东坡煤矿914工作面防灭火技术实践

王利新

（山西中煤东坡煤业有限公司，山西 朔州 036002）

煤炭自然发火是制约煤矿高产高效安全生产的重大灾害之一。我国煤矿煤炭自然发火情况十分严重，尤以厚煤层开采为甚。多年来，许多专家学者对煤炭自燃的理论及防治技术进行了大量的研究［1-3］，提出了诸如注浆、喷洒阻化剂、注惰性气体、阻化气雾、泡沫树脂、三相泡沫等防灭火技术方法，取得了良好的防灭火效果。

1 东坡煤矿914工作面概况

914工作面走向长度为1350 m，倾向长度为240 m，开采9#煤层。9#煤层倾角4°～6°，煤层平均厚度16.88 m，顶板为砂岩或泥岩，底板为砂质泥岩。煤层自燃倾向性等级为Ⅱ类，属自燃煤层，自然发火期为3～6个月。采用走向长壁采煤方法，后退式回采，综采放顶煤开采工艺，采放比1∶4，全部垮落法管理顶板。该面北部与913工作面采空区相邻，在工作面回采过程中揭露1007延伸巷（见图1）。采用U型通风方式，由机巷进风，回风巷回风。

根据生产安排，914工作面于2013年4月20日回采至距停采线位置50 m处停止回采，距1007延伸巷123 m。至复产时共停产219天，停采时间大于煤层自然发火期，采空区遗煤有自然发火的可能性。

图1 914工作面采空区

2 影响914工作面自然发火因素分析

2.1 采空区遗煤量

采空区遗煤量是煤体自燃的一个物质基础［4］。914工作面煤层厚度大，煤体破碎，放煤不彻底，遗煤量大。加之1007延伸巷前后10～15 m范围内未进行放煤，形成一条浮煤带，给煤自然发火提供了“良好物质”，具备自然发火的物质条件。

2.2 采空区漏风

采空区遗煤自燃需要有连续供氧的条件，采空区漏风是实现供氧的一个途径。对于U型工作面，工作面两端头是采空区漏风的源与汇，在工作面倾向上，进风巷、回风巷往工作面0～20 m范围内漏风量最大［5］。采空区自燃划分为散热带、氧化带与窒息带“三带”［6］（见图2）。煤自燃发生在氧化带中，氧化带漏风适中，给遗煤提供氧气的同时有利于热量的集聚，适合煤氧发生反应并最终导致自燃。漏风量大，则氧化带离工作面距离更远。

914工作面在暂停回采后，回采工作面未封闭，保持着通风，向采空区漏风，为914采空区煤炭自燃的可能性提供了有利的供氧条件。

图2 采空区自燃“三带”

3 914工作面综合防灭火技术实践

综采放顶煤工作面防治自然发火是一个系统工程，防火措施主要从设计、工作面配风量、煤氧接触、降低空气中含氧量、控制煤体温度等方面入手［7］。针对该面的特殊情况制定一整套预防自然发火的技术措施。

3.1 合理确定配风量

工作面配风量不仅决定工作面通风压力，也影响采空区漏风压差和漏风量，影响工作面采空区自燃“三带”分布。根据东坡煤矿瓦斯涌出量小的有利条件，在914机巷外口防火调节墙进行控风，风量由原来1100 m3/min控制并稳定在650 m3/min，降低进、回风隅角压差，减少向采空区漏风。

3.2 采空区堵漏技术

在回采过程中，每推进10 m，即在进、回风隅角构筑一道水泥袋煤垛墙；在停采位置，对工作面进、回风隅角建造一道厚度1 m水泥袋煤垛墙，袋子顺巷道摆放，袋口向外，袋与袋之间错茬，垛墙接帮、接顶，回风隅角由下帮至第1架架尾，进风隅角由进风顺槽上帮至最后1架架尾。并对墙面及周边喷涂快速密闭材料，同时对914工作面进风段尾部采空区采用风筒封堵，长度为100 m，以减少采空区漏风。

3.3 注浆防灭火技术

注浆的作用主要是防止采空区遗煤自燃及降低采空区温度，是煤矿井下常采用的防灭火措施。在回风隅角埋入两趟长分别为50 m和30 m的注浆管，在进风隅角埋入一趟长为30 m的注浆管。在停采前，每天早班对914工作面进行注浆4小时；停采后，每天注浆不低于8小时，注浆流量控制在50 m3/h左右，水土比例为4∶1，至皮带巷机出浆停注，以后隔天补注直到皮带巷出浆为止。

3.4 注氮防灭火技术

氮气化学性质稳定，属于隋性气体，具有不可燃的特性，注入氮气能降低采空区内氧气的浓度，同时还起到吸热降温作用，可以有效地防止采空区遗煤自燃。

914工作面煤层厚，采空区顶部遗煤较多，采用预埋管注浆顶部浮煤不易灌到，采空区注浆不能完全防止采空区顶部煤炭的自燃。在注浆的同时还进行了注氮。每天注浆完毕之后，继续进行注氮作业，每次注氮不低于8小时，并安排专人对氮气指标及工作面气体进行检查，保证采空区氮气浓度不低于97%，并且工作面回风隅角、回风流等处氧气含量不低于18%。

3.5 三相泡沫防灭火技术

三相泡沫由惰性气体(N2)、固态不燃物(粉煤灰或黄泥等)和水三相防灭火介质组成，利用氮气的窒息性、粉煤灰(黄泥)的覆盖性和水的吸热降温特性进行防止煤炭自燃发火［2］。三相泡沫可对低、高处的浮煤全覆盖，避免注入的浆体从底部流失，注入在采空区的氮气被封在泡沫之中，能较长时间滞留在采空区中，充分发挥氮气的窒息防灭火功能，提高防灭火效率。914工作面停采注浆出浆后，开始利用回风隅角30 m长的注浆管路对采空区压注三相泡沫；当出现少量出浆，随即采用间断压注三相泡沫，并加大浆液浓度及泡沫量，以达到尽量覆盖采空区浮煤效果。前后共对914工作面采空区注三相泡沫27 t。

3.6 束管监测技术

在做好防灭火的措施工作的同时，也加强对采空区的监测监控。预先在回风隅角后尾梁往采空区埋入三趟长度分别为50 m、25 m和10 m的束管，且在工作面后尾梁沿下口向上口第5、10、13、17、22、27、39、48、60、79、100、120、135架设置测点，在每个测点的支架后尾梁向采空区插入一根深2.5 m的4分钢管，在钢管内插入束管，并用锚固剂将钢管孔口封死，每班对钢管内的气体进行取样分析，同时对进回风隅角、工作面、破碎带等区域进行日常监测。

4 914工作面防灭火效果分析

914工作面通过多项防灭火措施的应用，在停产200多天里，回风流中气体基本保证稳定，CO含量检测值一直为0 PPm，温度维持在13℃～16 ℃。在监测点氧气浓度变化稳定，进风隅角为20.4%左右，随支架逐渐降低，至回风隅角浓度为4%左右，CO浓度一直小于24 PPm，符合防灭火效果的变化趋势。说明914工作面通过多项防灭火措施并举，达到了预期的防火效果。

914 综放工作面防灭火技术实践，有效解决长期停产的综放工作面的防灭火问题。

5 结语

1）综放工作面尤其是停产超过自然发火期综放工作面综合防灭火系统必须符合《矿井防灭火技术规范》，保证各项综合防灭火系统能正常使用。

2）各项防灭火技术都有自身的优势和不足，在选择防灭火措施中建议选择多项措施并用，扬长补短，以求实效。

3）放顶煤采空区冒落高度大，浮煤位置高，发生氧化后处理难度大，防灭火采用注三相泡沫、注浆、注氮等相结合的综合技术，效果更显著。