新景矿自燃煤层末采期间防灭火技术

张夏彭 路 璐

（山西新景矿煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000）

回采工作面采空区内部的遗煤呈现破碎状态，在与空气接触后，会发生一系列物理吸附和氧化反应，并产生热量，达到一定温度，极易发生煤层自然发火事故[1]。末采期自燃问题最为严重，我国许多采用综采放顶煤生产的矿井不同程度发生过工作面末采回撤期间采空区自然发火的事故，轻者会延误工作面安全撤除，严重者会烧毁设备，甚至造成重大人员伤亡事故[2]。因此，研究制定适合新景矿实际的末采防灭火技术措施具有重要的现实意义。

1 工作面概况

新景矿位于阳泉市西部，井田面积64.747km2，15025 工作面位于15#煤西采区南翼西部，工作面走向长1202m，倾斜长200m。本工作面煤层厚度5.45～6.99m，平均为6.51m，煤层倾角2°～9°，平均倾角6°，可采指数1，变异系数11.5%，储存稳定。工作面通风方式为“U”型通风+低位抽采巷+高抽巷。

2 煤层自燃倾向性

新景矿15#煤层自燃倾向性历史鉴定危险等级为Ⅱ级，属自燃煤层。煤层统计自然发火期为78d，最短自然发火期为47d。15#煤层在开采80117工作面期间发生第一次自燃，先后共发生自燃12起，其中见明火10 次。

15#煤层自燃的主要原因：（1）开采过程中煤层易破碎，煤吸氧速度较快，吸氧量较高，且着火点温度低；（2）陷落柱、褶曲及断层多是15#煤层自燃严重的重要原因；（3）煤层中水绿矾和黄铁矿矿物的存在使煤的自燃危险性大为提高。

3 防灭火预测预报

工作面防灭火监测监控系统主要包括传感器监控系统、火情监测系统和人工检测三部分。煤层自然发火监测系统的建立完善，实现了对火区的准确预报，为末采期间火区管理和采取针对性的防灭火技术方案提供依据。

3.1 传感器监控系统

总回风巷、采区回风巷、高、低位瓦斯抽采管路及回采工作面安设CO 和温度传感器。传感器应垂直悬挂在巷道的上方风流稳定的位置，距顶板不得大于300mm，距巷壁不得小于200mm，CO 报警浓度为0.0024%[3]。传感器监控系统可实现报警和自动断电功能，发生重大火情事故时，当温度和CO 浓度超限时切断工作面电源，避免事故扩大。

3.2 火情监测系统

对工作面采空区及重点区域安装KJ428-Z 火情监测系统，实现火情在线监测。回采期间采空区束管布置方法：回风隅角处设置一个采样点，向采空区以里按一定间距布置束管采样点，约30m 设一个测点，保持采空区内部回风侧三个采样点、回风隅角一个采样点，对采空区内120m 的范围进行火情监测。测点布置如图1 所示。

图1 工作面测点布置图

3.3 人工检测

人工检测方法是采用“四合一”监测仪、红外线测温仪、CO 检定器等检测设备，人工对各测点进行气体和温度检测。人工检测一般应在末采工作面上下隅角、进回风巷及支架间、密闭观测孔、高冒区等地点，工作面气体检查每班检测3 次，工作面取气样每月2 次。人工检测发现任何地点有CO或温度异常时，可随时根据检测情况增设测点。

4 末采期间防灭火技术措施

综放面末采期间，推进速度严重放缓，发生煤层自然发火事故的危险性大大增加[4]。因此，对15#煤回采工作面采取减风措施、井下移动注氮防灭火技术方案。应用采空区定点测温技术测定出采空区支架后方的自然发火危险区域，并对定点测温技术监测到的自然发火危险点采取针对性的防灭火安全技术措施。

4.1 减风措施

末采期间采取减风措施，末采开始至停采之前这段时期进风风量根据瓦斯涌出情况由1200m3/ min左右逐渐降至500～600m3/ min 左右，高抽巷和低位抽采巷逐渐降至50m3/ min 左右。同时加强进、回风落山退锚、剪网、放顶工作和进、回风隅角封堵工作，每隔3m 封堵一次进、回风隅角。

4.2 移动注氮防灭火措施

当末采期间出现CO 和温度异常等煤层自然发火征兆时，立刻采取移动注氮防灭火安全技术措施，在采空区提前预留注氮管路，进行预防性注氮。注氮管路设置在工作面进风巷，伸入采空区内部不小于30m，超过30m 时重新预埋（迈步距为30m，如图2 所示），移动注氮设备随着回采推进向前移动。同时在进风落山处设置封闭段，通过施工闭墙及时封堵进风隅角。并将注氮管路对接至工作面进风端头，工作面封闭时在闭墙中部预留注氮管，注氮管管径不小于75mm。注氮开始时通风队瓦检工负责先在工作面进风端头闭墙注氮进气口检测管内氧气浓度，当浓度低于3%时，方可继续进行移动注氮施工作业。注氮期间，安排专职瓦检员在进风落山端头闭墙处观测有害气体及温度的变化情况。

图2 工作面移动注氮示意图

4.3 采空区定点测温技术

常用的红外线、热成像仪等采空区测温手段只能对煤体表面温度测定[5]。为及时、准确地探测到工作面采空区深部的煤体温度，采用定点测温法监测采空区内部温度，对加强工作面采空区自然发火预测预报发挥了关键作用。定点测温装置包括空心铅丝、导线、温度传感器和温度显示器[6]。定点测温原理是先沿工作面切巷向采空区打探测孔，探测孔底部处于采空区氧化带内，人工将空心铅丝穿入预先施工的探测孔，空心铅丝末端加设温度传感器，传感器深入孔底。空心铅丝前端通过导线连接温度显示器，深入孔底的温度传感器将探测到温度后利用导线传输至温度显示器，准确、快捷显示出采空区内温度。工作面定点测温探测孔均匀布置，每隔5m 设置为一个测点，监测支架后方10m 范围内采空区温度。

4.4 针对性采空区防灭火技术措施

结合采空区定点测温技术监测出的自然发火危险区域采取相对应的防灭火安全技术措施，目前采用注普瑞特或史达夫防灭火材料的方法对高温危险区域防灭火。

（1）压注普瑞特防灭火材料

通过对工作面架后采空区遗煤、前探梁以上煤体采取架间施工钻孔，通过钻孔向采空区灌注6%浓度的防灭火材料普瑞特，实现液压支架采空区浮煤的覆盖，延缓浮煤的氧化时间，防治煤炭自燃。

注浆工艺为：首先在200L 的空桶中，将一定比例的水与发泡剂（凝胶剂）均匀混合，采取人工搅拌。发泡剂与水的配比（体积比）为4:50，即每桶水中加入发泡剂15.2L。凝胶剂与水配比为2:50，即每桶水中加入凝胶剂7.6L。然后用1 台气动泵分别抽加水稀释后的发泡剂（A 料）和凝胶剂（B 料）。稀释后的发泡剂与凝胶剂混合进入发泡成胶设备，并在发泡成胶设备一侧引入氮气，发泡剂、凝胶剂、水和氮气混合通过发泡成胶设备反应生成普瑞特后，注入钻孔内，完成对架后采空区的充填工作，从而达到采空区遗煤阻燃的目的。如图3 所示。

图3 普瑞特固化泡沫的灌注工艺示意图

（2）压注史达夫防灭火材料

压注史达夫工艺与注普瑞特类似，均是通过气动泵向预先打好的钻孔压注防灭火材料。钻孔施工深度7m，前探梁顶部钻孔为35°，向架后延伸0.6m。钻孔施工完毕后全程下套管，并通过气动泵向支架后部采空区碎煤内压注史达夫防灭火材料，直至支架后部渗出为止，史达夫与水的比例为1:16。

5 结论

（1）根据末采期间的自然发火特点和危险区域，建立了传感器监控系统、火情监测系统和人工检测三种手段相统一的防灭火预测预报系统，有效监测采空区自然发火情况。

（2）在自然发火监测监控的基础上适当调整工作面风量，对末采期间综放工作面采用减风、井下移动注氮的防灭火技术措施，预防采空区自然发火。

（3）通过采空区定点测温技术监测出的采空区内自然发火危险点采取针对性的防灭火措施，即注普瑞特或史达夫防灭火材料的方法，有效保障了15025 综放工作面末采期间的安全生产。