察哈素煤矿31303工作面煤矿破碎煤柱高温区域治理实践

芮国相，张金山，席小斌

(1. 内蒙古科技大学 矿业研究院，内蒙 包头 014010；2. 国电建投内蒙古能源有限公司 察哈素煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017209)

察哈素煤矿31303工作面煤矿破碎煤柱高温区域治理实践

芮国相1，张金山1，席小斌2

(1. 内蒙古科技大学 矿业研究院，内蒙 包头 014010；2. 国电建投内蒙古能源有限公司 察哈素煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017209)

察哈素煤矿31303工作面回采期间，受相邻工作面开采矿山压力的影响，辅助回风顺槽煤柱变形破碎、产生漏风，辅助回风顺槽煤柱出现高温氧化现象。根据现场自然发火隐患情况，加强了气体及温度变化监测，对辅助回风顺槽隔离煤柱采取了灭火、降温、惰化、漏风通道封闭等措施，消除了火灾隐患。

破碎煤柱；高温区；治理

0 引言

察哈素煤矿位于鄂尔多斯东胜煤田新街矿区，矿井设计可采储量1833.809 Mt，矿井设计生产能力10.0 Mt/a。31303工作面位于察哈素井田31采区南部，工作面走向长度4228 m，倾斜长度300 m。所采3煤层平均煤厚6.14 m，属Ⅰ类容易自燃煤层，最短自然发火期为39天。31303工作面回风顺槽分别于2013年12月21日及2014年1月16日发生两次冒顶，冒顶区共计85 m。由于31303回风顺槽局部冒顶、底鼓等原因，巷道维护困难，人员作业风险较大，为保证矿井安全生产，在31303回风顺槽内侧新掘31303辅助回风顺槽，31303辅助回风顺槽与31303回风顺槽2014年5月6日贯通，巷道长度共计1613.8 m。

1 煤柱自然发火情况

2014年8月14日1时，31303辅助回风顺槽650 m处煤柱上有3个点出现冒烟现象，经检测，烟流中CO浓度3200 ppm，在对煤壁进行灌水灭火的同时，测试得出从煤壁流出的水温较日常水温高，随后立即对冒烟区域实行了喷浆封闭措施，并在2014年9月14日开始对煤柱实行钻孔注水、注浆。9月14日对650 m高温点注水钻孔的检测数据为：孔内CO浓度为20000 ppm，CO2浓度为4.6%，CH4浓度为1.06%，乙烷C2H6浓度为0.1%，乙烯C2H4浓度为0.02%，丙烯CH2浓度为0.006%，O2浓度为3.7%，未出现乙炔气体C2H2，孔内温度为36.4℃。

图1 31303辅助回风顺槽布置及氧化自热位置示意图

察哈素煤矿3号煤层自然发火标志性气体研究结果表明[1]，CO和C2H4为3号煤层煤炭自燃氧化的标志性气体，C2H6、C2H4/C2H6值作为该煤层煤炭自燃辅助预警指标。由于漏风风流对单一指标气体浓度具有一定影响，C2H4/C2H6在一定温度下突增的规律性，可消除漏风风流对单一指标气体浓度的影响。为此，选择采用C2H4/C2H6的比值来分析该处煤体的自燃状态。根据9月14日和15日现场监测数据计算得出C2H4/C2H6比值在0.1826～0.3297之间，由3煤层自然发火标志性气体实验结果推知该处煤体的温度在140℃左右，所以650m处的煤体已存在严重的发火隐患，应及时处理。

2 煤柱自然发火原因分析

经分析，31303辅助回风顺槽650m出现高温点的原因在于：①由于矿压显现强烈，31303工作面回风顺槽和辅助回风顺槽之间所留20m煤柱已经被压碎，煤柱产生了变形和大量的裂隙。在风流负压的作用下，裂隙内部产生漏风[2]。②破碎煤体暴露在空气中长达4个月时间远远超出了3号煤层39天的自然发火期，逐步氧化产热。③破碎煤体内因气体流动性差无法带走氧化产生热量，具有良好的蓄热环境，且漏风不断供给氧气逐步发展为煤柱自燃[3],[4]。

3 治理措施及效果

3.1 煤帮喷浆、封堵漏风裂隙

2014年8月14日5时对发生高温氧化的煤帮实行了喷浆，喷浆区域延伸至650 m处前后各30 m范围，喷浆长度共计60 m，喷浆厚度为150 mm。喷浆后对于缝隙或锚杆周围残留微孔出现外溢烟气的现象，进行了反复补喷，最终结果以煤帮不外溢烟气为准。

31303辅助回风顺槽内自停采线至27L口处，均实行喷浆处理，除31303辅助回风顺槽650 m初期60 m喷浆区外，其余地点厚度不小于100 mm。2014年9月29日完成喷浆工作，共用喷浆料226车。根据实测结果，在喷浆过程中高温氧化点处巷道壁温度为34～36℃，CO浓度为2～145 ppm，因巷道内车辆运行，尾气干扰较大，因此单纯从巷道壁温度分析，温度变化幅度较小，无明显下降趋势。

3.2 注氮惰化，置换裂隙内氧气

2014年8月27日将31303辅助回风顺槽内其中一趟排水管路与原注氮管路形成对接，并在17L口设置闸阀，对31303回风顺槽已封闭区进行了注氮，注氮方式为连续式，通过31303回风顺槽顺槽27L、31303辅助回风顺槽21L措施孔观测，注氮后31303回风顺槽已封闭区内的O2度降至5%以下。

3.3 注水降温、降低氧化煤体温度[5]

2014年9月14日早班，开始对31303辅助回风顺槽650 m处开始了打孔作业，打孔形式为自温度最高点向两侧延伸，孔口位置位于离底板2.2～2.5 m处的巷帮，钻孔间距为2.5～3 m，孔深为4～6 m，钻孔区域长约30 m，钻孔施工完成后，立即进行注水工作，同时留出2个孔作气体观测用。在注水过程中，对于巷帮、巷道底脚出现溢水的情况，及时进行了喷浆封闭，以全面存储煤体内积水降温散热。至22日中班所测得观测孔内数据为：CO浓度为20 ppm，CO2浓度为0.5%，温度为25.6℃，此时高温氧化点周边巷帮温度降至25～26.8℃。2014年9月30日高温氧化点处停止注水，从巷道壁微量渗水情况观测，注水结束时煤柱内储存水位至距底板2.5m处。

3.4 注水泥浆、固化松散煤体

31303辅助回风顺槽打孔形式为自650 m处向两侧延伸，钻孔布置方式为并排设置，并与底板夹角为10°(斜向下)，与联巷平行，钻孔间距1 m，孔深2 m。钻孔共计2排，孔口分别布置于距底板1 m位置及距顶板1 m位置，上下两排钻孔以三花眼形式布置。随即开始灌注水泥浆，封堵漏风通道，固化松散的煤体。打孔及注浆过程中每班均对650 m处观测孔实行取样检测，孔内CO浓度为10 ppm～30 ppm，CO2浓度为0.09%～0.41%，烯烃、烷烃逐步消失，C2H4/C2H6值逐步降为0，此时高温氧化点周边巷帮温度降至23.2～26.3℃。至2014年10月24日中班，共注入水泥172.55 t，注浆区域为300～800 m范围，注浆作业也由此停止。

3.5 治理结果

经采取上述喷浆封闭、注氮惰化、钻孔注水、注水泥浆等措施后，31303辅助回风顺槽原氧化高温点范围检测不到CO和烯烃、烷烃类气体，煤壁温度恢复正常，煤柱火灾隐患消除。

4 结论

(1) 在矿山压力作用下，31303工作面辅助回风顺槽煤柱产生变形及大量裂隙进而产生漏风，由于3煤层为易自燃煤层，煤柱裂隙中的长时间氧化蓄热，最终出现了高温氧化。

(2) 煤柱出现自然发火趋势时，应立即采取治理措施消除高温点，包括煤柱喷浆、封堵漏风通道；注氮惰化火区；同时采取注水降温、注浆固化煤体的措施，治理完成后续施工密集钻孔灌注水泥浆，固化松散煤体，防止复燃。

[1] 芮国相，王玉怀，任建军，等. 察哈素煤矿3号煤层自然发火标志性气体研究及其应用[J]. 华北科技学院学报，2015，12(2)：20-24.

[2] 李建龙. 护巷煤柱综合防灭火技术研究与其应用[J]. 煤炭工程， 2012，1(8)：60-62.

[3] 鹿凡玉， 刘来军. 易燃煤层大断面巷道防灭火[J]. 煤矿安全，1999，30(9)：17-18.

[4] 兀帅东. 易自燃煤层巷道防灭火技术措施[J]. 煤炭工程，2007 (12)：64-65.

[5] 李层林. 自燃煤层窄煤柱综采工作面综合防灭火技术[J]. 淮南职业技术学院学报，2009，9(1)：7-9.

Treatmentpracticeofhightemperatureareaofbrokencoalpillarincoalmineat31303workingfaceofChahasucoalmine

RUI Guo-xiang1, ZHANG Jin-shan1, XI Xiao-bin2

(1.MiningResearchInstitute,InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology,Baotou, 014010,China；2.ChahasuCoalMine,InnerMongoliaEnergyofGDConstructionandInvestmentCo.Ltd.,Ordos，017209，China)

During the extraction of 31303 working face in Chahasu coal mine, the coal pillar of the auxiliary air return lane deformed and air leakage occurred due to the mining pressure of the adjacent working face. The oxidation phenomenon was found in the coal pillar of the auxiliary air return lane.The monitoring of gas and temperature changes were reinforced. The measures of fire extinguishing, cooling, inerting, sealing air leakage passage and so on were adopted to eliminate the fire hazard.

broken coal pillar; high temperature zone; control

2017-06-03

芮国相(1987-)，男，内蒙古赤峰人，助理工程师，内蒙古科技大学在读硕士研究生，研究方向：矿业工程。E-mail：499676809@qq.com

TD752.2

A

1672-7169(2017)04-0039-03