大屯矿区深部开采综放面撤除期间防灭火技术实施效果浅议

梁红立

文章通过对矿区深部易自燃综放面撤除期间煤炭自燃起因及特点分析，介绍了深部易自燃综放面撤除期间针对性的防灭火技术安全措施，例如选择合适的停采位置，综放面在顶板下撤除、维持全负压下行通风、减小采空区漏风宽度、建立采空区无煤防火隔离带、插管压注罗克休泡沫、埋管注浆等，突出“预防为主”的原则，使用多种监测手段，及时掌握拆除期间工作面、采空区气体浓度变化情况，采取针对性防治措施，实现了大屯矿区最近5年来未发生煤炭自然发火事故。

大屯矿区进入深部开采，由于地温高、顶板压力大，支架上方易出现松动煤体，加之煤层属于易自燃煤层、采空区遗煤多、漏风量大、煤层自然发火期短，因此极易造成煤炭自然发火。支架拆除期间，通过采取爬顶选择合适停采位置、维持全负压下行通风、减小采空区漏风宽度和建立采空区无煤防火隔离带等针对性的防灭火技术安全措施，大屯矿区实现了最近5年来未发生煤炭自然发火事故。

一、概况

大屯公司共有四对矿井，年核定生产能力为910万砘，低瓦斯矿区，煤层平均厚度为5米，煤层具有自然发火特征，属Ⅰ类～Ⅱ类自然发火倾向性煤层，实际自然发火期不足1个月。目前公司已进入深部开采，深部综放面在停采撤除期间，支架上方及后方采空区的浮煤易松动，存在漏风容易发生煤炭自燃，一旦发生自然发火事故，会扰乱矿井正常生产接续，威胁矿井的安全生产。因此研究综放面撤架期间的防灭火技术对策，保证综放面安全封闭，具有十分重要的意义。

二、撤除期间煤炭自燃起因及特点分析

煤炭自燃是具有自燃倾向性的煤在有适宜的供氧量、有蓄热氧化环境和时间的条件下发生的物理化学的结果。煤炭能否发生自燃主要取决于以下4个条件：①破碎的煤炭堆积厚度在0.4米以上;②周围具有蓄热环境;③有连续供氧条件;④以上条件共存时间大于煤的自然发火期。综放面停采前顶煤不能放出，采空区遗煤多，漏风畅通，在具备充氧化和良好蓄热的环境下，煤炭自然的可能性大大增加。

（一）支架上方顶煤。工作面停采后，支架和后部溜子上方的煤炭，由于采场压力作用下，煤体压酥，呈裂隙状，并随着支架的撤除而离层、破碎、冒落。由于支架上方的碎煤有支架的支护，存在固定的漏风通道，如果工作面的撤除速度过慢，此处煤炭自燃的可能性增加，一旦产生CO气体，将严重影响工作面的撤除速度，从而使得煤炭有了更长氧化、聚热时间，形成恶性循环。

（二）支架后方网上煤炭。网上煤炭是指工作面在距停采线15～20米处因准备撤除支架而铺网时，顶煤帽落在网上不能放出的煤炭。支架后方由于没有支护，煤炭自然垮落，形成破碎堆积状。这种堆积碎煤由于比较厚，加之靠近工作面，不能靠注漿渗透整个浮煤。工作面停采后，该处煤炭所处位置具备持续供氧、热量聚集和足够的氧化时间自然发火条件，极易自燃。

（三）支架部分撤除后，采空区的漏风分布发生了变化，增大了漏风范围。当工作面支架开始撤除后，支架上部的煤炭随之冒落，缩小或堵塞了原有的通风断面，局部阻力加大，迫使工作面的进风流向采空区深部扩散，增大了采空区的漏风宽度。因此，在工作面支架撤除过程当中，工作面回风侧从停采线至采空区更大范围遗留煤炭和工作面处于进风侧支架上方煤炭更易发生自燃。

三、撤除期间防灭火技术

（一）选择合适的停采位置，综放面在顶板下撤除

尽可能选择两道顶板无高冒区，无断层、地质构造带位置以及综放面处于仰采、条件较好的地点作为停采线。顶板条件好，撤架较为容易，而且支架上方的煤体较完整，较少或者没有漏风通道，则支架上方的煤炭不易自燃。工作面处于仰采位置作为停采线，可较多注浆，有利于防灭火。

如果条件许可，综放面在两道掘进时，设计在停采线附近沿顶掘进，这样工作面在顶板收作，避免支架上方煤炭自燃的威胁，有利于撤面期间防灭火工作的重点突破。

（二）维持全负压通风，并优选下行风

为防止支架撤除后煤与矸石冒严冒实，工作面撤架前，施工两排铁锚杆和一排锚索。两排护顶锚杆之间布置一排沿倾斜方向的锚索，一架一根，间距与架宽相同;采用木锚杆支护煤帮。在下出口煤壁拐角处和隔离墙前用半圆木构建三个木垛，随着支架的撤除，每1000毫米施工一木垛，边撤除边施工，沿撤除面煤壁形成一回风通道。顶板支护较好，可减少因回架顶板冒落产生的浮煤，保持了通风道畅通，同时通风阻力也较小，减小了撤除面回风侧靠近停采线附近采空区的供风量及其供风深度，有利于防灭火。

采用下行通风系统，在上巷新鲜风流中拆架作业，人员凉爽安全，能提高劳动效率，有利于缩短撤架时间，从而缩短遗煤氧化时间。

（三）减小采空区漏风宽度

1.封堵进回风隅角。工作面采空区的内部漏风主要是由上下两道压差造成。上下两道因支护原因在回采过程中冒落不实，特别是采用锚网、锚索支护形式的巷道，回采后上、下隅角往后顶板冒落滞后，使采空区的漏风深度加大。工作面停采后，立即对上、下隅角采取堵漏风措施。在端头支架以里，用鱼鳞袋装碎煤和高分子材料混合物紧贴工作面上、下隅角切顶线的位置，各打一道临时挡风墙;墙体预留观察孔、放水孔和注胶孔，然后分别在隔离墙内、外压注和喷涂罗克休泡沫，并分别向支架延伸3～4架。对进、回风隅角进行封堵，均衡了采空区压差，控制风流从两道漏进或漏出，改变漏风风流的分布，缩小漏风的宽度，从而减少了采空区漏风，使采空区“三带”位置前移，对采空区浮煤自燃能起到事半功倍的作用。

2.控制风量。综放面在回采期间，风量一般在800～1200m3/min，工作面停采后立即进行风量调节，使风量降到300～400m3/min之间，以减少采空区的漏风量和漏风宽度。

（四） 建立采空区无煤防火隔离带

在工作面进入停采准备前，将顶煤彻底放净，在采空区内形成一定宽度的无煤防火隔离带。该隔离带建立在网上冒落区的后部，其宽度为20～30米，能有效隔离无煤区后部采空区煤炭的自燃，阻止自燃灾害向工作面扩散。

（五） 插管压注罗克休泡沫

在支架上方松散、破碎煤体插管压注罗克休。在发现隐患点支架上方打眼，插6分钢管，用树脂和催化剂以4：1的比例，注罗克休泡沫，注到顶板煤体裂隙出浆为止。对支架顶板破碎区域每班进行检查，发现异常即设点观测，测出CO气体呈上升趋势，即进行插管灌注罗克休泡沫。

罗克休泡沫反应速度快，常温下20～30s即可反应完毕，10～15℃时3～5min内膨胀结束，并在20min内硬化，具有良好的机械抗压性（0.2MPa左右），能承受煤（岩）的压力，对顶板起到加固作用;泡沫具有高膨胀性，膨胀体积为原体积的25～30倍，能最大限度的充满到松散煤体的裂隙中，消除松散、破碎煤体的蓄热环境，同时也减少了通过支架上方向采空区的漏风量，减小自燃氧化带的宽度，给工作面撤架工作赢得时间。

（六）埋管注浆

1.注浆。工作面停采前，在上巷预埋注浆管2～3趟，管径4英寸为宜。第一根管出口位置在网上煤炭区;第二根出口在无煤区以里的采空区内。注浆是一种长效而经济的防灭火措施，浆液能够渗入浮煤缝隙中，达到包裹碎煤，防止煤炭表面与氧气接触，同时吸收煤炭氧化产生的热量。注浆的主要目的是预防作用，如果采空区煤炭出现自燃征兆，可采取注胶体泥浆。

2.注胶体泥浆。利用静压埋管注浆系统，在风井添加5%的水玻璃，在井下工作面，使用TBW型凝胶泵及相应管路，添加2.5%的偏铝酸钠促凝剂，对采空区压注胶体泥浆。凝胶浓度加大到以不堵管为最终浓度，凝胶成胶时间为2分钟左右。注到采空区的胶体泥浆对遗煤达到吸热降温，固化和减少采空区的出水量，同时浆体在采空区能得到有效堆积，从而破坏漏风供氧和蓄热环境，消灭煤炭自燃。

（七）气体监测

停采撤架期间，对CO等有害气体和温度的检测，分析判断其发展趋势，可以有效指导防灭火工作的开展。一是及时在工作面支架上部顶煤破碎区、支架后部采空区布置测点，监测支架上部顶煤和后方浮煤温度和气体的变化情况;每天派人对工作面回风隅角、回风流和设置的测点测量、取样化验。测量仪器和人员尽量固定，仪器及时校正，避免出现较大的误差;二是充分利用安全监控系统的CO、CH4和温度传感器对回风流的有毒有害气体浓度和温度进行监测，同时对传感器加强维护与调校，确保监测监控系统灵敏可靠;三是对工作面支架顶部高冒区以及支架后部地点，及时利用红外线测温仪监测温度变化情况。

（八）制定防滅火应急预案

在工作面上、下两巷永久密闭墙位置提前预备构筑墙体材料，如果撤架过程中发生煤炭自燃发火且无法控制，可立即在上下两道构筑密闭墙，进行压注CO2灭火，待火彻底熄灭后，再启封火区。工作面撤除过程中，建立应急预案及时封闭工作面，将事故损失减少到最低程度。

四、 结语

（一）易自燃综放面撤架期间极易造成采空区遗煤自燃，研究此期间自然发火原因、特点以及合理有效的防灭火技术意义重大。

（二）防治易自燃综放面撤除期间自然发火要突出“预防为主”的原则，使用多种监测手段，及时掌握采空区自然发火隐患点的气体成分变化情况，分析可能出现的后果，能够正确指导自然发火防治工作，使防治措施做到有的放矢，实现对自燃隐患的可靠控制。

（三）综放面撤除期间自然发火的防治，必须加强组织管理，保证各部门协调到位、设备运输路线畅通、防灭火措施充分等，以提高工作面设备撤除速度，尽量缩短撤除时间。

（四）大屯矿区通过采取的针对性防灭火技术安全措施，实现大屯矿区最近5年来未发生煤炭自然发火事故，说明采取的措施是科学的、合理的、有效的，为类似条件下开展矿井防灭火工作提供了重要的借鉴。（作者单位：上海大屯能源股份有限公司姚桥煤矿）