松散煤体中掘进防灭火技术探讨

许庆贺，陈小飞，贾秀春

(山东省兖州市大统矿业有限公司， 山东 济宁市 272000)

1 概况

山东省兖州市大统矿业有限公司杨庄煤矿位于兖州煤田西北边缘，为低瓦斯矿井，地温23℃，开采3煤层为自燃煤层，自燃倾向性等级为Ⅱ类，最短自燃发火期为80d。

为延长矿井服务年限，需对九采区进行复采。九采区大部分已采1层，采高约2.2m，剩余煤厚4.9m～7.15m，原回采时只回采煤层中间一层，且未对采空区采取灌浆、喷洒阻燃剂等防灭火措施，未铺设底网，导致上覆煤岩完全垮落。根据掘进情况，巷道顶帮煤体干燥，普遍破碎严重、裂隙发育，局部易漏顶、片帮造成顶帮存在空洞形成漏风通道，过老巷区域帮部留有空洞，形成蓄热环境导致煤体氧化，防灭火压力较大。

九采区复采首采面为C9301工作面，采深为−230m～−270m，顺槽长约800m，采用架棚支护，高为3.5m，净断面为11.2m2，两顺槽顶帮全部为松散煤体。

为保障巷道掘进期间防灭火安全，采取了多种防灭火措施，现对各项防灭火技术措施及应用情况进行探讨。

2 松散煤体中掘进综合防灭火措施

2.1 基础资料收集

因煤层及巷道坡度起伏变化，综掘队需在两顺槽留有顶煤时每掘5m探测顶煤厚度变化情况，以便确定顶板注胶孔深度。

巷道掘进期间局部漏顶，顶板空洞易造成煤体蓄热自燃，且顶板煤体下落至顶网后不易发现漏顶部位，如忽略不处理极易形成隐患点。故需每班对巷道掘进期间的巷道空洞位置、顶煤厚度进行记录汇总。

2.2 防灭火预测预报安全技术措施

（1）严格按照规程要求对掘进工作面各瓦斯测点、相关联各密闭墙进行检查。每50m在巷道两帮打设检测探孔，根据CO数值调整检查周期，按每班、每天、每周的频率检测1次甲烷浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度、温度并及时填写牌板及记录。每周对各探孔、风流进行采样分析，与现场检测数据进行比对。对于过老巷、采空区边缘等重点区域，应增设检测探孔，重点检查气体情况。

（2）瓦检员利用激光测温仪随时检测巷道顶帮温度。对顶帮部空洞较大区域探孔内安装热敏电阻检测探孔内温度情况，每周1次。工作面各传感器如出现报警应立即查找原因，并采取应对措施。

（3）以CO为防灭火主要标志性气体，并确定其参考数值。当掘进工作面风流及回风流CO浓度在(1～24)×10−6且无乙烷、乙烯、乙炔、丙烷气体时，附近煤体存在氧化现象，必须立即查找氧化区域进行防灭火处理；当CO浓度在(24～50)×10−6且无乙烷、乙烯、乙炔、丙烷气体时，存在自燃发火隐患，必须对发火区域立即采取相应的防灭火处理措施；当CO浓度＜50×10−6并出现乙烷、乙烯、乙炔、丙烷气体时，煤体氧化严重，随时会出现明火，此时必须停止生产采取应急防灭火处理。

掘进巷道安设的探孔或束管内CO浓度为(100～200)×10−6且无乙烷、乙烯、乙炔、丙烷气体时，附近煤体开始氧化，必须重点跟踪浓度的变化；当CO浓度达到(200～500)×10−6且出现乙烷、乙烯、丙烷气体时，附近煤体存在自燃发火隐患，必须对发火区域立即采取相应的防灭火处理措施，并根据相对应的自燃发火阶段采取措施处理。

2.3 松散煤体中掘进防治自燃发火安全技术措施

在巷道掘进期间必须采取喷涂、注胶、充填、施工隔离墙、固化等综合性的防灭火措施防治自燃发火，并根据气体检测及自燃发火情况对隐患区域进行重点治理。

（1）对松散煤体巷道顶帮喷涂LFM轻型无机材料防止漏风，滞后迎头小于50m，喷厚以覆盖煤体为宜，煤体破碎严重区域喷厚大于50mm。巷道过采空区边缘、老巷等易形成漏风通道的特殊区域时喷水泥砂浆，以便同时起到封闭和支护的作用。

LFM轻型无机材料喷涂操作简单，放入水中有发泡特性，用料较少，由压风经喷射器喷出后喷涂面积大，适合顶帮全面喷涂，有效地封堵了漏风通道，起到了良好的防灭火作用。

（2）工作面掘进期间对松散煤体段顶部、帮部全面打设注胶孔，顶部、帮部各布置2排注胶孔，呈三花形布置，帮部注胶孔长度约为2m，顶部注胶孔根据顶煤厚度打设，注胶孔间隔3架棚。注胶量原则上以管路起压为准，顶帮漏胶严重时停止压注。

各注胶孔压注水玻璃胶体后，若间隔时间较长引起水玻璃胶体脱水，可用水冲孔后进行补注。注胶孔布置见图1。

水玻璃本身具有防灭火特性，水玻璃凝胶能够充填煤体细小裂隙封堵漏风通道；冲洗管路时同时压注了大量水，与水玻璃凝胶一起湿润了煤体，降低了煤体温度，通过全面压注水玻璃凝胶，起到了良好的防灭火效果；其材料相对廉价，可由地面通过管道静压输送，适合大量使用。

（3）对顶帮空洞区域充填LFM轻型无机材料，顶、帮局部有空洞时，易蓄热、存在自燃发火隐患，为保证防灭火安全，需对空洞区域进行充填袋装黄土、压注充填材料或水玻璃胶体等封堵漏风通道。

图1 注胶孔布置（单位：mm）

顶帮部空洞极易形成自燃发火隐患点，使用无机材料充填后，有效地消除了自燃发火隐患。

（4）频繁漏顶时打设超前钻孔预注水泥浆固化顶板，使顶板成为一个整体，既避免了顶板漏顶，同时消除了防灭火隐患，待顶板固化后再进行掘进。

（5）采空区边缘等空洞空间较大区域，采取注浆防灭火，由地面注浆站通过管路向隐患区域注黄泥浆或粉煤灰浆。

（6）对已经出现煤体自燃无法处理时，可采取打设隔离墙封闭巷道、注惰、注浆等措施。

（7）掘进期间遇到特殊情况或各监测探孔、自燃发火观测点经检测CO浓度及其他有害气体含量判断出现自燃发火征兆时，应根据现场实际对掘进巷道隐患区域顶帮合理范围采取喷浆、压注充填材料、水泥水玻璃胶体或水玻璃凝胶封堵裂隙，减少漏风强度，降低松散煤体氧化速度。

3 讨论

3.1 防灭火重点

通过研究及实践表明，上述各项措施能够有效防治煤层自燃发火，但对于以下几点需要注意。

（1）顶板、帮部空洞及顶煤厚度在喷涂后不易观察，应提前细致记录，以避免后期出现未注胶、充填的现象。

（2）巷道顶帮喷涂应全面、细致，重点喷涂松散煤体间隙，防止出现漏风点；注胶应达到顶帮煤体全部湿润的程度。

（3）风流中出现的异常气体，多源于煤壁个别部位因自燃发火现场造成的气体异常涌出，应利用检测、观察的手段重点排查，找到顶、帮部异常气体涌出位置，及时进行防灭火处理。

（4）个别施工人员可能存在应付、对防灭火措施落实流于表面等现象，例如喷涂、注胶时以消耗防灭火材料为目的，来显示自身的作业量，导致措施未落到实处，甚至重点区域未落实防灭火措施。对此，防灭火工程应组建专业的防灭火施工队伍，加强员工思想教育，同时各级管理人员应加强监督管理工作。

3.2 防灭火难点

（1）两顺槽之间、顺槽与大巷之间如存在采空区边缘、老巷等容易漏风的通道，导致长期漏风，个别区域通过注胶、充填措施效果有限，可能造成煤体CO反复超标，需采取打设隔离墙、地面大量注浆等措施根除防灭火隐患。

（2）因巷道服务时间较长、巷道距离长，各项防灭火措施如何做到长期、全面落实到位，仍是防灭火的难点。对于可能存在的自燃发火隐患，应每班、长期跟踪工作面各检测点气体情况，观察顶帮可能出现的煤壁冒汗、发干、甚至冒烟、冒热气等情况，及时采取措施处理，防止煤体自燃发火进一步发展。

4 结论

通过综合性防灭火措施的落实，顺利保证了松散煤体巷道掘进期间的防灭火安全，避免了煤体漏风造成巷道煤体自燃发火；对巷道CO等自燃发火标志性气体的监测，为及时发现并消除煤体的自燃发火隐患提供了保障；水玻璃等无机防灭火材料的使用，避免了防灭火材料产热自燃的可能性，且产生了较好的经济性，适合大量使用；松散煤体巷道的成功掘进，为工作面复采、延续矿井服务年限提供了可能，为以后松散煤体巷道的掘进提供了可靠的依据和成功的经验。