低推进度条件下工作面采空区防灭火技术研究

田小明 汪虎 许永刚

摘 要：为了有效防治低推进度条件下回采工作面采空区自燃，结合实际情况，制定并实施了黄泥灌浆为主，注氮防灭火、注凝胶、减少漏风相结合的综合防灭火手段，实现了411工作面的安全高效回采，取得了较好的经济效益。

关键词：采空区；自燃；黄泥灌浆；注氮；凝胶；防灭火

1 工作面概况

胡家河煤矿411工作面煤层赋存稳定，煤层厚度15～26.5m，工作面可采走向长度1495.5m（平距），倾向长180m，工作面回采煤层厚度13.5m，其中割煤设计高度3.5m，放顶煤高度10m。胡家河矿411工作面采用综采放顶煤技术，冒落高度大、采空区遗留浮煤多，漏风严重，为煤炭氧化提供了充足的反应物，采空区煤炭自燃危险性增大；工作面布置四条巷道，破坏了煤体的整体性，在冲击地压条件下，回风巷和泄水巷与进风巷道之间的煤柱被压酥，回风和进风巷道顶板破碎，支护难度加大，工作面及端头支架往前移动缓慢，最终导致工作面推采速度缓慢，给采空区浮煤氧化提供了时间，为采空区的自燃发火提供了充足的条件，从而增加了防灭火的技术难度。

根据现场采空区“三带”的测定划分结果，可知在进风侧自燃带达80m左右，回风侧为50m左右。采空区不燃带宽度较窄，对于401101工作面，日推进速度在5m左右，因而，遗煤在不燃带停留时间较短，对于回风侧，工作面在4天即可进入煤氧化自燃带。当推进速度小于3.75m/天时，就存在自燃发火的可能，因此401101工作面的最低推进速度为3.75m/天，每月的最低推进距离为113m。自矿井发生冲击地压后，为了降低冲击地压危险性而被迫将月推进度由113m降到96m，造成采空区的自燃危险性大幅增加，工作面上隅角CO浓度一度达到30ppm以上，直接威胁到了工作面的安全回采。

针对上述问题，在对采空区遗煤发火原因及低推进度条件下采空区煤自燃危险性区域分析的基础上，结合矿井的实际情况采取了黄泥灌浆为主，注氮防灭火、注凝胶、减少漏风相结合的综合防灭火技术措施，实现了低推进度采空区自燃的有效防治。

2 低推进度条件下工作面采空区防灭火技术措施

2.1 黄泥灌浆

采用随采随灌的方法，在411灌浆巷每间隔40m左右打1组注浆钻孔（如图1所示），每组钻场放射性布设3-5个灌浆钻孔，钻孔直径113mm，开孔高度为1.2米，终孔位置在离采空区底板3米左右，封孔管长度为21米的Φ108mm的无缝钢管，封孔采用马丽散，封孔长度为2米，钻孔参数如表1所示。

2.2 采空区注氮

在防灭火区域内注入氮气后，使该区域内气体氧的含量降低，增加了气体惰性化阻止了煤炭氧化。对于火区，则因氧的含量不足而熄灭。对于防火区域，则缩小了氧化带，扩大了窒熄带，有利地抑制了煤的氧化自燃。

401101运输顺槽注氮管路靠非生产帮顶部敷设，安装牢固。在距管路端头60m处加设三通和绝缘段，每60m掐一次注氮管路，当注氮管路埋入采空区10m时开始注氮，当管路埋入40m时，开始埋设第二趟注氮管路，当第二趟埋入10m时开始向采空区注氮，同时停止第一趟管路注氮，这样循环注氮，直至工作面采完为止。所埋入管道的端口用铁丝网罩好，并用坚固的护栏（或石墙）保护，防止煤岩、泥水等进入管孔内，堵住管路出口，具体见图2

在距工作面下隅角15m范围内，注氮管路上必须设检测位置和带阀门的旁通管，以便每次注氮以前要监测氮气浓度，注氮时氮气浓度不得小于97%。

2.3 注三相泡沫

由于411工作面初采期间20m不放顶煤，大量遗煤留在采空区，高抽巷口与切眼贯通处未放震动炮，裂隙小，导致高抽巷下方采空区煤体蓄热氧化，CO浓度升高，最高达203ppm。根据当时巷道施工情况，高抽巷里段已封闭，由于高抽巷里段有150m的下坡，由411回顺向高抽巷里端坡顶施工钻孔，灌注三相泡沫和黄泥浆，从而达到隔绝氧气、煤体降温的目的。经过几天的连续灌注，注入的三相泡沫对氧化的浮煤进行了有效的覆盖，高抽巷里CO的浓度开始连续下降，起到了很好的防灭火效果。

2.4 注凝胶

根据胡家河煤矿实际情况，注胶位置一般在灌浆巷或者运输巷下隅角，当出现俯采时，为了防止黄泥浆大量流失，需要从灌浆巷通过钻孔往采空区灌注凝胶，钻孔滞后工作面10m左右，凝胶进入采空区后在工作面后部形成一条隔离带，形成的胶体隔离带宽度不小于10m，深度不小于10m，高度以有淹没采空区浮煤为限，约5m，即每个隔离带注胶量500m3左右。隔离带形成后能够有效的封堵漏风，并且能防止黄泥跑浆。另外，当工作面出现局部高温点，且能够判断出高温点位置时，可以采用注凝胶的方法。

凝胶由于其流动性能不好，在采空区中扩散的范围很小，所以在实际应用中不能依靠大量的凝胶来覆盖采空区大范围的火源。它只能有效的处理高冒、煤柱裂隙等小范围的自燃问题。同时可以充分发挥凝胶的堵漏特性，和黄泥灌浆、氮气以及三相泡沫技术配合使用。

2.5 工作面上下隅角封堵漏风

采空区漏风直接为遗煤自燃提供所需的氧气，而采空区上下隅角为采空区漏风的主要通道，漏风强度的大小直接影响了采空区氧化带宽度及其自燃危险性。

411工作面开始回采后就开始运用卡弗尼快速预制块对上、下隅角未冒落的区域进行封堵，如图3所示，大幅度降低了工人劳动强度，缩短了封堵墙的施工时间，有效地减少了上、下隅角瓦斯涌出量，抑制了上、下隅角的漏风。

3 预防煤层自燃

胡家河煤矿411工作面通过安装束管监测系统，CO传感器和温度传感器来对煤炭自燃的早期识别标志O2、CO、C2H4、C2H6等气体含量实现24小时连续循环监测，及时预测预报发火点的温度变化。同时安排专人每班对高抽巷、灌浆巷闭墙、瓦斯抽放管路、工作面上隅角、回风巷的CH4、CO2、CO等气体浓度和温度等观测一次。每天用气囊采集工作面上隅角和高抽巷气样各一次，进行分析化验，做到及时发现及时处理，防患于未然。

一方面可确保尽早发现自然发火预兆，另一方面为分析采空区自燃特征及合理采取防灭火措施提供依据。

4 结束语

（1）结合煤矿采空区“三带”现场测定划分的结果及工作面推进速度，分析确定了低推进度条件下采空区煤自燃危险区域的范围。

（2）根据采空区发火原因及采空区自燃危险区域的分析，采取了黄泥灌浆为主，注氮防灭火、注凝胶、减少漏风相结合的综合防灭火措施。

（3）综合防灭火措施采用后，减小了工作面上隅角CO浓度，实现了低推进度条件下采空区的有效防治。

参考文献

[1]国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2004.

[2]任万兴，王德明.应用三相泡沫技术防治大倾角俯采综放工作面煤炭自燃[J].煤矿安全，2006，37（2）；11-13.

[3]任万兴，王德明.松软巨厚煤层高冒区自然发火原因及其防治技术[J].煤炭科学技术，2007，35（5）；24-27.

作者简介：田小明（1986-），男，陕西长安人，助理工程师，2008年本科毕业于内蒙古农业大学水利工程专业，现就职于陕煤彬长胡家河矿业有限公司，从事于煤矿“一通三防”技术管理。