外在因素，防灭火工作就是如何减弱或杜绝外因的影响，而延迟其发火期，保证矿井的安全生产是一个治本的原则。

第二，六矿二号井工作面采空区水平三带的范围为:进风侧距工作面22 米以内，回风侧18 米以内为通风散热带;进风侧距工作面22～110 米，回风侧18～95 米间为氧化带;进风侧距工作面110 米以外，回风侧95 米以外为窒息带，最短发火期为40天，工作面推进速度只要小于66 米/月就有可能自燃。

第三，综合防灭火的必要。在撒阻化剂、灌浆的同时，采用其它一些新技术、新装备进行综合性防灭火是十分必要的。通过这几年的经验和教训，认识由浅入深，从局部到全面，改进防灭火措施，建立了完善的黄泥灌浆系统，注氮防灭火系统，在防灭火方面取得了一些成绩，但还没有从根本上杜绝自燃隐患的发生，还需要更进一步总结、探讨、改进、提高，为七矿的安全生产作出应有的贡献。

七、经济效益分析

六矿二号井各个工作面实施了综合防灭火措施后，连续每年都安全出煤600 多万吨，尤其是2014年的戊90 -16090、戊90 -16080、戊90 -16150 综采面综合防灭火技术的成功运用，能使六矿二号井安全出煤近90万吨，创造总效益超过20，000万元，且有很好的推广应用前景。