兴隆庄煤矿综合防灭火技术的再实践

田向红，张照允，孙 冰

（兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿，山东 济宁 272100）

1 概 况

防治煤层自然发火就是与大自然作斗争，综放面防灭火工作主要是在煤层最短自然发火期内的治理工作。以煤氧复合理论为理论依据，一般将采煤工作面采空区划分为自然发火“三带”，分别为散热带（0～20 m）、氧化带（20 ～60 m）、窒息带（60 m 以上）。根据采空区漏风流速划分：散热带的流速大于0.24 m/min；氧化带的流速在0.24～0.1 m/min；窒息带的流速小于0.1 m/min。根据氧气浓度划分：散热带的氧气浓度大于18%～19%；氧化带的氧气浓度在5%～19%之间；窒息带的氧气浓度小于5%。

采空区自然发火“三带”的划分是防范采空区自然发火的重要基础，根据煤层自然发火的条件可以看出，煤炭的自然发火一般发生在氧化带。运用综合防灭火措施治理氧化带，可以增强防灭火措施的针对性，提高矿井防灭火的效果，有效预防综放面自然发火的发生，对预防采空区的自然发火及保障综放面的安全生产具有非常现实的重要意义。

兴隆庄煤矿的自然发火期一般为3～6 个月，而B4328 工作面的自然发火期经鉴定最短为28 d，依据“三带”原理，如果28 d 的时间内综放工作面未推进60 m，采空区内就存在自然发火的风险。B4328 综放工作面走向长203.8～218.0 m，实际完成回采时间4 个月，平均月推进速度50～54 m，因此，针对存在的自然发火风险，通过五大综合防灭火技术的实践和创新，确保了B4328 的安全顺利推进。

2 综合防灭火技术的再实践

2.1 大面积采空区化整为零的再实践

大面积采空区由多个回采工作面采空区组合而成，此类采空区漏风通道多，产生组合火点的可能性较多，较难治理。通过回采工作面周边相邻的采空区留设大煤柱，对沿空巷道进行注浆充填等措施，将采空区隔绝成为单一独立的采空区，可有效避免大面积采空区多火点的产生。

兴隆庄煤矿B4328 工作面位于四采区下部，西南部为4328 采空区，西北部为4326 采空区，东南为设计停采线与B4328 运煤巷相邻，东北部为实体煤。工作面轨顺紧邻四采下部集轨巷连通B4326 采空区。

通过运顺侧及切眼后部留设大煤柱，对B4326运煤巷进行注浆充填，使B4328 采空区成为单一独立的采空区。

图1 B4328 工作面大煤柱留设示意图

2.2 采煤面快速堵漏风技术的再实践

2.2.1 快速堵漏风技术

通过在B4328 综放面进、回风隅角每隔30 m 施工一道隔离垛；在四采下部集轨巷、B4326 运煤巷等连通采空区的巷道端头施工闭墙；对隔离垛及闭墙喷涂高分子材料SFT 等措施实现采空区快速堵漏风的目的。

2.2.2 夹心闭注胶技术的创新

1）夹心闭注胶技术的由来。综放面在回采35 d后回风隅角及回风流指标气体有升高迹象，通过在综放面进、回风隅角施工隔离垛，对B4326 运煤巷及四采下部集轨巷闭墙加固并喷涂赛福特后，回风流指标气体依然没有明显下降趋势，经过分析研究说明综放面采空区依然存在漏风通道，对B4328 堵漏风措施进行排查如下：①进、回风隅角施工隔离垛，并喷涂赛福特后，短时间内漏风情况得到有效抑制，回风流气体指标应有明显下降变化；②B4326 运煤巷与四采下部集轨巷交接处施工1 m 厚砖闭（图2闭墙三），且B4326 运煤巷地理位置西低东高，通过对B4326 运煤巷不间断压注粉煤灰浆进行充填，经注浆量测算，漏风概率较小；③四采下部集轨巷通过B4326 运煤巷与B4328 轨顺内段联通，四采下部集轨巷与采空区间有内外两道闭墙，因四采下部集轨巷北高南低，无法进行注浆充填。

经分析，在工作面正常推进数十米后，因周期来压等地质变化导致B4326 运煤巷与轨顺面口施工的闭墙（图2 闭墙三）产生裂隙等漏风情况，且四采下部集轨巷外闭正对全风压进风，使四采下部集轨巷与采空区存在明显漏风通道。

分析后决定，在四采下部集轨巷闭墙（图2 闭墙二）外1 m 处再施工一道板闭并喷涂高分子堵漏材料赛福特，施工完毕后，回风隅角及回风流指标气体有所下降并稳定在一个区间内，但效果并未达到预期，指标气体仍然存在一定的安全风险。通过对两闭之间压注凝胶，回风隅角及回风流指标气体下降并稳定在安全可控的区间范围内。

图2 B4328 工作面闭墙位置示意图

2）夹心闭注胶技术。综采工作面推进过程中，在进风隅角间隔3～5 m 施工2 道隔离垛或封闭巷道口间隔1～3 m 施工2 道砖（板）闭，对隔离垛或板闭内进行注胶充填，有效隔绝氧气进入采空区，防止采空区煤层自然发火的发生。

3）进风隅角夹心隔离垛注胶技术实践运用中存在的问题及探索。B4328 综放面的实际运用中，在进风隅角间隔10 m 施工2 道隔离垛，对2 隔离垛间压注凝胶。通过2 次压注发现：①进风隅角断面较大，施工2 道隔离垛需耗费大量的人力导致近距离施工难度大；②因2 道隔离垛间间距10 m，充填量较大，小苏打和水玻璃在运输过程上时间影响较长。

以上问题使得进风隅角的夹心隔离垛未能及时充实，导致堵漏效果未达到预期。经实践探索通过以下几项措施达到夹心隔离垛快速堵漏风的预期效果。

1）完善综放面注胶系统，铺设注胶管路，实现水玻璃远距离供液。

2）有计划的提前准备小苏打等注胶物资。

3）隔离垛施工前，准备好充足的打垛物料，将2道隔离垛间距控制在3～5 m 内。

图3 注胶充填技术示意图

2.3 采空区惰化技术的再实践

采空区惰化技术就是通过持续对采煤工作面进风隅角、沿空封闭巷道、采空区间联络通道等压注氮气的惰化采空区气体环境的防灭火技术。

B4328 综放工作面回采50 d（推进45 m）时，开始对进风隅角及四采下部集轨巷持续交替压注氮气。在向采空区注氮时，注氮量及注氮浓度是影响采空区惰化效果的关键。通过向B4328 采空区压注氮气的实践中发现，整个注氮过程中影响有效注氮量的关键在于注氮管路积水的排出，其他影响因素包括注氮管路的长短、沿线门帘拐弯的数量等。

以B4328 向进风隅角注氮为例，刚开始注氮时，地面注氮机出口流量为600 m3/h，井下注氮管路末端的流量为90 m3/h，经过2 d 持续不断的对综放面至地面注浆站沿线管路进行反复排查及测量氮气流速，发现尤其是门帘处、低洼处、拐弯处的管路积水对氮气流速影响较大，通过排出这些特定地点的积水，注氮流量迅速达到200 m3/h。

除此之外，地面注氮机与综放面的距离也是影响注氮流量的一项重要因素，兴隆庄煤矿地面注氮设备配套的空压机的作用是将注氮机分离出的氮气通过注氮管路压向综放面，地面注氮机至综放面的距离为4 000 m，距离较远，加之中间管路存在较多的拐弯和起伏变化，管阻较大，实际注氮流量在180～240 m3/h 之间。

2.4 液态CO2 防灭火技术的再实践

液态CO2的防灭火技术就是对气体监测产生异常的采空区或连接采空区的封闭巷道内压注液态C02的防灭火技术。

B4328 综放面在回采50 d 时综放面的回风流及回风隅角指标气体异常升高，B4326 运煤巷内的指标气体在随后的一周时间指标气体持续升高，且在一周后的取样报表中产生了微量的乙烷乙烯，通过移动液态CO2罐车对进风隅角以及B4326 运煤巷压注液态CO2，压注完成后，B4326 运煤巷的指标气体在12 h 以内迅速回落到安全可控范围内，B4328 回风流及回风隅角的指标气体在48 h 后恢复正常值。

图4 B4326 运煤巷气体变化趋势图

图5 B4326 运煤巷闭墙内气体情况

结合以往经验，实践得出以下使用移动液态CO2罐车压注安全注意事项：

1）移动液态CO2罐车运输方式及线路的选择。液态CO2释放后膨胀约560 倍，存在一定的安全风险。运输过程中应尽量控制运输速度；运输线路上清除一切可能有接触的车辆及障碍物；严禁出现碰撞及剧烈摇晃等情况。

2）必须派专人押运移动液态CO2罐车，运输前必须检查罐车所有管接头是否牢靠，阀门位置是否正确，确认安全法、压力表阀、液位计阀处于接通状态，其他阀为关闭状态。在运输过程中应机厂观察检查容器内的压力，发现异常情况应及时汇报并妥善处理。当压力表读数接近安全阀排放值前，应将罐车运输至进风巷道及人员较少的空旷处，打开放气阀，进行排气卸压。卸压前，操作人员必须佩戴专用的劳动防护用品，人员不得正对出气口；卸压时，必须注意冷态气体形成的白雾不能影响其他人员及车辆安全。

3）压注管路的选择及安全注意事项。移动液态CO2罐车与采空区连通所用管路必须为大于3 寸以上钢管，压注前必须仔细各检查管路连接部位是否密封牢靠。压注过程中，管路沿线不得有人员停留，应对移动液态CO2罐车到采空区的涉及范围拉警戒线并派专人看守。

2.5 综放面调压技术的再实践

通过给综放面升压的方式，使采空区内的有毒有害气体被控制在采空区范围内。

B4328 回风隅角指标气体升高后，通过在四采下部集运巷施工板门控制回风量，使得B4328 面实现增压，煤层自然氧化产生的有毒有害气体有效控制在采空区内部。

通过B4328 综放面每日的指标气体取样化验报表汇总分析发现: 综放面升压只能在自然发火初期短时间内对采空区内的有毒有害气体起到压制作用，升压的过程必然会使采空区内的氧气浓度增高，对采空区内遗煤产生助燃作用，使得采空区内遗煤的自然氧化速度加快，氧气的消耗速度也在增加，继而导致综放面的压力逐渐回复平衡，采空区存在自然发火的风险，且伴随着有毒有害气体进入回风流影响沿线人员的生命安全。

3 取得的效果

兴隆庄煤矿B4328 综放面综合防灭火技术的实践与创新使得B4328 综放面安全顺利回采，有效保障了人员的生命及财产安全；使得防治煤层自然发火的效率更高、效果更稳，为今后煤层自然发火防治积累了宝贵的经验和借鉴意义。防灭火技术应用过程中在施工安全措施方面的创新和优化，使得煤层自然发火防治过程中安全风险大大降低，人员的生命健康安全得到了有效保障。

4 结 论

综合防灭火技术的应用不是单一独立的，在防治煤层自然发火的过程中，文中阐述的五大防灭火技术是相辅相成，综合运用的。兴隆庄煤矿B4328 综放面的防灭火技术的实践与创新，给作者感受最深的是防灭火工作不是一成不变的，面对不同的地质条件、更加复杂的现场环境等因素，需要通过对防灭火技术不断的学习、实践、探索和应用，在以往经验的基础上不断深化细节和技术创新，使防治煤层自然发火的防灭火技术向着效率更高、效果更稳的方向发展和进步。