浅煤层综采放顶煤防灭火技术研究

王文波　周连春

摘 要：针对路天煤矿1604综放工作面防灭火实际情况，对工作面自然发火因素进行了认真分析，采取了向采空区井注水、注浆、注氮、地面堵漏、均压通风和束管监测系统等综合防灭火方法，有效地预防了采空区的自燃，保证了工作面的安全生产。

关键词：浅煤层综采放顶煤；综合防灭火技术；研究

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.02.096

0 引言

火对于人类文明的发展具有巨大的促进作用，它在人类社会进化过程中起到了巨大推进作用，但是如果失去了对火的有效控制，就会造成严重的火灾事故的发生。但若人们对火失去了控制。火灾通常是指发生的违背人们意愿非控制性燃烧，火灾会给人民群众生命财产造成巨大损失，从而给社会造成许多不利的负面影响。煤矿火灾事故给矿工生命财产安全造成了重大损失，据统计每年我国煤矿重大伤亡事故中煤矿火灾事故占36.7%，已经严重地威胁了矿井的安全生产。因此煤矿火灾的防治工作已经刻不容缓，本论文针对浅煤层综采放顶煤的防灭火技术进行了深入研究获得了显著的成效，促进了矿井的安全生产。

1 矿井及工作面概况

路天煤矿是神华集团高产高效矿井之一，核定生产能力150万吨/年，矿井采用斜井—立井混合式开拓方式，所主采的16#煤层属于Ⅱ类自燃煤层。采煤方法為综采放顶煤采煤法，由于工作面距离地面的平均高度为115m，工作面采放高为8m，且断裂带贯穿于1604工作面，致使工作面采空区漏风量大，极易发生采空区自然发火。1604工作面倾向长度280m，走向长度1450m，该工作面属于Ⅱ类自燃煤层， 1604工作面井下标高为1130--1060m，地面标高为1220--1200m，煤层距地表高度是115m，1604工作面采用的是综合机械化放顶煤回采工艺、走向长壁式采煤方法，采高3.5m，放顶煤5m，采放比1：1.55，控制采空区顶板的方法是全部垮落法，坚硬的煤层顶板，较大高度的断裂带和垮落带，较厚的沙土层覆盖地表，断裂带与地表之间形成巨大的裂缝，从而使得地表的新鲜空气通过裂缝导向采空区将一定量的氧气带入了采空区，加速了采空区煤炭的自燃。

2 问题的提出

（1）7#、9#、12#煤层采空区位于1604工作面的上方，1604工作面与12#煤层采空区相距40m，与9#煤层采空区相距72m，与7#煤层采空区相距94m。由于各采空区距工作面距离较近，各个采空区之间存在相互贯通的漏风通道，为采空区遗煤自燃创造了条件。

（2）1604工作面煤层厚度8.5m，采高3.5m，放顶煤5m，采放比1∶1.55，工作面倾斜长度280m，存在较大的采空区空间，工作面断面较小，通风阻力较大，运输顺槽的许多新鲜风流经过工作面下隅角进入采空区，从而为采空区遗煤的自燃创造了条件。

（3）由于地质原因，矿区煤层存在着坚硬的煤层，工作面回采过去后采空区的顶板不容易垮落，由于煤层的埋藏深度较浅，煤层的顶板垮落后形成的断裂带就会传播到地表，从而在地表形成大量的裂隙，这些裂隙随着季节和气温的变化与采空区形成呼吸状态的漏风现象，为采空区遗煤的自燃创造了条件。

（4）16#煤层属于Ⅱ类自燃煤层，54天的最短自然发火期。工作面推进速度较慢，每月工作面推进距离仅仅为30m，采空区氧化带存在时间长，为采空区遗煤的自燃创造了条件。

3 采空区综合防灭火技术

3.1 采空区注水灭火技术

首先我们在1604工作面回风顺槽设置一趟防灭火注水管路，并且将注水管路埋设在工作面上隅角，一旦采空区遗煤发生自燃我们可以迅速地通过注水管向采空区注水对采空区进行灭火。同时我们定期及时安排人员对采空区相对应的地表裂缝进行回填，防止地表空气进入采空区造成采空区遗煤自燃。

3.2 采空区自然发火预测预报

由于1604工作面倾斜长度比较长，采放比比较大，该工作面煤层又属于自燃煤层，且该工作面回采时推进速度比较慢，采空区存在着较大的漏风、遗留的煤炭比较多等因素的制约和影响，非常有必要对该工作面采空区自燃发火情况实施预测预报工作，为工作面防灭火工作奠定科学的基础。采空区自然发火采用监测监控系统、束管监测系统和人工检测相结合的预测预报系统。

采用标志性气体分析采空区遗煤自燃危险性是束管监测系统的重要标志，它能够做到实时监控，提前防范，发现自燃倾向能够迅速采取果断措施将火灾事故消灭在萌芽状态，防止事故的进一步恶化。

通过束管监测系统可以精确地对采空区测点处的气体成分进行科学分析，实时监测采空区气体的变化情况，可以对采空区氧浓度随工作面推进的变化规律进行研究与分析，为采空区自燃三带的划分提供科学依据，如图1所示。同时要加强对束管监测系统的保护工作，防止系统被砸伤砸坏。

3.3 注氮防灭火技术

首先我们在地面工业广场设置一个固定的制氮机房，采用两台DT1000型制氮机，设计制氮能力为1000m3/h，输氮管路铺设线路：地面工业厂房——回风立井——进风巷——工作面采空区，每天向工作面采空区连续注氮8小时。

路天煤矿1604 综合机械化放顶煤工作面存在采空区空间大，遗留煤炭多，立体分布等特点，现在正在过断层，断层落差大，日进尺减少，断层附近遗煤较多。传统的注阻化剂、黄泥灌浆等防灭火方式不能有效地将采空区所有的遗煤进行包裹，防灭火效果较差。因此采取注氮防火措施，降低采空区浮煤的氧含量、惰化空气是重要的防灭火辅助手段。 针对矿井煤层自然发火较严重的问题，可采用注氮作为一项防灭火措施，建立氮气防灭火系统，但是，氮气在采空区的滞留时间是由采空区的漏风状态所决定的，也对氮气的惰化效果产生直接影响。通常情况下漏风大时氮气在采空区滞留的时间比较短，采空区内氧气浓度降低的愈慢，其惰化效果愈差，反之亦然。因此在注氮时，采取有效措施，尽量减少采空区的氮气泄漏也是提高采空区注氮效果的重要保证条件。 防止采空区漏风的主要措施有直接堵漏和均压措施。

3.4 注浆防灭火技术的应用

将泥浆注入采空区并且借助泥浆自身的粘性将采空区内的浮煤及冒落岩石包裹起来，隔绝了空气与煤接触的机会，防止煤炭的氧化是注浆法防灭火工作的实质。注浆后，能够使采空区的冒落岩石和采空区四周形成再生整体，从而加强了采空区的气密性并且减少了漏风现象的发生。同时泥浆还有冷却煤炭和围岩的功能，起到了冷却降温防止煤炭自热现象发生。

（1）灌浆系数（K）。

当煤层倾角较小时，灌浆系数（K）一般为1.5%～3%，本设计取2%；灭火灌浆系数视灭火情况可相应加大。

（2）土水比。

泥浆土水比是直接影响灌浆的质量与效果的重要因素，因此其确定方法相当重要。它与处理对象、煤层倾角、注浆季节、输浆倍线、注浆方式有直接的关系，通常情况下注浆的泥浆土水比以1∶2～1∶5，本设计取1∶4。

（3）矿井注浆量。

3.5 均压防灭火技术的应用

在矿井火灾防治过程中除采取其他积极有效的防灭火措施外，减少漏风也是一种积极有效的防灭火措施。为了达到这一目的，必须处理好如下两项技术工作：

首先，确定采取什么樣的均压技术措施，才能达到控制和减少向采空区或已封闭火区内漏风的目的。其次，要尽可能了解和明确计划进行均压通风防灭火技术区域内的漏风情况，包括漏风点的位置、漏风量和漏风路线。

设法降低待实施均压通风区域两侧的压差是均压通风的实质。无论是降低高压侧的压力，还是提高低压侧的压力，减少两端的压差都是其主要目的所在。根据待实施均压通风技术区域的具体情况及使用条件的不同，选择不同的均压通风方式。

实践中，最为常见的几种均压通风方式如下：

风机、调节风窗、风门联合均压，这种均压通风主要针对采空区后部的漏风（包括外部地表漏风）如图2所示。

均压通风方法包括在工作面的在回风顺槽B处安设调节风窗，在运输顺槽A处安设局扇二项具体措施。上述措施既可联合使用，也可单独使用。其目的就是在回采过程中可以减少采空区的漏风，使工作面空气的绝对压力大于后部采空区的绝对压力，防止采空区的气体向工作面回风侧流动，起到防火的作用。

3.6 地面堵漏风防灭火

由于路天煤矿1604工作面埋藏深度比较浅，当工 作面回采过程中采空区垮落后地表就会塌陷形成许多通向采空区的裂缝从而形成大量的漏风通道，因此必须及时对地表裂缝进行填堵防止地面新鲜风流通过地面漏风通道进入工作面采空区，从而起到防灭火的作用，通常根据现场实际情况推土机回填封堵或者人工回填等工艺，及时开展漏风检测研究，对确认漏风通道进行密闭封堵。并且要经常检查各密闭、煤柱的完好情况，发现漏风迹象要及时进行处理，确保工作面安全高效地生产。

3.7 合理确定工作面推进速度

合理确定工作面推进速度有利于防灭火工作，当工作面的推进速度大于或等于煤层防火最不利条件下临界推进度时，工作面采空区的遗留煤炭在氧化带中滞留时间比较短，还没有达到自燃时就已经进入了窒息带，从而防止了煤炭自燃现象的发生。

3.8 提高回采率

通过提高采煤工作面的回采率可以有效地降低采空区遗留煤炭的自燃，因为采煤工作面的回采率越高遗留在采空区的煤炭就会越少，这样氧气就和采空区遗留煤炭发生氧化的几率就会大大减少，产生的热能就会减少这样就非常有利于防灭火工作，尤其是综合机械化放顶煤采煤工作面大幅度提高回采率后采空区自燃发火的现象就会得到非常有效地遏制。当进行下分层开采时，上分层采空区的浮煤又形成二次供氧，极易发生煤层自燃火灾。因此，在煤层厚度适合放顶煤开采时，尽可能采取一次采全厚。

3.9 合理确定工作面的通风量

通风量首先满足瓦斯不超限的情况下，尽可能降低其通风量是高瓦斯综放工作面的首要选择。对于低瓦斯综放工作面通风量越小采空区氧化带的漏风量就越小，因此在能够满足同时工作人员的需要量，或满足煤矿规程规定的工作场所温度指标和满足机电设备的散热要求的情况下通风量越小越好。通风量小采空区氧化带宽度也越小，采空区发火的机率就小。

4 结语

路天煤矿1604工作面埋藏深度比较浅，采空区垮落后地表形成了大量裂缝，从而形成了大量的漏风通道，但是自从使用了综合防灭火技术以来，工作面从来没有发生过自燃发火现象，保证了工作面安全高效地生产，收到了良好的使用效果，具有重要的推广应用价值。

参考文献

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