沿空掘巷防治煤层自然发火技术探讨

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沿空掘巷防治煤层自然发火技术探讨

李亚斌1，于强2

(1.内蒙古利民煤焦有限责任公司，内蒙古鄂克托旗016064；

2.郑州煤炭工业(集团)有限责任公司 告成煤矿，河南登封452477)

摘要矿井火灾是煤矿的重大自然灾害之一，根据引火热源不同分为外因火灾和内因火灾。外因火灾的火焰一般在燃烧物的表面，如果能及时发现和补救，是容易熄灭的，而内因火灾比较隐蔽，经常发生在人们难以进入的采空区或煤柱内。矿井采用留窄煤柱沿空掘巷时由于周边煤体卸压，形成漏风通道，封闭不严易导致漏风，存在自燃隐患，如不及时治理会引起矿井火灾。利民煤矿通过分析发火原因，采取均压通风、注黄泥浆、喷浆封闭及注罗克休等综合防灭火技术，取得了良好的防治效果。

关键词沿空掘巷；煤层；自然发火

收稿日期：2014-12-07

作者简介：李亚斌(1985—)，男，山西大同人，2010年毕业于华北科技学院，助理工程师，主要从事煤矿“一通三防”技术管理工作

中图分类号：TD75+2

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2015)01-0031-03

AbstractMine Fire is one of the major natural disasters in coal mine, according to heat source the fire is divided into external and internal fire. The flame of external fire is on the surface of things in general, it is easy to extinguish if discovery and remedy in time. But internal fire is covert, it often occurs in goaf or coal pillar where difficult to enter. Hidden danger of spontaneous combustion exists when Gob-side entry driving with a narrow pillar if treatment is not timely, because of surrounding coal pressure relief, air leakage passage formation and tender sealing lead to air leakage. Limin coal mine analyzes the cause of coal combustion, adopts comprehensive fire prevention and control technology such as pressure balancing ventilation, yellow slurry injection, whitewashing sealing and injecting rockshow, it achieves good control effect.

利民煤矿于1991年投产，设计能力150万t/a，通风方式为混合式，通风方法为抽出法，其中主井、副井进风，中央风井和北翼风井回风。矿井主采二1煤层，平均煤厚5 m，煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为14.17%，煤层自然发火倾向等级为不易自燃。由于矿井普遍采用留窄煤柱沿空掘巷，其回采巷道沿煤层底板布置，随着巷道向前掘进，巷道周边煤体卸压，有时难免会出现一些形态各异、相互联通的裂隙和孔隙，而使其封闭性被破坏，与外部通风巷道形成复杂的难以察觉的漏风通道，久而久之，其中破碎的煤体将发生前期很难检测到的、危害较大的自燃隐患，甚至发生火灾事故。

煤炭自燃是我国矿井的重大灾害之一，长期以来严重影响煤矿的安全生产和经济效益[1]，通过对巷道掘进和回采过程中采空区遗煤自燃和发火原因进行分析，有针对性地采取措施，达到根治自燃隐患，防治自燃火灾的目的。

1工作面概况

利民煤矿21031下副巷沿空掘进巷道于2010年10月开始掘进，净断面13 m2，采用36#U型钢支护，棚距0.5 m，其下部是21041工作面采空区，掘进工作面布置情况见图1.

图1　21031下副巷巷道布置示意图

21041工作面采空区为未压实采空区，在其中存在大量的相互贯通的空洞和空隙，在21031下副巷掘进过程中，由于巷道与21041采空区只有不足2 m的留煤柱间隔，随着21031下副巷的掘进，巷道周边煤体卸压，邻21041工作面巷帮出现较高温度，部分地段涌出CO，最高达50×10-6.

2煤层自然发火机理概论

1951年苏联学者维谢洛夫斯基等人提出，煤的自燃是氧化过程自身加速发展的结果，这种氧化反应的特点是分子基链反应[2]，即煤炭在生成过程中，形成了许多含氧游离子，如羟基(OH)和羧基(COOH)等。常温下，煤从空气中吸附氧，只能与这些游离基反应，并且生成更多的稳定性不同的游离基，此时既观测不到煤体温度的变化，也看不到其周围环境温度的上升。煤的氧化过程比较缓慢，但的确在发生变化，如重量略微增加，着火温度下降，化学活性增强。这个阶段通常称为煤的自燃潜伏期。

经过潜伏期后，煤的氧化速度加快，不稳定的氧化物分解成水、二氧化碳和一氧化碳，氧化产生的热量积聚使得煤体温度继续升高，超过其自燃的临界温度(60～80℃)之后，煤体温度上升急剧增加，氧化过程加快，开始出现煤的干馏，生成碳氢化合物(CH)、氢(H2)及一氧化碳(CO)等可燃气体，这是煤的自热期。

在21031下副巷掘进过程中，毗邻未压实采空区一侧漏风严重，21041工作面采空区又具有聚热条件，自热期的发展有可能使煤体温度上升到着火温度(300～500℃)而导致自燃，即引发煤炭自燃而进入燃烧期。

3自然发火防治

3.1均压通风

均压通风就是利用风窗、局部通风机和连通管等调压设施，改变漏风区域的压力分布，降低漏风压差，减少漏风，其主要目的是阻止或杜绝松散煤体氧气的供给，从而降低自燃危险程度，实现防止自燃的目的[3]，21031下副巷掘进期间，在21031下副巷回风侧设置1处控制风门，位置在21041老切巷向外30～40 m处。调节风门设2道，均为单扇门，门板高1.1 m×宽0.8 m，门扇向里开启，2道风门间距8 m左右，风门墙体用砖和黄泥砌筑，墙体厚度370 mm，墙体砌成后四周用黄泥抹严，风门墙体风筒帮设1个d600 mm铁风筒，风筒通过铁风筒继续向掘进头供风，2道墙体另设3个d600 mm调节风窗，并在里侧安设推拉板，用来调节风量，实现均压通风，防止采空区向掘进工作面漏风。风门建成后，掘进工作面瓦斯浓度由0.42%降低到0.26%，漏风地段巷帮瓦斯浓度降至1%以下，温度23℃.均压通风防灭火示意图见图2.

图2　均压通风防灭火示意图

3.2控制采空区漏风

由于21031下副巷紧随21041采空区掘进，为防止21041工作面向采空区漏风，在进行均压通风的基础上，在21041工作面上、下隅角吊挂风障，上隅角向上帮拐5 m，下隅角向下帮拐3 m，然后在风障外垛2层煤袋，在上隅角煤袋后再吊挂1道风障。另外，在回风隅角2道煤袋墙之间使用罗可休进行注浆封闭， 形成1个宽2 m的采空区隔离带，阻止风流向采空区扩散。

3.3吸热降温措施

该措施主要是在21031下副巷向采空内施工钻孔，利用钻孔向采空区内注黄泥浆。主要目的是降低高温煤体温度，增加煤的外在水分，减缓其氧化进程，彻底熄灭高温火区，同时泥浆中的沉淀物将碎煤包裹起来，隔绝了其与空气的接触，沉淀物充填于浮煤和冒落的岩石缝隙之间，堵塞漏风通道，减少漏风。具体做法是在21031下副巷掘进过程中，利用防突钻机沿采空区侧巷帮每3 m施工1个注浆孔，钻孔与巷帮垂直，距巷底1～1.3 m，孔深穿过窄煤柱进入采空区0.5～1 m，孔内安设d25 mm钢管，在钢管前端1 m范围内加工10个左右d10 mm小孔，在钢管外安设闸阀，同时下入不小于1 m的套管，套管采用聚氨树脂封孔。注浆示意图见图3.

图3　 注浆示意图

注浆设备采用3NB320-118/3-8-30型往复泥浆泵和搅拌桶， 注浆材料采用黄泥浆，水土比为4∶1. 单孔注浆时间不超过2 h，注浆期间安排专人对21041上副巷和21031下副巷(北段)巡回检查，当发现相邻钻孔出现反浆现象或者21041上副巷、21031下副巷(北段)顶板出现淋水、掉碴等情况时，即停止注浆。

3.4加强现场安全检查

均压通风过程中，安排专人对局部通风机管理，风机不得随意停开单、双极运行，保持21031下副巷(北段)和21041工作面风量不变，安排专职瓦检工检查两地点通风、瓦斯和其他有害气体情况；注浆后安排人员对21041上、下副巷和21031下副巷(北段)进行测压，分析注浆效果；在21031下副巷每间隔50 m布置一个测点，检查CH4、CO、CO2、O2等气体浓度和温度，每班检查不少于3次，每3天对测点取样化验一次。

3.5其它措施

自掘进工作面向外100 m范围内以中线为准对采空区侧帮、顶进行喷浆，在掘进过程中，揭露21041工作面采空区的地点(包括钻场)，必须对巷道进行喷浆封闭，要求喷浆必须严实，不能出现空洞、裂隙，减少采空区漏风。

4 综合效果

1) 采取防灭火综合技术后，21031下副巷掘进过程中温度保持在20～24 ℃，掘进工作面回风中瓦斯浓度最高0.22%；通过对21031下副巷设点观察和检查，至21031下副巷贯通时，各种气体指标均正常，没有发生自然发火现象。

2) 通过采取综合防灭火措施，消除了自然发火隐患，确保了矿井安全生产，同时为该区域人员的生产活动创造了有利环境，确保21031下副巷按时贯通。

3) 通过在21041工作面上、下隅角吊风障、垛煤袋、埋管注浆及注罗可休，有效地降低了采空区漏风量，减少了高温现象，杜绝了火灾的发生，采取的防灭火措施效果比较明显。

5结语

利民煤矿在沿空掘巷过程中，通过分析老巷或采空区易发火原因，从切断连续供氧漏风通道入手，采取均压通风、预注黄泥浆、吊挂风障、垛煤袋、喷浆封闭及注罗可休等综合防火措施，有效阻止了松散煤体的氧气供给，从而降低了自燃危险程度。对于煤层沿空掘巷过程中防止煤层自然发火，保证安全生产具有一定的指导意义。

参考文献

[1]蒋春林，杨胜强，宋万新，等.煤氧化过程中指标性气体的确定[J].煤矿安全，2012(10):185-187.

[2]张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011：135-136.

[3]张飞，周连春，郑雷，等.均压通风在综采面生产中的应用[J].煤炭科技，2010(3):79-81.

Discussion on Prevention and Control Coal Seam Spontaneous

Combustion Technology in Gob-side Entry Driving

LI Yabin, YU Qiang

Key wordsGob-side entry driving; Coal seaml; Spontaneous combustion

·技术经验·