薄煤柱构造复杂工作面自然发火防治技术

单长剑 王 奇

（枣庄矿业集团高庄煤业有限公司，山东 济宁 277605）

1 概况

3上1104工作面走向长度为1408m，倾向长度166m，煤层倾角4～25°，平均12°，煤层厚度3.8～11m，平均5.2m，煤层具有自然发火倾向，最短自然发火期为54d。

3上1104工作面2015年1月22日开始生产，原计划于12月中旬回采结束，因两次缩面开采、过3上1102泄水巷，同时受FN1-1、FN1、f88等断层、沿空侧保护煤柱薄等影响，推迟至2016年3月底才回采结束，5月13日完成封闭。

2 自然发火隐患分析

（1）工作面所属3上煤层具有自然发火倾向性，自然发火期为54d。

（2）工作面运输巷与原3上1102采空区相邻，仅留有3m煤柱，最薄处不足1m，且薄煤柱区域长达470m，受动压影响，煤柱易破碎产生裂隙形成漏风通道。

（3）当工作面推进至原3上1102泄水巷附近时，由于煤柱变薄，工作面逐渐收缩撤架，回采速度放慢，采空区遗煤与空气接触的时间变长。

（4）工作面回采过程中，由于地质构造复杂，受断层、地质构造带影响，导致回采率降低，采空区遗煤数量增加。

（5）工作面两巷隅角受断层、构造带影响，采空区冒落不实，漏风较大。

（6）工作面运输巷巷道断面小，在回采过程中受压变形，通风断面缩小，增加了通风阻力，同时因巷道扩刷爆破作业，影响了采空区压力平衡，采空区漏风较大。

3 主要技术措施

3.1 过薄煤柱期间

3.1.1 合理布置通风系统

为实现均压，工作面采用上行式通风，且布置两路回风，一路通过西十一一部回风联络巷（与3下510工作面共用），另一路通过西十一二部回风联络巷，系统上避免了3下510工作面的进风通过1102采空区从1104面隅角及运输巷破碎薄煤柱漏风造成的采空区气体溢出。

3.1.2 控制工作面风量

为减少向采空区的漏风，调整工作面风量不超过800m3/min。测风员加强对工作面风量的测定及周围密闭的气体及压差变化情况的观测，根据压差大小调整通风系统，确保系统稳定、可靠。

3.1.3 封堵两隅角，减少采空区漏风

每两天对工作面上、下隅角打板闭封堵，由喷浆队进行挂网喷浆，喷浆范围为煤壁至工作面液压支架边缘，喷浆厚度不小于150mm。

3.1.4 对3上1104工作面运输巷沿空侧喷浆堵漏

喷浆范围为沿空侧及肩窝外1m，喷浆厚度不小于150mm。联合地测科绘制《3上1104运输巷与3上1102采空区煤柱厚度探测图》，对应采掘工程平面图，找出薄煤柱区、水仓区及超掘贯通区，根据煤柱厚度找出治理重点区域，重点进行喷浆堵漏。

3.2 过断层、泄水巷、缩面等生产缓慢期间

3上1104工作面地质构造较发育，共揭露断层28条，其中落差大于2.0m有10条，FN1-1、FN1、f72、材 4、运 5、f88、材 9、F106、材9、补材1、面1断层落差分别为13.0m、6.5m、0～8.0m、5.0m、3.0m、3.0m、3.5m、11.6m、3.5m、3.0m，其余均在2.0m以下。断层附近煤岩层破碎，易冒落，层理发育，原生裂隙，易片帮，同时面内可能存在隐伏断层及断点，对回采影响较大。同时，工作面过3上1102泄水巷，并两次缩面撤架，回采速度放慢，采空区遗煤增加，增大采空区火灾隐患。

3.2.1 工作面注浆及架后注浆

工作面运输巷用2寸塑料胶管或将风管改成注浆管路，出浆口加设2寸铁质花管，并高于地板0.5m处，回采期间加强采空区注浆，严格控制灰浆比例，每天注浆量以浆液刚流入工作面为准。

对工作面断层带上方区域架后插管注浆，局部区段进行架间循环插管注浆，插管管径20mm，插管深度为10m，为提高插管注浆的效果，使所注浆液能完全覆盖住采空区遗煤，插管角度不低于20°，确保插管末端到达架后浮煤上方。每3根插管为1组，注完后将注浆管拔出5m继续进行注浆，每组注浆时间不少于30min（重点插管注浆区域根据现场情况随时调整）。

3.2.2 气体监测

（1）在工作面回风隅角处悬挂甲烷传感器、一氧化碳传感器。中心室值班人员实时观测气体变化情况，发现气体波动较大或其他异常情况时及时向通防科调度室汇报。

（2）瓦斯检查员携带光瓦、四合仪、红外测温仪，每班对3上1104工作面上、下隅角、回风流及运输巷1、2、3号钻孔内气体，检查瓦斯、一氧化碳、氧气、二氧化碳及温度，并观察沿途通风设施完好情况，断层带区域的放煤情况，每班不少于两次，并及时汇报。

（3）在3上1104运输巷沿空侧布设钻孔，每班安排安全监测工对钻孔内气体进行取样分析，并对3上1104回风隅角及回风隅角处束管内气体采样分析，观察老空区气体变化。

3.3 收尾期间

工作面推采临近停采线，推采速度放缓，而且放煤不彻底，后部采空区冒落不实，采空区遗煤多、漏风大，停采回撤期间，处在20～60m自燃带遗煤将长时间与空气接触，存在自燃威胁。

3.3.1 加强放顶煤管理

后部放煤必须放干净，做到“见矸关门”。临近停采线60m内，由采煤一区制定专项措施，保障必须采细放净，杜绝留顶煤；放煤建立“三级验收”机制，即采煤一区验收员逐架验收，安监员每班验收，地测科、综采办、通防科每天排专人检查验收。工作面放煤时，安监员加强监督，确保顶煤放干放净，同时将两隅角支护的锚网及锚网梯（顶板处）拆除干净，两隅角未经通防同意，严禁支设木垛，确保及时垮落，否则采取措施强制放顶。

3.3.2 加快工作面推采速度

加快采煤速度，每天最低4刀3.2m，确保工作面后部采空区在最短时间内进入窒息带，达到防火的目的。

3.3.3 加快造撤面条件

提前考虑以最快的速度、最短的时间造撤面条件，给回撤支架留出更多的时间。排定计划，明确上大板、上网、施工稳车硐室、铺轨道、回撤运输巷皮带、破碎机、三机配套等时间进度表，提前做好准备工作。回撤前由生产科提前施工稳车硐室、拆解硐室等巷道扩刷工程，经通防科同意签字后方可施工。施工地点严禁爆破作业，沿空侧喷浆堵漏，喷浆厚度不小于150mm，防止3上1102采空区气体溢出。

3.3.4 停采后架间注浆

在工作面上隅角及液压支架架间每间隔3～5个支架，架间施工钻孔至架后5m位置处，并预留注浆用大孔径空心钻杆，以便防火注浆和气体观察。

3.4 回撤期间

3.4.1 封堵隅角，减少漏风

回撤时，先撤除后溜，然后对回撤工作面上下隅角、液压支架架间、架后进行封堵，封堵材料选用SPA-4矿用喷涂充填材料，确保封堵质量，做到严密不漏风。在工作面上隅角施工钻孔至架后5m位置处，预留注浆用大孔径空心钻杆，进行防火注浆和气体观察。停采后，立即对工作面上下隅角及工作面上部60个支架架间、下部10个支架架间进行喷浆封堵，确保封堵严密不漏风。

3.4.2 均压并稳定通风系统

材料巷封闭后，立即将运输巷改为正压侧，同时加强对3上1104回撤面所有通风设施的检查维护，确保每道设施的完好。储备足够数量的封闭防火门的阻燃防火门板，能迅速有效控制全部回风流。测风员每3d对工作面进行测风，并及时观察周围密闭的气体及压差情况，做好记录，发现异常及时汇报。

3.4.3 加强局部通风管理

回撤期间，加强局部通风管理，确保局部通风机“双风机、双电源、自动切换、自动分风”，并指定专人负责风机的运转和切换试验，填写好切换记录。风筒工每天巡查维护风筒，及时对破口进行缝补，减少风筒漏风，确保风量供应满足要求。加强对风筒的保护，避免回撤支架期间刮破风筒。

3.4.4 加强注浆、洒浆

撤架期间，增加注浆量和浆液浓度，水与高分子防灭火材料按1:0.01配比，每天注浆量不小于200m3。每班安排专人对冒落端头和架后进行洒浆，每天洒浆不低于3袋。要边回撤边洒浆，浆料要均匀洒至冒落的破碎煤体上面，然后用水喷洒，充分覆盖松散的破碎煤体。因支护撤除，存在较大安全隐患，人员洒浆时要在临近完好支架下向回撤处抛洒防火材料，不得冒险作业。

3.4.5 安全监测

（1）瓦检员每班对回风隅角、回风隅角束管内、架间、回风流、3上1102运输巷密闭地点重点检查，每班汇报不低于2次。

（2）在撤架端头增设甲烷和一氧化碳传感器。材料巷停采线处安设甲烷传感器。实时对工作面撤架端头、运巷隅角、运巷T2处的气体、风量、温度进行监控。

（3）每2d进行一次人工取样，采样地点包括架间预留钻孔、隅角内预埋束管、隅角、回风流、3上1102运输巷密闭，利用KSS-2100气相色谱仪进行气体分析，科调度室及时填写记录，绘制一氧化碳气体变化曲线。

4 治理效果分析

图1 CO浓度变化曲线

通过上图可以看出，CO浓度在2016年2月份开始出现异常，3月上旬达到峰值150ppm，采取措施后，CO浓度开始下降，至3月中旬降低至60ppm，5月13日完成了对运输巷的封闭后一直维持在40～60ppm之间。可见，通过采取相关措施，有效地抑制了采空区遗煤的氧化自燃，消除了采空区的自然发火隐患。

5 结论

3上1104综放工作面自2015年1月21日开始生产，至2016年5月13日完成封闭，期间经历了两次合茬接续、过老硐、过断层等，CO气体浓度升高，防灭火工作形势严峻。经过采取合理布置通风系统、沿空侧喷浆堵漏、上下隅角定期喷堵、及时封闭尾巷、沿空侧打钻注浆、架后采空区埋管灌浆、通风系统调节均压、回撤前架间架后喷涂封堵材料等综合防火措施，有效地消除了采空区的自然发火隐患，实现了3上1104工作面生产、回撤期间的安全。