千米深井防灭火技术研究与应用

李星坤

（山东能源临矿集团古城煤矿，山东 济宁 272100）

古城煤矿井田面积16.66km2。3#煤为主采煤层，平均厚度8.49m。由于煤层埋藏较深现开采深度已达-1200m，煤层具有自然发火倾向，矿井的自燃最短发火期52d，实际揭露最短发火期为48d。冲击地压、地温、自然发火等影响因素给煤炭生产带来一定困难。

1 煤层自然发火标志气体

在正常氧浓度(21%)下，CO首次出现的温度为56.4℃，浓度为1.21ppm，76.5℃以前，CO浓度增加比较缓慢，76.5～108.8℃温度时，CO浓度表现出加速之势头，134.5℃后CO浓度的增加表现出急剧上升的趋势。C2H4首次出现的温度为108.8℃，163.3℃以前，C2H4浓度增加比较缓慢，278.5℃增至最大，其浓度为43.6ppm。C2H2首次出现的温度为 278.5℃。因此，煤层自然发火应以CO、C2H4作为主要指标。

2 古城煤矿发火特点

（1）突发性：缓慢氧化阶段显现不明显，进入加速氧化阶段时才检测到发火征兆。监测过程中没有显现高温发热征兆（煤体导热性差），无明显风流通道难以监测到CO（内部发火区域的CO需靠风流通道带出），直接出现烟雾的发火现象。

对2107上轨道联络巷（断层附近）顶板冒烟原因分析，因断层裂隙出现通道，巷道左帮出现高温氧化现象，虽然气体检测工发现了煤体表面温度有所上升，但无CO溢出，还未采取处理措施，在短时间内出现了冒烟现象。

（2）隐蔽性：综采放顶煤工作面上下端头、切眼、停采线附近遗留碎煤，以及受断层和采动影响，采空区内煤岩浑沌、结构复杂，发火区域难以定位。2103面推进30m左右时，切眼附近出现高温发火，在治理过程中只能判断大体区域，锁定不到发火点，隐蔽性强。

（3）治理难度大：采空区内出现发火点后，现有钻孔工艺在采空区破碎煤岩体难以达到有效防治目的，无法点对点处理，只能针对发火区域治理，扩大了治理范围，治理效果不明显。

（4）CO涌出持续时间长：采空区内一旦出现高温氧化，生成大量的CO等气体，由于采空区CO气体消除慢，沿漏风通道（架间、回风隅角）向外扩散的持续时间长，造成回风巷CO超标。

3 不同时期不同地点的发火原因分析

（1）回采工作面开采前

回采工作面开切眼跨度较大，一般在6m以上，且施工结束后煤体暴露时间较长，顶部煤体受压易产生松动离层，离层区容易发生煤炭自燃，开采前必须进行防火处理，例如，2202工作面安装完后约6个月未回采，60#架至74#架顶出现高温点。

（2）回采工作面正常开采期间

因冲击地压影响，加强了工作面顺槽支护，采用锚杆加锚网索支护，两顺槽很难及时冒落，易形成漏风通道，造成采空区遗煤氧化。

（3）回采工作面特殊开采期间（过断层）

当工作面过断层等特殊开采期间直接影响工作面的推进速度，此阶段是回采工作面采空区防灭火的关键，如3201面过断层期间采空区回风隅角出现CO，并伴有煤油味等发火征兆。

（4）回采工作面停采撤面期间

根据多年撤面时间统计，回采工作面自造条件开始到回撤完毕具备永久封面条件，其时间一般为35～40d，最多 60d。

在这期间工作面停止推进，若不采取相应的防火治理措施或治理不当，采空区浮煤、支架附近碎煤氧化，可能发生煤炭自燃事故。如1315面、2108面等，在撤面过程中均出现高温氧化现象。

（5）工作面过联络巷防火

因生产通风需要，在工作面进回风巷之间开一条或多条联络巷，待回采经过联络巷时，由于联络巷停放时间长，受高地温，高地压影响，以及防冲措施的限制，人员不能进入进行监测，对联络巷的防火提出更高要求，例如2102工作面过联络巷时出现煤炭高温氧化。

（6）沿空送巷防火

古城煤矿部分地点采用沿空送巷布置工作面，对原采空区以及正在回采的采空区防火治理尤为重要。

（7）高冒区、离层区防火

由于受地压影响巷道顶板煤炭破碎，产生裂隙形成供氧通道，如果散热不及时，很可能造成发火现象。11021面掘进期间巷道顶部出现高温氧化。

4 综合治理措施

4.1 工作面回采前治理

在工作面切眼每隔20～30m打眼（眼深不小于6m）下套管敷设束管，定期（每隔7d）通过束管取样色谱分析束管内的气体成分，当发现CO异常时立即对煤体实施打眼注水。

具体是根据现场情况，利用手持式气动风钻打眼至煤层顶板插入注水管，封孔器封孔，封孔深度不小于3m，注水孔间距控制在2～3m，利用静压水（压力不小于4MPa），注水量根据现场情况充分湿润煤体即可。对于切眼高冒破碎区采取先注水后压注泡沫材料充填相结合的防火措施。

4.2 回采工作面正常开采期间治理

回采工作面正常开采期间要保持均匀连续推进，月推进度不得少于50m，同时随着工作面的正常推进，在工作面的进回风隅角每隔10～15m分别构筑挡风墙。

采用塑料编织袋装满碎煤、报废的风筒、购进阻燃泡沫等材料，在两隅角靠近关门柱处自下而上构筑。要求宽度不小于0.5m，垛密垛实从而起到减少漏风，控制采空区浮煤氧化的目的。

4.3 过断层期间治理措施

当工作面过断层等特殊开采期间直接影响工作面的推进速度，此阶段是回采工作面采空区防灭火的关键。具体防火措施如下：

（1）在进风隅角向采空区预埋注氮管路，埋设深度20～30m最佳。

（2）在上下隅角每隔5m垛袋，挂金属网喷赛德3号高分子防火材料构筑挡风墙。

（3）保持通风系统稳定，在保证安全情况下，适当减少工作面配风量。

（4）保证月推进度不低于40m，将采空区浮煤氧化带甩入窒息带。

4.4 回采工作面停采撤面期间治理

根据多次撤面发火经验得知，历次发火隐患位置都是架顶碎煤和尾梁后6m左右碎煤氧化，如防火治理不及时可能导致煤炭自燃。

（1）工作面造条件上网阶段前(接近停采线约10m)，停止放顶煤。其作用主要是保证顶板、顶煤的完整性，不存在破碎状态。

（2）调整回撤面通风系统，适当减少工作面供风量。工作面配风量按正常生产时的50%风量进行配风，降低进回风之间的压差，减少采空区漏风，减少采空区氧化带范围，从而起到抑制采空区浮煤氧化作用。

（3）保持回撤期间通风系统稳定，避免风量忽大忽小（拉风箱现象）。其典型案例是1122面在回撤期间在回风侧设置单道行人风门，因频繁开启造成工作面风量忽大忽小，出现拉风箱现象，导致采空区内煤炭氧化，CO升高，经封堵、注氮等治理措施后，将发火隐患解除。

（4）提前在进风隅角向采空区埋设注氮管路（20～30m最佳），工作面一旦停止推进，立即向采空区注氮，惰化氧化带气体成分，抑制采空区浮煤氧化。

（5）端头堵漏。工作面进入造条件开始，缩小两端头挡风墙距离，支架停止推进后，及时在采面两端头按标准要求垛袋子挂金属网喷涂艾格劳尼或SPA-4高分子防火材料构筑挡风墙，进行封堵采空区，减小采空区漏风。

（6）架间及架后循环压注MAB防火剂。这是回撤期间最根本的防灭火治理措施。工作面造条件一旦结束，立即组织每隔2架在架间及尾梁上打眼，打眼方向控制在20°～35°之间,打眼深度不少于6m，封孔深度不小于3m。利用高压移动注浆泵和Φ25mm高压胶管通过插入煤体中的注水花枪或注水封孔器向架间及尾梁上循环压注MAB防火剂，使架间及尾梁上向采空区方向6m范围内煤体始终处于充分湿润状态，起到防火降温作用。

（7）加强回撤期间防火监测监控。工作面停止推进后，自端头开始，每隔15～20m在架间向顶部煤体打眼（深度不少于6m）并套入检测束管，孔口用黄矸封严封实不漏风，利用束管检测系统进行分析，动态掌握工作面气体变化情况，发现异常立即采取相应措施进行治理。

（8）利用热成像仪对工作面温度变化情况进行监测，对温度升高地点进行防火治理。

（9）每天将各地点气体温度绘制曲线图，随时掌握各地点气体、温度变化情况及时采取针对措施。

（10）若架顶煤体比较破碎，通过循环压注MAB防火剂后CO浓度没有明显减小时，必须采用封堵和压注MAB防火剂相结合的治理方法。具体是在架顶架后打眼利用多功能泵压注充填泡沫材料（罗克休、赛德等）形成临时挡风墙，然后再辅以压注MAB防火剂进行综合治理。

（11）采煤工作面回采结束后，必须在最短的时间内进行永久封闭。

4.5 工作面过联络巷防火治理

（1）过联络巷期间必须提前对煤体实施打眼静压或高压注水处理。

（2）必要时对联络巷封闭，埋设注氮管路进行注氮处理。

（3）对联络巷提前布设束管，气体检测到位。

4.6 沿空送巷防火治理

（1）加强监测：在巷道内每隔50m向采空区打眼埋设束管，利用黄矸将孔口封严密实，通过束管取样色谱分析采空区气体成分，随时掌握采空区气体变化情况。

（2）沿原采空区采用喷涂SPA-4防火新型材料进行封堵，具有高膨胀率、用量小、反应速度快、很好的抗压能力、不受煤炭变形影响等，且现场易操作，具有良好的堵漏风效果。

（3）注浆注氮治理：利用原采空区密闭措施管路或沿原采空区每隔100m施工措施孔，向采空区注氮或注浆治理等措施。

4.7 高冒区、离层区防火治理

利用热成像仪每周对全煤巷道进行温度检查，对检查出的高温点进行防火处理。一是打眼注水降温；二是压注凝胶、MAB防火材料，包括碎煤隔绝氧气，延长氧化时间；三是利用赛德、罗克休等高分子材料封堵供氧渠道，使高冒区的氧含量减少。

5 结束语

古城煤矿通过分析不同地点不同条件的发火特点，采用针对性的综合防灭火技术，取得了预期效果，为同类条件下矿井防灭火工作积累了经验，有一定的借鉴指导意义。