大埋深综放工作面自然发火防治技术与实践

祝传军 王继胜 牛思云

（山东省滕东生建煤矿，山东 滕州 277510）

长期以来，煤炭自然发火一直是威胁矿井生产安全的主要灾害之一，也同矿井生产经验效益的高低有着密切关联。自然发火是指有自燃倾向性的煤层被开采破碎后在常温下与空气接触，发生氧化，产生热量使其温度升高，出现发火和冒烟的现象。煤层自燃会破坏煤炭资源，影响矿井正常生产，产生有毒有害气体，污染大气环境，破坏生态环境，威胁矿井工人的生命安全[1-2]。滕东煤矿自然发火期短，开采深度深，处于二级热害区，煤层底板温度局部高达40.4℃，自然发火防治难度大[3-4]。

3下109工作面在设计、开采过程中对防火形势认识不足，造成工作面封闭，该矿举全矿之力，在枣矿集团公司大力指导和帮助下，工作面经过防、治、封、治反复治理过程，最终取得灭火的胜利，教训深刻。

1 矿井及工作面概况

滕东煤矿为低瓦斯矿井，煤层自燃倾向性为Ⅱ类，自然发火期55d。开采深度-800～ -1000m，为鲁南第一深井，煤层底板温度局部高达40.4℃，处于二级热害区。

该工作面原布置为旋转开采，后根据防冲规定明确要求严禁切眼旋转开采，重新施工切眼。3下109新切眼在原切眼机尾向南留5m净煤柱布置，于2013年12月初贯通，2013年12月26日开始组织安装，2014年2月25日安装工程结束。2014年3月3日工作面调试生产2m，3月5日因3下109工作面无专项防冲设计，由北科大编制3下109防冲专项设计。根据防冲设计要求，需在轨道巷防冲高危区和煤岩交接区补打锚杆、锚索，4号探巷注浆和3号探巷补打木垛等工作，该工作共计施工25d时间。2014年4月1日工作面开始恢复生产。工作面开采85m后，机尾段需缩面撤除11个支架，缩面撤架期间工作面架后发生煤层自燃。

表1 注浆所需材料表

图1 压注系统示意图

图2 压注钻孔布置示意图

2 自燃防治综合技术运用

随着3下109工作面煤自燃情况的发展，灵活运用各项综合防火技术，取得预期效果。在工作面开采期间采用稳定通风系统；对轨道巷外侧巷道及顶板喷涂高分子材料SPA-4；两隅角喷洒防灭火剂；注氮；注CO2；每10m在两巷隅角构筑防火墙；对检测到的异常点打钻注水降温、注罗克休；在轨联安设局部通风机向回风隅角供风调压；对机尾顶板严重破碎带注马丽散、罗克休充填加固等常规防灭火手段[5]。

在进行罗克休充填时，为取得最佳注浆密闭效果，设计2注浆孔，开孔位置在密闭墙上部，巷道中心线左右1m处开孔，孔间距2m，孔径为Φ42mm，孔深以穿透砌砖墙体即可。每孔结构为1根注射管+封孔器。为取得理论上最佳密闭效果，操作时高压进行灌注保证泡沫的均匀扩散，充填封闭住漏风区域。注浆结束后及时进行观测，对未充满区域补注浆。

在进行马丽散充填加固时，密闭墙为半圆拱结构，巷道宽4m，巷道最高点3.5m，设计为单排注浆固化孔，开孔位置距离墙体0.5m，每孔呈45°推进，孔深2m（保证每注浆终孔垂直距离墙体外边缘1.4m，理论状态下扩散），孔间距1.0m。为有效保证注浆效果，共设计12个注浆孔，以巷道中心线的顶、底板和密闭墙腰线左右帮为基点各一个注浆孔，左右或上下间距1m分设其余注浆孔。因巷道周边为岩石，预计注浆量不大，平均暂按每孔3组（6桶）量，预计总量2t。每孔结构为1根注射管+1件封孔器+1件花管。采取间隔布孔间隔注浆，间隔注浆即防止注浆孔之间窜浆又可对相邻孔破碎裂隙进行复注补充。注浆完毕后进行监测是否漏风，对通过注浆检测到的极其破碎区域再次补孔注浆封闭。如图3所示。

图3 钻孔注浆封闭图

工作面停产缩面撤架前，对工作面架前顶板及架后全部喷涂SPA-4材料，全面封堵。在回撤支架出现烟雾后，主要采取降低工作面总风流、风机均压、注CO2、81#～82#架施工钻机窝、用大钻打深孔、钻孔注水、注高分子灭火凝胶等措施。在打钻注胶短期内无法完成治理工作后，采取主动封闭两巷端头强注二氧化碳的积极防灭火措施。

3 自燃防治效果

由于工作面设计考虑不充分，补打新切眼，且切眼长度设计为150m，日推采1.2m，推采速度慢；工作面调试生产2m后，因治理防冲问题，搁置25d没有生产；缩面撤架撇开机尾全岩近20m，工作面机尾段受断层影响，仍然有30多米全岩，影响推进速度。同时，由于停产撤架准备不充分，巷道卧底耽误了8d时间，造成工作面自然发火形势恶化。但经过各种自燃防治综合技术运用之后，自燃防治效果较好。用CO浓度表征自燃防治效果，在回风巷道内5m、回风巷道与工作面交界处、工作面回风上隅角、回风侧采空区内5m、回风侧采空区内10m位置分别布置一个测点，共布置5个测点，各测点处CO浓度变化如图4所示。

图4 自燃防治前后各密闭测点CO浓度变化图

由图4可知，在自燃防治综合技术运用之前，CO浓度普遍较高，最高接近150ppm。在实施防治措施之后，各测点CO得到有效遏制，其浓度均在安全范围内波动，有效遏制了CO的产生。因此，工作面经过防、治、封、治反复治理过程，取得3下109大埋深综放工作面自然发火治理的胜利。该工作面已安全开采并封闭。

4 结论

（1）火区封闭不宜采用板闭，否则封堵区内压力无法升高，影响灭火效果，今后火区封闭要掏深槽，建永久闭。

（2）冲击地压高温矿井封闭区内温度无法降低，启封时不能完全按照启封条件启封，要根据实际灵活运用。

（3）封注CO2启封时，不宜采用锁风一侧启封。因CO2有刺激性气味，启封时间长，封注CO2启封前改注氮气，冲淡封闭区内CO2浓度，能极大缩短启封时间。且注CO2浓度必须确保使用食品级，否则容易出现误判。

（4）在工作面设计中特别是高温矿井，要充分考虑防灭火需要，并勇于舍弃不易开采的局部地段。且高温矿井不完全符合“三带”理论，在实际处理防灭火时，必须多措并举，方能取得较好效果。