特厚煤层采煤工作面临时封闭防灭火技术研究

刘星乐，上官良良 ，李志勇 ，翟智哲 ，李 惠

（兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿 ，山东 兖州 272102）

0 引 言

兴隆庄煤矿10306 工作面位于十采区中部，切眼以井田边界保护煤柱为界与东滩矿的14311 设计工作面相邻，东部与10305 工作面（已回采）相邻，西南部为八采区探煤巷。工作面地质构造简单，煤层总体为一单斜构造，煤层倾角2～18°,平均9°发育有次一级的波状起伏，煤层厚度为7.8～10.5m，平均厚度9.37m，工作面所采3 煤自燃倾向性等级为Ⅱ类，属于自燃煤层，自然发火期3～6 个月，最短发火期44 天。

工作面为“U”型全风压通风，轨顺进风，运顺回风 ， 工 作 面 需 风 量 1150m3/min， 实 际 配 风1150～1300m3/min。面长 252m，共有 146 组支架，推进长度1480m，工作面采用综采放顶煤工艺。工作面回采期间揭露多个断层，其中，10306F1 19°∠75°H=2.5m 断层贯穿整个工作面，刘家楼二号断层265°∠75°H=5.4m 贯穿轨顺中部及切眼中部，对采掘生产影响较大。工作面回采期间推过十采四横中间巷及联络巷、10306 三联、10307 三联等联络巷。

工作面于2016 年8 月26 日停采，此时矿井安撤任务比较集中，根据矿接续情况，重点进行其他安撤工作，矿决定临时封闭10306 工作面。因工作面停采后搁置时间较长，临时封闭前，出现自然发火隐患，治理完成后，工作面于2016 年10 月11 日临时封闭。工作面正式停采至临时封闭共计47 天，自燃发火防治难度较大，该工作面创新性地实施了综合防灭火手段，有效缓解煤的自然发火趋势，确保了工作面安全顺利封闭，措施效果显著。

1 工作面停采前的防灭火措施

1）末采期间，工作面每推进20m 在进回风隅角施工隔离垛，进风隅角共施工隔离垛6 个，回风隅角共施工3 个。

2） 距停采线50m、30m 处在进风隅角预埋注浆管路，随工作面回采向外延伸，距停采线45m 时，在回风隅角处预埋一路注浆管路，随工作面回采向外延伸。

3）距停采线20m、10m 时，分别在两隅角施工夹心隔离垛，中间压注LFM充填材料，将夹心隔离垛空间充满，并在外侧喷涂堵漏材料，见图1。

图1 10306 面隅角充填隔离

4）利用回风隅角预留的束管，每天抽取回风隅角气体进行化验分析。每3 天对10306 工作面进行一次全面的测风，重点检查回风流、回风隅角气体情况。

2 工作面停采条件及采取的措施

工作面6- 8 月份推进度分别为82.5m、93.5m、52m（截至停采），回收率分别为93.6%、90.13%、85.62%。截止8 月26 日，工作面完成回采，停采线位于轨顺149#、运顺147# 位置，停采线附近揭露10305F6 断层，落差3.2 m。工作面末采期间为俯采推进，至停采线运顺比轨顺高25m，且停采线处顶板整体较为破碎，工作面形成多处网兜且有离层现象。同时，受断层及停采前敷设金属网加固顶板未放顶煤影响，末采阶段采空区遗煤较多，防灭火形势极为严峻。

1）工作面停采后，立即在两隅角施工一道隔离垛封闭隅角。向轨顺夹心隔离垛、运顺隔离垛外喷注SFT 堵漏材料，对工作面10- 120# 支架前破碎煤体及网兜喷洒堵漏材料，封堵漏风通道，减少向本面采空区漏风供氧。对工作面回采过程中推过的10307 三联、10306 三联等联络巷密闭加固，减少后部漏风。

2） 调整通风系统，缩减工作面供风量，由1150m3/min 减少到 680m3/min 左右。

3）工作面停采后，对架间、架后破碎煤体施工防火钻孔，架前孔深8～10m,角度40°，架中孔深6～8m，角度30°，架后孔深2～4m，角度35°，见图2。

图2 10306 面架间防火钻孔

对所有钻孔压注MEA 防火剂，反复压注约2 遍，重点对工作面架间破碎带和离层区域92- 145# 支架间压注凝胶。

4）分别在工作面上、下头安装局部通风机备用。

5）停采后，每天对撤除工作面全面测风，重点对隅角、架间防火钻孔内气体（温度）检测，取样并化验分析，利用预埋束管和传感器（温度、CO）对工作面进行监控，结合气体（温度）检测结果，对异常区域重点压注MEA 防火剂。每班至少两次检查工作面回风流、架间和隅角的瓦斯和CO 浓度及温度情况，束管监测系统每天保持至少连续抽气6 小时以上。

3 工作面发展状况

10306 工作面自停采后，在9 月份，各项防治自然发火措施落实到位，束管监测系统取样分析数据正常，未发现指标气体。工作面回风流、回风隅角及重点支架钻孔内CO 及温度通过取样化验分析数据形成如3 所示。

图 3 10306 面温度、CO 浓度

10 月3 日上午，通过回风隅角内预埋束管发现气体异常，抽取气体分析结果发现C2H4，浓度7ppm，此时回风流中无CO，当日下午，回风流中开始出现CO，最高浓度为35ppm，监测束管气体中C2H4范围在 4～29ppm，见图 4。

图4 10306 面回风流CO 浓度

10 月4 日凌晨，工作面回风流中CO 浓度在10～132ppm 之间波动，当日回风流中CO 最大浓度为460ppm，高峰数值主要集中在14:00- 20:00，回风隅角内束管检测C2H4浓度全天呈上升趋势，最大50 ppm，判定工作面出现自然发火隐患，见图5.

图5 10306 面回风流CO 浓度

4 自燃隐患治理过程

1）自10 月3 日发现工作面气体异常后，采取了向回风隅角充填LFM材料堵漏、向采空区压注粉煤灰浆的措施。10 月4- 5 日，回风流中CO 和监测束管气体中 C2H4平均浓度均大幅度上升，CO 最高737ppm、C2H4最高75ppm，经研究制定隐患治理方案：①立即开启运顺局部通风机，降低回风隅角、回风顺槽CO 浓度，便于开展施工钻孔、注凝胶、注惰性气体等防灭火工作；②对回风隅角持续压注液态二氧化碳，减缓煤层自燃发火趋势，控制回风流CO 浓度。③迅速对工作面架间及两端头钻孔普注凝胶，对工作面架间后部裸露煤体喷涂堵漏材料，减少漏风供氧，惰化破碎煤体。④工作面增设防火观测点，加强气体取样化验分析力度，对气体、温度较高区域重点压注凝胶。

2）10 月 6 日，回风流中 CO 浓度 12:00- 13:00 期间短暂骤升高，全天其余时间呈小幅度下降趋势，平均在200～400ppm，监测束管气体中C2H4浓度全天下降，由71ppm 降至49ppm，工作面架间开始出现CO,气体蔓延至60# 支架附近，在200ppmm 上下浮动；

3）10 月7 日，回风流中CO 浓度最高715ppm，平均在100～300 ppm，监测束管气体中C2H4浓度降至31ppm，工作面架间CO 最多蔓延至80# 支架附近，在200ppmm 上下浮动，当天中班后段，渐渐下降；

4）10 月8 日，回风流中CO 浓度最高815ppm，平均在50～200 ppm，监测束管气体中C2H2浓度一直在下降，至11:00 后未再发现C2H4，工作面早班，工作面 10# 架间 CO 基本稳定在 20 ppm 以下，10# 支架以上未再发现CO。工作面CO 浓度处于低浓度状态的时间相对较长，开始撤除设备。

5）自 10 月 9 日起，不再压注液态 CO2，主要对架间高浓度钻孔、断层带、进风端头压注凝胶，利用运顺回风流中CO 浓度相对较低时段，继续撤除设备，为避免隅角隔离垛被压跨造成CO 大量外溢，对回风隅角隔离垛复喷赛福特堵漏风，并在两顺槽做封闭准备工作。

10 月9 日至11 日，回风流中CO 浓度急剧下降，除受大气压影响出现短暂骤升高，其他时间稳定在0～24ppm，监测束管气体中 C2H4在 10 月 9 日 - 10 日未出现。10 月11 日，工作面完成临时封闭工作，两巷开启局部通风机，见图6、图7。

图6 10306 面回风隅角、回风流气体

图7 10306 面回风隅角气体烯烷比

5 应急处置措施

制定了工作面撤除期间的应急预案，并在10306工作面回风路线的各岔口进风侧设置警戒，严禁人员进入回风流内，受影响区域内安设CO 传感器，工作人员佩戴便携式CO 检测仪，一旦出现气体异常，按避灾路线撤离。工作面两巷准备木板、快速喷涂材料等物品，一旦无法控制自燃趋势时，可随时封闭工作面，减少事故影响范围和损失程度。

6 自燃隐患分析

6.1 系统因素

10306 工作面停采撤除期间，10307 综放面正回采，两工作位置关系如图8，10307 切眼沿10306 采空区布置，留设5m 煤柱，10307 回采后，受采动压力影响，预留煤柱基本破损倒塌，两工作面采空区连通，因采用综采放顶煤工艺，10307 工作面两端头向采空区漏风，即使施工隔离垛封堵，也会形成漏风供氧通道，导致采空区遗煤自燃，见图8。

图8 工作面位置关系

6.2 技术因素

1）工作面防灭火措施落实不到位。一是对两端头的封堵效果差。停采后现场条件差，两隅角封堵滞后，且未对两端头周边支架后部裸露煤体封堵，封堵范围小。二是对10306 工作面支架后部破碎煤体的防灭火处理不到位，支架后部丢煤区部分钻孔深度不够，角度不合理，在压注过程中，漏液比较严重，个别钻孔防火剂压注量不足。三是对可能出现自燃隐患的顶板破碎区、离层带及地质构造附近区域未重点处理。

2）矿井防灭火技术手段单一。工作面停采后，仅对停采线压注普通防火剂和粉煤灰浆，停采时间接近煤层最短发火期时，未应用压注凝胶、惰性气体等其它综合防灭火措施，自然发火风险管控不到位。

6.3 管理因素

未考虑到厚煤层停采工作面长期搁置可能造成的隐患，应及时临时封闭工作面。

7 结 论

采用综放工艺的特厚煤层采煤工作面，其停采撤除期间防灭火工作是非常复杂的系统工程和技术难题，工作面停采后，煤层长期暴漏在空气中，很容易具备自燃的条件，防治煤层自然发火措施具有时效性，必须及时落实到位，而在接近工作面煤层最短自然发火期时，尤其要重视，加强监测监控，及时分析检测数据，一旦出现指标性气体，迅速采取综合防灭火措施，抑制氧化速度，控制发展趋势，落实治理措施。

兴隆庄矿10306 工作面停采后长期搁置，出现自然发火隐患，在采取综合防灭火措施后成功治理隐患，按矿整体工作部署临时封闭工作面，隐患治理过程验证了特厚煤层采煤工作面自然发火的复杂性，完善了矿井的防灭火技术体系，为防治厚煤层综放工作面煤层自然发火积累宝贵经验。