超长工作面深孔注浆防灭火技术应用

李方耀

（中煤新集能源股份有限公司口孜东矿，安徽 阜阳 236153）

矿井火灾作为煤炭开采五大灾害之一，是影响煤矿安全生产、制约煤炭产量的主要因素，尤其是易自燃煤层超长工作面煤层自然发火问题尤为突出。本文以口孜东矿111307 工作面为研究实践对象，对超长工作面开采过程中工作面采空区局部氧化点自然发火防治进行探索实践，克服工作面距离长、防灭火材料输送困难、巷道变形严重等制约因素，保障了工作面安全回采，为类似条件下工作面自然发火防治提供了经验。

1 项目背景

1.1 工作面概况

111307 工作面位于-967 m 水平1113 采区，为该采区的第六个工作面。工作面采用走向长壁布置，风巷走向长1621 m，可采走向长1240 m，机巷走向长1970 m，可采走向长为1258 m，切眼倾向长为358 m（平距），布置208 台支架。工作面可采平面积439 872 m2，平面布置如图1。111307 工作面总体为一单斜构造，煤层走向105°～115.5°，倾向195°～205.5°，倾角5°～18°，平均倾角10°。该工作面2020 年2 月开始试采，截至2021年5 月，累计推进1099 m，受工作面地质构造、断层影响，工作面推进度慢。

图1 111307 工作面平面布置示意图

1.2 13-1 煤的自燃倾向性

根据煤炭科学技术研究院有限公司出具的《口孜东矿13-1 号煤层自燃倾向性鉴定报告》《口孜东矿13-1 号煤层自然发火期预测报告》鉴定结果，13-1 号煤自燃倾向性等级为Ⅰ类容易自燃煤层，最短自然发火期36 d。

1.3 13-1 煤采空区“三带”划分

根据安徽理工大学出具的《口孜东矿13-1 煤“三带”研究报告》：13-1 煤层采空区进风侧煤自燃氧化带范围为20—80～110 m，回风侧自燃带的范围为10～15—70～95 m。

1.4 111307 工作面防灭火分析

（1）111307 工作面为超长工作面，面长358 m，回采过程中，工作面中部架后采空区常规性灌浆、注氮措施覆盖不到；（2）111307 工作面面内断层、构造较多，采空区易丢煤，且影响工作面推进度（表1），容易造成本工作面采空区内遗煤氧化。

表1 111307 工作面月推进度明细表

2 深孔注双液浆防灭火技术应用

口孜东矿111307 工作面回采期间，受地质条件影响工作面采空区有遗煤，采空区局部氧化，结合本工作面实际情况，采用架间埋管注双液浆，抑制采空区遗煤氧化，消除隐患点。

2.1 注双液浆原理及优点

采用水泥浆与玻璃水混合，可在采空区遗煤表面形成胶状包裹状态，将采空区遗煤胶结成为一个整体，堵塞煤体之间的裂隙，隔绝氧气。同时可根据水泥浆和玻璃水比例的调整，控制浆液凝固时间从而进一步控制双液浆覆盖范围。

注双液浆防灭火主要有以下优点：（1）使用水泥浆与玻璃水材料，成本较低，操作简单；（2）可实现定点注浆，精准处理氧化区域；（3）注浆使用管路轻便，埋设、挪移便利，可根据工作面遗煤区域随时调整；（4）可长期连续注浆，形成局部采空区隔离带，减少采空区漏风。

2.2 注浆管预埋位置

2.2.1 回风隅角埋管

111307 工作面回风隅角交替埋设2 路4 分（Φ15 mm）镀锌焊管，控制回风隅角至采空区30 m 范围，覆盖常规性灌浆三角盲区，每天预防性注双液浆，在煤体表面形成覆盖层，煤体形成胶结体，隔绝氧气，抑制遗煤氧化。

2.2.2 工作面支架架间埋管

工作面过断层期间，受地质条件及工作面调整影响，工作面130#～160#架后遗煤厚度0.1～2.0 m，平均0.9 m。结合工作面实际情况在170#架、150#架沿工作面布置方向交替预埋2 路4 分（Φ15 mm）镀锌焊管，控制工作面架后采空区20～80 m范围，进入采空区20 m 后开始注浆，循环压注，对工作面隐患点精准处理，消除隐患。111307 工作面注浆管布置示意图如图2。

图2 111307 工作面注浆管布置示意图

2.3 工作面注双液浆方式

工作面回采期间，在工作面超前支护段外20 m安设ZBY3/7.0-11 气动注浆泵两台（一用一备），通过高压胶管输送至工作面回风隅角、工作面架间，平均日注浆量约1.8 t。2020 年5 月—2021 年4月回采及过断层期间累计注水泥709 t，使用玻璃水412 t。

2.4 深孔注浆技术应用效果分析

2.4.1 工作面回风隅角CO 变化情况

图3 为111307 工作面过断层期间回风隅角闭内CO 浓度变化趋势图。工作面自2020 年2 月底开始采，遇构造持续过断层，通过采取常规性灌浆、注氮等防灭火措施，同时回风隅角埋管注双液浆防灭火措施，回风隅角密闭墙内CO 相对较稳定，整体变化幅度不大。

图3 111307 工作面回风隅角闭墙CO 浓度变化曲线图

2.4.2 过断层期间架后局部氧化点CO 浓度变化情况

111307 工作面170#架后采空区自2020 年5 月（过断层期间）开始持续出现CO，其中最大值出现在5 月22 日，为0.34‰。工作面150#架后采空区自2020 年8 月（地质条件影响丢煤）开始检测出CO，其中最大值出现在8 月11 日，为0.28‰。随即对工作面架间采取埋管注双液浆等措施，图4、图5为工作面170#、150#架后采空区CO变化曲线图。从图中可以看出，通过采取深孔循环注浆措施后工作面CO 浓度逐步降低至0 或趋于稳定状态，注浆防灭火效果较好。

图4 111307 工作面170#架后采空区CO 浓度变化曲线图

图5 111307 工作面150#架后采空区CO 浓度变化曲线图

3 结论

111307 工作面回采历时13 个月（受断层影响推进度较慢），在工作面回采期间通过架间、回风隅角埋管注双液浆，有效解决了常规性灌浆覆盖盲区（回风隅角区域）的自然发火防治，尤其是控制了111307 超长工作面中上部架后采空区遗煤的氧化，消除了局部隐患点，形成了一套超长工作面定点防灭火的成熟技术和工艺，为类似件下的采煤工作面煤层自然发火防治积累了经验。