近距离煤层综采工作面灌浆防灭火技术应用

武建明

（山西煤炭运销集团金达煤业有限公司，山西 孝义 032300）

近距离煤层开采会相互影响，当上煤层采过后，下煤层在开采过程中会受重复采动的影响，此外上煤层采空区会遗留有大量的区段煤柱等残煤，残留煤柱长期遗留在采空区，给下层煤炭资源的安全高效开采带来了新的挑战。为解决近距离煤层开采防灭火问题，以金达矿10206 综采工作面为研究背景，提出实施了工作面灌浆防灭火技术，保证了工作面安全生产。

1 工程概况

工作面所采的煤层为10 号煤层，位于石炭系上统太原组，煤层平均厚度为1.7 m，顶板为泥岩，底板为泥岩。该煤呈块状，半亮型煤，稳定可采。10206 工作面上9 号煤层9210、9212 工作面采空区，10 号煤层和9 号煤层属近距离煤层，层间距4～6 m。9 号煤层工作面长度为180 m，推进长度为1500～2000 m；10 号煤层工作面长度为200 m，推进长度为1500～2000 m，采用U 形通风方式。在10206 工作面回采顶板冒落后，继续向上部空间发展，使得9 号煤层遗煤和煤柱进一步破碎（主要在保护煤柱和陷落柱附近），并与顶板岩石混合在一起落入10 号煤层采空区，构成复杂的复合采空区，三维立体空间更大，遗煤量增加且内部漏风通道复杂，加大了采空区自然发火的危险性，并对10206工作面回采造成影响。

9 号和10 号煤层为特低灰-高灰、中硫-高硫煤、中低-特高发热量肥煤，1/3 焦煤，自燃倾向性等级均为Ⅱ级，属自燃煤层，且煤的内生、外生裂隙较为发育，裂隙中有方解石和星散状黄铁矿充填，具有自然发火危险性。上覆近距离9 号煤层采空区存在自然发火隐患，加大了9+10 号煤层复合采空区自燃危险性，且由于陷落柱发育，在陷落柱附近、开切眼及停采线附近自然发火危险性大大增加，需采取相应的防灭火措施，以保证该工作面和矿井的安全生产。近距离煤层相对位置如图1。

图1 近距离煤层相对位置

2 工作面容易自燃地点分析

结合10206 工作面开采条件及其部署，容易发生自燃隐患的地点主要有以下几个：

2.1 工作面采空区

10206 工作面采用走向长壁后退式一次采全高采煤法，回采率高，本煤层遗煤少，但由于与9 号煤层层间距为4～6 m，10 号煤回采后9 号煤层的保护煤柱以及地质构造附近的遗煤全部进入复合采空区，增加了采空区的遗煤，同时漏风通道更为复杂，使得10206 工作面复合采空区自然发火危险性大大增加。

2.2 上煤层采空区

10206 工作面上4～6 m 为9 号煤层采空区，采空区内分布有已经垮落的破碎岩层，且存有煤柱等残留煤体，残留煤体与破碎岩层空隙中的空气接触易发生自燃，为下分层10 号煤层的开采造成一定的安全隐患。

同时10206 工作面回采巷道在上煤层采动残余压力及本工作面采动影响下巷道围岩发生一定的破坏，出现裂隙，巷道中的风流可以通过该区域的裂隙渗透进入上覆9 号煤层，在进、回风巷道风压差作用下形成9 号煤层采空区与10 号煤层工作面及采空区多风路并联漏风。9 号煤层采空区长时间处于漏风供氧条件下，加之存在一定量遗煤，9 号煤层采空区存在较大的自然发火危险。工作面漏风示意图如图2。

图2 工作面漏风示意图

2.3 陷落柱附近

根据地质资料，10 号煤层开采过程中会出现陷落柱，在陷落柱附近煤体裂隙发育，导致工作面发生漏风，且易出现大量浮煤，增大了煤层自燃的危险性。

3 工作面灌浆防灭火技术

目前煤自燃防治主要有灌浆防灭火、阻化剂防灭火、凝胶防灭火、均压防灭火和氮气防灭火等技术[1-5]，其中注浆技术目前应用范围最广。综合考虑工作面开采技术条件，确定采用灌浆防灭火技术。

3.1 灌浆系统

根据矿井防灭火系统设计，利用风井场地地面集中灌浆系统，灌浆材料为地表黄土，通过机械制浆工艺，将黄土和水按比例制成浆液，经灌浆管路输送至10206 工作面附近。

3.2 灌浆管路

灌浆管路从地面风井场地集中灌浆站主管路，经回风立井、集中回风巷、回风大巷、北翼回风大巷、二采区轨道巷到10206 工作面回风顺槽口附近，管路总长度2400 m 左右，管路采用无缝钢管（Ф89 mm×4.5 mm）。灌浆管路全部采用法兰盘连接，沿巷壁底部敷设固定牢固，并涂以防锈漆，根据实际情况应尽量减少拐弯。

3.3 灌浆土水比

根据《煤矿灌（注）浆防灭火技术规范》（MT/T 702-2020）和《煤炭矿井设计防火规范》（GB 51078-2015），结合10206 工作面灌浆的输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料，确定浆液的土水比为1:3，采用采后密闭灌浆。按充填停采线20 m范围进行分析，灌浆需土量为1462 m3，灌浆需水量为4825 m3，总灌浆量为5533 m3。

3.4 灌浆方案

由于10206 工作面为近水平煤层，浆液的流动性受到工作面底板标高的限制，当在工作面上顺槽预埋管道灌浆时，浆液的扩散半径极为有限，如继续灌浆，浆液不会沿工作面继续流淌，而可能从工作面支架后方流向回采工作面，影响工作面正常生产。由于本煤层采空区遗煤少，采空区遗煤主要是上覆9号煤层遗煤（主要在保护煤柱和陷落柱附近），处于采空区一定高度，灌入的浆液难以到达位置且难以长时间滞留，因此选用采后封闭灌浆。当工作面出现自然发火征兆时可从灌浆主管路接出支管路，通过插管或打钻对自燃隐患点进行高低位联合灌浆。

采用采后封闭灌浆措施如图3，在工作面开采完毕永久封闭后，利用工作面两个顺槽密闭墙上预留的措施孔，对工作面停采线附近进行连续足量灌注，以防止停采线附近自燃，同时减少密闭漏风，有效抑制10206 工作面及上覆9 号煤层采空区自燃。

图3 采后封闭灌浆示意图

4 灌浆安全措施

（1）灌浆期间加强对灌浆管路的巡回检查，避免跑浆。

（2）在浆液流入输浆管路前，应设置过滤筛网，筛网孔径15～20 mm，灌浆结束后必须用清水冲洗。

（3）在灌浆管路的最低点设置放水阀门，冲洗后及时放尽管路的浆液，以避免停止输浆后浆液在管道凹处滞留，固体颗粒沉积并堵塞管道。

（4）灌入采空区的浆液中脱出的水一部分被围岩吸收，一部分滞留在灌浆区的下部空间，因此在灌浆区下部的密闭墙底部设置排水孔或溢水孔，对灌浆区内的积水进行排泄，并在灌浆过程中及灌浆后随时观察密闭墙排水量的变化情况，同时观测密闭墙内外空气温度和出水温度。

5 结语

在10206 工作面应用实施了采空区防火灌浆处理技术，有效降低了工作面火灾安全隐患，保证了近距离煤层下层工作面安全开采，为相邻工作面安全开采创造了条件、提供了经验。