上行开采工作面采空区自然发火防治技术研究

文/亓伟

上行开采工作面采空区自然发火防治技术研究

文/亓伟

一、工作面概况

孙村煤矿2223工作面位于-1100m水平二采区二层煤第Ⅱ亚阶段，东为一采区，未开拓；西邻2222工作面采空区；南邻F10-6断层；北部未开采。 煤层厚度2.6m～5.1m之间，平均煤厚4.0m。工作面范围东至切眼，西至2223（东）设计停采线，南到回风巷，北至运输巷，由于受F10-5断层影响工作面布置不规则，走向长912m～971m，平均走向长为921m，倾斜宽38m～166m，平均倾斜宽为128m，斜面积为131158m2。工作面标高为-792m～-927m。工作面下方的2422工作面煤层已回采完毕，2煤层、4煤层间距15m～20m，平均间距17m。

二、上行开采采空区煤炭自燃防治技术

1.技术体系

建立了以监测预报为基础，以注胶灌浆堵漏降温为主、以注氮惰化采空区为辅的综合立体防控技术体系，最终形成完善的孙村矿防灭火技术体系。

2.上行开采采空区自燃防治技术

（1）似膏体自流充填杜绝采空区自然发火技术

该技术充填骨料主要为破碎的煤矸石、普通硅酸盐水泥、粉煤灰。上述各料在搅拌桶中加水进行高速搅拌，形成高浓度浆体，呈似膏体状态，沿充填钻孔和管道自流输送至待充填采空区进行充填，有效解决采空区漏风、自然发火等问题。

（2）注氮杜绝采空区自然发火技术

注入氮气灭火时，可以将氧气排挤出去，从而使火区中因氧含量不足而将火源熄灭，或者使遗煤不能氧化自燃。向综放面采空区注入氮气，并使它渗入到采空区冒落区和裂隙带，形成氮气惰化带，可达到抑制采空区自燃的目的。

(5)K6矿脉带:属于隐伏矿脉，矿体外推长度400 m，厚度0.96～1.26 m，钼品位0.030%～0.034%。矿脉带受构造蚀变石英脉控制，该矿脉带目前发现1个矿体和1个矿化体，矿体编号K6-1。

①注氮防灭火方式

注氮防灭火技术的应用应与均压和其他堵漏风措施相配合使用，如果注入氮气的采空区或火区漏风严重，氮气会随漏风流失，就难以起到防灭火的作用。

注氮支管预先由进风顺槽埋入采空区，前端接连0.5m左右的堵头花管，花管斜向上指向采空区，并用木垛加以保护，以免堵塞注氮口。每个氮气释放口均与一根注氮支管连接，氮气释放口进入采空区窒息带不需注氮时，应在工作面顺槽内将其关闭，并切断与注氮主管路的联系。每个注氮支管与主管路之间用三通连接，若要考察每个支管的注氮量，还应安装流量计。当工作面推过30m（即氮气释放口间距），埋入下一个注氮释放口及支管，以此类推。

②工作面采空区注氮防火系统

孙村煤矿在-1100扩大区轨道下山上四车场以里内安装使用DM系列膜分离和分子筛制氮机两套，产气量600m3/h，氮气纯度98%以上。

输氮管路选用Φ108mm的钢管作为输氮管路，自制氮硐室沿-1100扩大区轨道上山、2423运输巷敷设至2423工作面切眼处。设三个注氮管控制阀门，1#：制氮车间设总控制阀门；2#：在2423运输巷开门口；3#：在工作面上出口外50m附近。另外在主管路有分支处设三通加阀门。管路敷设平直，在管路低洼处设放水阀门；管路的三通位置设截止阀；对漏气的管路及时更换或处理。

工作面埋管注氮和远距离工作面采空区密闭内预防性注氮相结合。工作面采空区每天三班注氮，每班注氮时间不低于5小时，特殊情况下，延长注氮量和注氮时间或两台制氮机连续注氮。根据工作面“三带”观测结果和推采情况再调整注氮量。在进风巷老空内埋管注氮，考虑注氮管路合茬，预先在工作面开切眼上口位置埋设二趟4寸钢管作注浆埋管，每趟管路的末端相隔10m～15m。第一趟管路用钢编管与输氮主管连接，第二趟管路用2寸胶管与注氮浆主管连接，当工作面推采10m～20m时,开始注氮。注氮管末端埋入老空至少10m～15m以上时再注入氮气。

（3）黄泥灌浆降低采空区遗煤温度防灭火技术

黄泥灌浆是煤矿最主要的防灭火手段之一，其原理是：泥浆中的水分吸收大量热，起到灭火降温的作用；黄土覆盖浮煤表面，起隔氧阻止氧化的作用。灌浆防灭火时，泥浆浓度越大效果越好。

①永久灌浆站。孙村煤矿在-800扩大区大断面巷道处建1个永久灌浆站，永久黄泥灌浆管路为2423面及2223面服务，灌浆管路由-1100扩大区回风上山敷设,便于检修维护。灌浆用水使用井下防尘水，安装粘土制浆机1部,灌浆池1个,输送泵1台。

②集中灌浆系统。井下安装NL20型粘土制浆机1部,灌浆池1个,规格为 2×1.5×1.5,输送泵3NBB-260型1台，输送能力15m3/ h，垂直输送50m。NL20型粘土制浆机为实用新型泥浆搅拌机械。

根据孙村煤矿的实际，水土比在2∶1～4∶1之间，视注浆的地点而定；采空区灌浆量可按黄土可覆盖采空区2cm厚度为佳。浆液靠自重向下部采空区流动，灌浆管路应埋入采空区15～20m左右后开始注浆，防止浆液窜面，每日轮流灌注浆体。

工作面采用随采随灌的方法，经灌浆管路直接向工作面采空区灌浆。为了不影响工作面的正常生产，灌浆滞后工作面50m，每50m为一个灌浆点，重新安设DN108管路，随工作面的回采而埋设，不予回收。根据矿井的具体情况和煤层的自燃规律以及特性，灌浆时应注意灌好两道、两线，在采空区周围形成一个密封的黄泥带，以保证达到灌浆效果。为保证安全，采空区灌浆后必须脱水，脱水由下顺槽水沟流出至采区水仓。

（4）井下移动式灌浆注胶防灭火系统

ZMJ-15井下移动式胶体防灭火系统由连续式定量制浆系统、浆液过滤系统、浆液压注系统、输浆管网系统和外加剂添加系统构成。

孙村煤矿使用的防灭火胶体主要有以下四种：①凝胶，以硅胶为主体，由基料（水玻璃）、促凝剂（碳酸氢钠）、增强剂（黄土或粉煤灰等）和水按比例混合而成。②稠化胶体，由稠化悬浮剂（JXF1930）、黄土和水按比例混合而成。③复合胶体，由胶凝剂（FCJ12）、黄土和水按比例混合而成。④高分子胶体，由灭火剂（MCJ12）和水按比例混合而成。

胶体材料具有如下防灭火性能：①固水降温性：胶体中90%以上是水，易于流动的水被固结起来，充分发挥水的降温作用；成胶过程是吸热反应，煤温上升使胶体中的水汽化，也吸收大量的热。②渗透和堵漏性：成胶材料是易于流动的液体，渗透到煤层缝隙中后形成胶体，堵住漏风通道。③阻化性：促凝剂和基料本身都是阻化剂，两者反应生成的材料也是阻化剂，胶体具有通用阻化剂的性能。

三、结语

本项目通过综合应用理论分析、现场实测等多种研究方法，系统地对上行开采采空自燃防治技术进行研究，并在孙村煤矿成功进行了现场试验，形成工作面应急防灭火技术体系，为有效采取防灭火措施和应急救灾，提供技术保障，取得了显著的技术经济效益和社会效益。

（作者单位：山东能源新矿集团孙村煤矿）

（责任编辑：庞永厚）