滕东煤矿连通采空区自然发火治理技术研究

王继胜 牛思云 梁开山

（1.山东省滕东生建煤矿，山东 滕州 277522；2.山东省滕州监狱，山东 滕州 277516）

与传统的大煤柱护巷技术相比，沿空掘巷留设小煤柱具有采出率高、巷道维护量小等优点，沿空掘巷留设小煤柱技术在煤矿生产中得到了广泛应用[1]。然而，小煤柱在采动及地应力作用下，易发生塑性破坏并形成导风裂隙，形成大面积多连通采空区，容易引发采空区遗煤自燃[2]。为了有效防治连通采空区内遗煤自燃，优化整合采空区防灭火技术，并在滕东煤矿进行了现场应用。

1 工程概况

重庆煤科院2015年对滕东生建煤矿3下煤层的煤样鉴定结果：自燃倾向性等级为Ⅱ类，自然发火期为63d。矿井现开采工作面为3下111工作面，已经停采的3下109综放工作面、3下107综放工作面、3下105综放工作面、3下103综放工作面之间留设6m的保护煤柱，现已破碎漏风，形成的连通采空区内流场分布复杂；综放工作面上下端头处以及断层等地质构造附近留有大量遗煤，容易造成遗煤自燃。因此，需要对连通采空区内的漏风特点进行分析，并制定针对性的综合治理措施消除采空区自燃隐患。

2 连通采空区漏风分析与控制

采空区漏风是指送到井下的新鲜风流未经过工作面或者其他需要排出有毒有害气体的位置而从煤岩体裂隙、地表裂缝、未密封的通风构筑物缝隙中散失的风量[3]。现场释放SF6示踪气体进行了漏风测定，发现连通采空区内的主要漏风源为3下111工作面沿空巷道以及各采空区密闭，采用喷涂封堵材料以及加固密闭控制漏风。

2.1 沿空巷道喷涂封堵加固技术

沿空巷道受地应力及采动影响，内部裂隙发育、导通，成为连通采空区的主要漏风通道之一，采用喷涂SPA-3泡沫型快速密闭材料以及MAB高分子材料进行封堵。SPA-3泡沫型快速密闭材料通常用来封堵工作面沿空巷道。该材料质量轻，便于井下运输、保存；操作工序简单，施工速度快；劳动强度低，封堵成本低；具有塑性，对巷道变形有一定的适应性，封堵效果好。使用时，需将两种液体按照一定比例配比混合，并在催化剂作用下由喷射枪喷出，在沿空巷道裂隙内膨胀、发泡，形成泡沫状硬质固化物。

MAB高分子封堵材料主要由几种高分子材料及多种无机阻燃材料经特殊工艺加工而成。MAB材料配水成型后形成胶体，该胶体强度高，粘性大，保水时间长，对煤壁及裂隙有良好的粘附、填充作用，同时有良好的散热能力。

2.2 工作面隅角加筑隔离墙

工作面进、回风隅角是工作面向采空区漏风最严重的区域[4]，需要挂设防风帘，并加筑SPB高分子材料隔离墙，压注MBA防灭火材料。隔离墙共施工两道，间距10m，隔离墙具体布置如图1所示。

图1 高分子材料隔离墙示意图

3 采空区日常监测

采空区内日常监测主要包括密闭处的压能监测以及采空区内的束管监测。

3.1 密闭处压能监测

漏风强度的大小可以通过漏风压差表征出来，同样限定最大的漏风量以后，即可求得漏风通道两端允许的最大风压差。要确保采空区安全，需要将漏风强度控制在0.06m3/(min·m2)以下[5]。按照上述漏风控制数值进行计算，工作面停采线两端的压差不能超过69Pa，巷帮煤柱两端的的压差不应超过37.5Pa。考虑滕东煤矿现场施工条件以及U型水柱计精度，将密闭两端临界值设定为50Pa，沿空顺槽可能形成的漏风通道两端的压差控制临界值设定为30Pa。密闭压能测定测点布置如图2所示。压能测定由测风员负责，每天上午12时和凌晨24时进行一次，做好数据记录。若压能差超过50Pa，需派瓦斯检查员在密闭墙内外进行气体取样，并及时对密闭进行堵漏风处理。

图2 压能测定测点布置图

3.2 温度和气体监测及预警

滕东煤矿安装有KJ90NB型煤矿安全监控系统，井下共设立监测分站18个，装有CH4、CO、风速等传感器102台，可以实现瓦斯浓度显示、自动报警、自动断电等功能；工作面掘进时埋设束管以及温度传感器，进行温度及气体分析，及时发现高温火点；采空区密闭检查时坚持“六测”原则，实现对积水、CH4浓度、O2浓度、CO、H2S、温度的全方位监测。

建立了气体监测四级预报体系：当采掘工作面回风流或密闭内外CO增量浓度达10ppm时，说明热源温度已达70℃以上，此时发出早期预报，以便做好思想和物资准备；当乙烯浓度达1ppm时，证明热源温度将接近临界值，此时发出中期预报，要求迅速制定灭火措施，控制火情发展；当烷烯比值达到3时，说明热源温度已达到临界温度，已处于加速氧化期，此时发出后期预报，通知有关部门立即采取果断措施，扑灭热源；当烷烯比值等于1时发出紧急预报，在无把握准确找到热源的情况下，进行火区封闭。

4 高温火点以及自燃区域处理

煤矿建立了以注浆为主、注惰性气体为辅的综合防灭火系统。地面制浆站设在主井西侧，配备NG-30/30型制浆机，水池容量64m³，安装NJ5000型浆池搅拌器、NJ-30搅拌筒2个，配备JB500-LD型上料皮带2部，制浆能力30m3/h。制氮房装有AH-LG-600型地面固定式制氮装置（如图3所示），每小时连续制氮600m³，同时配有MYQ-600型注液态二氧化碳系统，汽化器汽化能力600m3/h。

4.1 采空区预防性注浆

3下111工作面必须采取预防性灌浆措施，利用地面制浆系统在运输巷埋设注浆管路，采用随采随灌的方式。注浆用地面注浆系统使用黄土，浆水浓度控制在1:4～1:5之间，同时浆水添加防灭火剂MAB，其配比为1m3浆水配MAB 15kg，注浆流量控制在20～25m3/h，日注浆量为100～150m3。

4.2 注惰性气体防灭火技术

液态二氧化碳用于煤层火灾防治的特点：二氧化碳喷出后迅速由液态转化为气态，空气的密度大，可快速沉入底部并挤出氧气，使氧气浓度急速下降；液态二氧化碳可完全避免由于注入惰气时可能带入氧气的不利影响。

在工作面进风隅角安设花管开始埋设注氮管路，推采40m后开始注氮，安设花管埋设另1路注氮管路，即注氮管路步距为40m循环开口，使注氮口在老塘距隅角始终保持在40～80m。注氮实行24h连续注氮，注氮流量不低于400m3/h，注氮时氮气浓度不低于97%。

5 结论

为防止连通采空区遗煤自燃，优化整合了自然发火防治技术，在滕东生建煤矿应用期间连通采空区内未出现高温火点以及自燃隐患，有效保证了滕东生建煤矿的生产安全。