高位钻孔瓦斯抽放工作面自燃防治方案探讨

孙卫立

(汾西矿业集团公司 正城煤业有限责任公司， 山西 孝义 032300)



·问题探讨·

高位钻孔瓦斯抽放工作面自燃防治方案探讨

孙卫立

(汾西矿业集团公司 正城煤业有限责任公司， 山西 孝义 032300)

通过对高位钻孔抽放综放工作面的自燃隐患进行分析，提出了自燃防治的综合措施，在充分考虑采空区瓦斯涌出和高位钻孔瓦斯抽放对自燃影响的情况下从正常回采过程、工作面推进缓慢时、放煤口附近区域、停采撤架期间等4个方面进行自燃防治方案的探讨，可为高位钻孔瓦斯抽放综放面自燃防治提供借鉴。

高位抽采；综放面；自燃；推进缓慢；抽放口；停采撤架；采空区；注氮

高瓦斯煤层工作面一旦发生遗煤自燃，轻者造成大量资源浪费，重者则会酿成重大人员伤亡事故。因此，自燃防治工作重在预防，必须先对可能的自燃隐患进行分析，有的放矢，避免自燃火灾的发生。

1 高位钻孔瓦斯抽放综放面自燃隐患分析

1) 抽放口附近遗煤易自燃。

瓦斯抽放为抽放口附近的遗煤提供了更好的供氧条件。抽放口下方遗煤一直处于供氧条件良好的环境下，并处于缓慢氧化状态。工作面因故推进缓慢，有可能导致抽放口下方的遗煤长期处于氧化环境中并开始积聚热量，当条件成熟时就会发生局部自燃现象。

2) 综放面采空区两巷自燃。

由于抽放改变了采空区风流分布，导致采空区两巷自燃带宽度增加，采空区两巷遗煤的自燃危险性增大。

3) 综放面采空区自燃区域扩大。

瓦斯抽放增加了采空区的漏风量，扩大了整个采空区的自燃带范围。高位钻孔抽放为采空区上部的遗煤提供良好的供氧条件，造成采空区自燃危险区域向采空区深部及高处扩大，增加了防火和灭火难度。

4) 综放面上隅角自燃。

瓦斯抽放口一般都靠近综放面上隅角，抽放的作用增加了新的漏风通道，容易形成立体式漏风，当工作面推进不正常时，热量容易积聚，遗煤容易发生自燃。

2 高位钻孔瓦斯抽放综放面自燃防治方案

通过对高位钻孔瓦斯抽放综放面的自然发火规律和自燃隐患的分析，根据不同时期的防治要求，以破坏或消除自燃条件为目标，制定综合防治技术和管理措施。由防灭火经验可知，单一的防灭火技术难以达到较好的灭火效果，本着“堵漏、隔氧、降温”的防灭火基本原则对自燃防治采取综合防灭火技术手段。因此，首先建立自然发火预测预报机制，然后通过合理调风满足瓦斯和自燃两种灾害防治要求，为瓦斯和自燃综合防治创造良好的条件；通过进回风巷堵漏减少采空区漏风，缩短自燃带范围；通过采空区注氮、注浆(胶体)控制两道两线自燃；在架后压注胶体材料，防治瓦斯抽放口附近遗煤自燃和其他局部地点的自燃火灾，最终形成一整套较完备的“以防为主、重点治理、防治结合”的综合防灭火体系。

2.1 正常回采时自燃防治措施

工作面正常回采时的自燃防治应结合自燃预测预报结果以预防为主，将自燃火灾消灭在萌芽阶段。首先必须建立有效的自燃预测预报体系，然后建立必要的防灭火系统，针对各隐患部位采取多种手段综合防治。

1) 取样送检做升温氧化试验，测试煤层自燃特性，对煤层自然发火预测预报标志性气体进行筛选，选择煤层自然发火的标志性气体。

2) 加强人工检测，根据检测结果对开切眼、进风巷高冒、回风巷高冒、冒落碎煤形成的网兜和煤柱、“两道两线”丢煤带进行气体取样，利用地面实验室气相色谱分析仪对气体成分进行分析，以达到煤层自然发火的预测预报。

3) 根据自然发火预测预报的结果，采用高冒充填和注入添加有胶体材料的黄泥浆、插管注防灭火胶体等方法处理进回风巷高冒区和冒落碎煤形成的网兜。

4) 对开切眼发火危险性大的部位，采用综合措施进行自然发火防治。提前预埋注氮、注浆管路，并加强自然发火预测预报，在工作面推采一定距离后进行埋管注氮和注浆。采用减风降压措施和注入添加有胶体材料的黄泥浆、插管注防灭火剂或注凝胶等局部处理方法，防治开切眼支架上部煤炭自然发火。

5) 对于工作面上、下隅角进回风巷难以冒落而形成的三角形空洞，则利用袋装封堵材料充填、吊挂挡风帘以减少采空区漏风，并采用地面灌浆和注氮相结合的方法对工作面采空区和“两道”丢煤带自然发火进行防治。

6) 在工作面回采期间，利用束管监测系统连续监测综放工作面注氮前后采空区“三带”内气体变化情况、检测工作面漏风强度和预测预报采空区自然发火情况，并根据采空区自然发火预测预报的结果，及时采取快速、合理、有效的自然发火防治措施。

7) 根据对各重点监控部位自然发火预测预报的结果和工作面实际情况，综合采用注氮、注浆、堵漏风、架后注胶等防灭火措施有效控制火情，保证工作面的安全顺利回采。

2.2 推进缓慢时防灭火技术措施

工作面推进速度对遗煤自燃环境影响很大。因此，在工作面非正常开采导致推进速度减慢，不能在煤最短自然发火期内将采空区浮煤丢入窒息带内的情况下，必须针对回采工作面和采空区容易自然发火的区域，执行有针对性的自燃预防措施，保证工作面的正常回采。

1) 按照防灭火措施，进行采空区自燃带埋管注氮。工作面连续长时间停产，应加强采空区自燃带连续注氮，在保证工作面检修期间防治瓦斯需要的条件下，最大限度地降低工作面风量。

2) 加强进回风端头挂风帘、上下端头垒砌砂土墙堵漏风的防火措施。长时间停采时，在上下端头垒砌厚度2 m以上的沙袋、土袋墙挡漏风，并预埋束管进行CO连续监测，并向上下隅角浮煤喷注胶体、阻化液或胶体泥浆，达到包裹浮煤隔氧、保湿和降温的目的。

3) 加强束管预测预报和人工预测预报工作，加强工作面上下端头、架间CO和温度检测，及时对监测数据进行整理和分析。

4) 减小上下隅角之间的压差，做好均压工作，降低工作面的风量、漏风量，减小采空区自然发火的危险性。

5) 支架上方管理温度为35 ℃，使用红外测温仪检测支架上方和支架间温度，特别是高位钻孔下方支架，判断温度是否有上升趋势，是否出现明显的煤壁和支架挂汗现象、焦油味、烟气味或芳香味，结合气体监测，一旦出现自燃危险，应及时注水降温，在条件允许下，做好钻机等设备准备，对架后顶煤进行打钻注胶体泥浆，并对采空区内浮煤进行灌浆处理，根据综放面回风和上隅角CO变化分析注浆灭火效果。一旦监测到采空区CO和上隅角CO超过预测预报标志气体的防火规定值时，则加大注氮量和注浆量。

6) 一味增大综放面风量对治理上隅角瓦斯积聚效果并不理想，当推进速度相对缓慢时，在控制综放面产量和保证瓦斯治理需要的前提下，控制综放面通风量对采空区自燃防治有利。

2.3 抽放口附近自燃防治措施

瓦斯抽放口是易发生自燃的部位。根据瓦斯抽放监测系统分析得到的抽放气体中O2和CO浓度，综合分析抽放管口附近自燃危险性，一旦发生危险立即利用瓦斯抽放管或者注水管路对瓦斯抽放管路及附近区域注水、注胶体防灭火材料，直到上隅角和回风CO恢复正常。具体技术管理措施如下：

1) 加强对瓦斯抽放管路中气体的监测。瓦斯抽放管路中CO浓度和上隅角比较接近，其浓度体现回风侧采空区内CO浓度，若出现急上升，表明抽放管口附近区域可能出现遗煤氧化升温或自燃现象。

2) 加强对高位钻孔下方支架间的气体监测，当监测到CO异常或温度升高时，立刻通过插管取气重点分析，监测支架上部遗煤是否由于瓦斯抽放原因发生自燃。

3) 当判断瓦斯抽放口附近是否发生严重自热或自燃时，应立即停止回风侧采空区瓦斯抽放，利用瓦斯抽放管或者注水管路对瓦斯抽放口及附近区域进行注水、注胶体防灭火材料，也可以采取架后压注高分子胶体材料措施，并根据支架间CO变化分析注浆灭火效果。

4) 处理瓦斯抽放口附近遗煤自燃过程中，根据上隅角和回风CO变化情况检验注浆灭火效果。每班进行回风和上隅角CO检测，每天取一次上隅角气样进行CO和C2H4分析，直到上隅角和回风巷中CO浓度恢复到正常浓度以下，才能恢复回风侧采空区瓦斯抽放。

2.4 停采撤架期间的自燃防治措施

1) 撤架前的准备工作。

a) 合理组织、有序安排撤架工序，减少撤架时间，缩短撤架遗煤氧化时间。

b) 在停采线处形成的自燃带范围内(一般距停采线60 m左右)加强放煤工作，减少采空区遗煤，从煤炭自燃的物质基础上控制自燃发生。接近停采线时(一般距停采线20 m左右)停止放煤，确保停采后架后煤体完整，减少架后采空区漏风。

c) 原堵漏风措施要加强，减少采空区漏风，同时尽可能地降低采面风量，减少向采空区漏风，可根据现场气体测定情况进行适当调整，以瓦斯等有害气体不超限为准。

d) 提前预埋束管，加强气体监测，方便在停采撤架期间监测采空区自然发火情况，根据监测结果采取措施。

e) 在距停采线30 m处采空区两道预埋注氮、注浆管路，并用木垛或大岩块掩护好。注浆充填两道空间以堵漏风，或撤架时发现采空区自燃征兆时，进行注氮、注浆防灭火。

f) 利用距停采线处高位钻孔作为防灭火注浆钻孔，当支架顶部煤体遗煤发现自燃征兆时，压注防灭火胶体材料防灭火。必要时，可以补充钻孔。

2) 撤架期间的防灭火措施。

a) 加强工作面气体检测工作。

每天安排专人利用预埋在采空区的束管抽取气样，并用气相色谱仪进行分析。工作面除正常的瓦斯检查外，还需对工作面上、下隅角，架间，架顶、风流中自燃标志气体进行检测和采样化验分析。每间隔10架在支架后尾梁处向后插入1根4分钢管，人工抽取管中气体化验分析。同时利用红外线测温仪测量工作面架间、架顶及钻孔中的温度。

b) 采取减少采空区漏风的措施。

进一步降低工作面通风量，可根据现场气体测定情况进行适当调整，以瓦斯等有害气体不超限为准；停采后在工作面停采线上、下端头分别垒一道隔离密闭墙，墙外喷涂胶体材料加强堵漏风；在密闭墙上预留注浆、注氮管路，向隔离密闭墙后压注胶体材料，以减少采空区漏风；用防灭火胶体材料将工作面支架后部暴露煤体全部进行喷涂，最大限度地减少采空区内的漏风。

c) 架后压注胶体材料技术措施。

利用气动注浆泵对所有支架后部的煤体插管压注防灭火胶体材料，使架后松散煤体不易自燃，同时也有堵漏风效果。如工作面局部地点出现异常，可直接在异常点插管压注胶体防灭火材料，当工作面煤层厚度超过2 m时，再打深钻孔进行压注。

d) 注氮、注浆防灭火措施。

在工作面撤架期间，可通过上下顺槽预埋的注浆管路和高位钻孔采用间歇注浆方式对采空区注黄泥胶浆，但注浆量不宜过大，以工作面架后见水即停。在工作面撒架期间进行预防性注氮时，为保证采面安全，上下端头和工作面内必须悬挂氧气传感器。一旦氧气低于18%，必须采取措施，同时，加强一氧化碳的检测，确保现场施工人员的安全。

3 结 论

高瓦斯综放面的煤层自燃一直困扰发火期短的工作面生产，文中从工作面正常回采推进速度缓慢时及抽采口附近区域停采撤架期间等方面进行自然发火防治措施的探讨，根据实际情况提出从打密闭墙、缩短采空区自燃带距离、采空区注氮以及加强监测监控几个方面，控制工作面及采空区自然发火，确保矿井安全生产。

[1] 高志才.极易自燃煤层综放面采空区自然发火预测技术研究[D].西安:西安科技大学,2009.

[2] 赵建会.易自燃煤层综放开采防灭火技术研究[D].西安:西安科技大学,2005.

[3] 杨永辰,尹 博,高永格.综放面煤层自然发火区域划分的理论研究[J].河北工程大学学报(自燃科学版),2009(12):34-36.

[4] 张公慈,黄爱强,林宝平.高位抽放技术在极易自燃煤层的应用[J].中州煤炭,2009(10):67-69.

[5] 李国林,刘春生,董红强.高位瓦斯抽放在易自燃特厚煤层开采中的应用[J].中州煤炭,2013(9):121-124.

Discussion on Prevention and Control Scheme of Spontaneous Combustion in Gas Drainage Working Face with High Location

SUN Weili

Based on the analysis of hidden danger of fully mechanized mining working face spontaneous combustion in high location, the comprehensive measures for the spontaneous combustion prevention are put forward. The effects of goaf gas emission and high-positioned bore-hole for gas extraction to spontaneous combustion are fully considered. The spontaneous combustion prevention are control schemes are analyzed in four aspects such as normal coal mining, slower than normal coal mining, area near the coal caving site, period during dismantling of support. It can provide reference for prevention and control of spontaneous combustion in gas drainage working face with high location.

High-location drainage; Fully mechanized caving working face; Spontaneous combustion; Advancing slowly; Drainage hole; Withdrawal and dismantling of supporter; Goaf; Nitrogen injection

2016-06-15

孙卫立(1963—)，男，山东曲阜人，2013年毕业于太原理工大学，工程师，主要从事采矿技术管理工作(E-mail)hyzfmkj@sina.com

TD75+2

A

1672-0652(2016)08-0050-03