停采工作面的煤层自然预防体系的建立

亓静超

（山东能源淄矿集团许厂煤矿,山东 济宁 272173）

0 前言

火灾是我国煤炭安全生产的五大灾害之一。矿井一旦发生火灾，火势发展的速度快，控制比较复杂，影响的范围比较广，极易造成人员伤亡和财产损失，甚至引起煤尘、瓦斯爆炸，以至于酿成更大的灾害。煤矿火灾分为内因火灾和外因火灾，其中内因火灾是防治重点。内因火灾，又称煤炭自燃。内因火灾主要发生在采空区、冒顶处和压酥的煤柱中。采空区中，尤其采用回采率低的采煤方法时，采空区中遗留的煤炭多，最容易引起煤炭的自燃。

1 煤层自燃机理

暴露在空气中煤由于与空气接触时氧化，氧化时散发热量，若空气不流通，热量就是持续积聚，当热量聚集到一定程度，煤层就会自燃。煤体要发生自燃必须具备以下四个条件：（1）具有低温氧化性，即有自燃倾向的煤以破碎状态存在；（2）有大于12%氧含量的空气通过这些碎煤；（3）空气流动速度适中，使破裂煤体有积聚氧化热的环境；（4）在上述3个条件同时具备的状态下，持续一定的时间，使煤体可以达到着火温度。

2 加强预测预报

（1）束管连续监测预报。在工作面回风隅角、回风顺槽设置连续监测点，利用束管监测装置24小时监测CO、CH4、O2等气体的变化情况。（2）人工取样分析。每隔一定距离，在采空区预埋束管，通过预埋束管，每天进行人工取样色谱分析，根据分析结果总结采空区CO与O2等气体的变化规律，为防止采空区遗煤自燃提供详实可靠数据。（3）人工检查。每天三班，每班至少两次，对采煤工作面、回风隅角、回风流的CO浓度、CH4浓度和温度等进行检查。（4）安全监测。在工作面回风顺槽安设CO、温度监测传感器，通过安全监测系统，24小时对CO浓度和工作面温度的变化情况进行监测。（5）构筑阻燃墙。停采后，在进回风隅角构筑防火阻燃墙，并喷涂防火材料，墙体要封堵整个进回风隅角，密封性好，严密不漏风，减少采空区漏风量和缩短氧化带宽度。

3 防灭火技术的选择

（1）构筑拦浆防火墙。防火拦浆墙可起到堵截拦浆和减少采空区漏风的作用，以减少采空区氧化带的宽度。拦浆防火墙应构筑工作面进风、回风隅角密集支柱（支架）后。拦浆防火墙间距控制在40～50m；当采煤工作面遇到地质构造等特殊情况时，拦浆防火墙间距调整到20～30m。拦浆防火墙采用不燃性建筑材料。用纤维编织袋盛装粉煤灰或碎煤炭加入FSA快砌料阻化剂后封口，在采煤工作面进、回隅角密集柱后垛放成墙。（2）预防性注浆。注浆地点应选择停采工作面采空区、大面积采空区。停采工作面采空区。工作面推进至停采线，在工作面上顺槽停采线处留设一路φ100（50）mm钢管，钢管外端与注浆管路主管路合茬，里端出口处要留设1个三通阀门，并用钢丝网等物挡好，防止顶板跨落堵管、压坏。工作面密闭后，及时对工作面停采线进行注浆，当注到注浆管的浆液不流动时，停止注浆，打开放水管阀门放水，再进行注浆，这样多次注浆后，密闭内注浆以注不进为止。大面积采空区。利用束管检测系统每半月对采空区气体进行分析，当采空区中氧气浓度高于7%，且存有一氧化碳时，对采空区进行注浆。（3）水玻璃凝胶。水玻璃凝胶是在一种封堵、充填材料，不同浓度的水玻璃和偏铝酸钠溶液由泥浆泵加压后，经混合器、花管注入到面后采空区、高冒区中，对采空区漏风通道进行封堵、充填，并对煤体进行降温。使用地点为停采工作面面后采空区、局部高冒区。凝胶由水玻璃溶液和促凝剂溶液混合而成，其中水玻璃溶液配比（重量比）为水玻璃：水=1：1，促凝剂（碳酸氢氨或偏铝酸钠）溶液配比为碳酸氢氨：水=（2—10）：100。成胶时两种溶液比例为水玻璃溶液：促凝剂溶液=1：2。根据成胶时间和使用地点不同，可适当增加或减少基料和促凝剂的比数。（4）注氮防火。主要用于停采工作面采空区气体置换。制氮指标应满足氮气浓度不小于97%且氧气浓度不得超过5%。采用“动态监测、 适时注氮”工艺。即以工作面回风隅角检测出的CO及C2H4含量为依据，按照煤层自燃标志气体指标，当工作面回风隅角煤层自燃标志气体指标达到一定标准时，即需迅速进行注氮。注氮时，在工作面的进风顺槽（进风隅角）用钻机直接打钻进入采空区氧化带，然后用钻杆作注氮临时管路。其间，要配合其它防火措施，并加强对采空区气体的检测分析，当煤层自燃标志气体指标下降到自然标准以下后，可停止注氮，撤出钻机、钻杆。（5）均压防火。通过调整优化停采工作面和大面积采空区通风系统，降低采空区两端的压差，降低采空区的漏风量。（6）注胶防火。停采后回风隅角一氧化碳浓度持续升高时。在地面浆池内将粉煤灰浆液和成胶材料按比例配好并搅拌均匀；把配制好的浆液沿管路系统输送至注胶地点；在顺槽后部采空区堆积土袋（或煤袋），建立堵漏隔离墙，把灌浆管预设在隔离墙顶部；井下见浆后启动ZM－5/1.8D煤矿用注浆机，把胶凝剂按比例通过混合三通加入灌浆管道内，与浆液混合形成胶体后注入采空区。

4 技术要求

（1）束管监测、安全监测操作和维修人员，应对各种仪器、仪表及时进行标校和维修，认真分析气样，确保系统运行正常、数据准确可靠；（2）停采前，必须维护注浆系统、注氮系统、防尘供水系统、束管监测和安全监测等系统，备足消防用材料和设备；（3）要加强各地点的防灭火管理，针对不同地点，不同情况，选择适宜的防灭火措施，并根据现场实际灵活运用。

5 结论

煤层自燃是制约矿井发展的一个重要因素，因此必须建立有效的预防制度。在通过预测预报及各防灭火技术的选择等方面结合可以有效的防止煤层自燃。

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