多煤层开采漏风防火技术研究

王 宁

（山西科技学院，山西 晋城 048000）

近距离煤层群在我国分布广泛，由于开采作用，煤层之间裂隙带发育，尤其对于开采有自燃倾向性煤层的矿井来说，煤层间产生大量漏风通道，漏风方向和流速较为复杂，采空区内气体运移规律较难掌握，采空区自然发火危险区域难以确定，单一的防灭火措施难以满足复杂的防灭火需要[1-2]。为了保证多煤层工作面的安全开采，需要在了解煤层自燃特性的基础上，测定多煤层的漏风通道，掌握采空区漏风规律，制定综合防灭火措施。

1 矿井概况

寺河煤矿二号井主采9#和15#煤。9#煤层属Ⅲ级不易自燃煤层，15#煤层属Ⅱ类自燃煤层，煤层平均厚度分别为1.137 m、2.66 m。9#煤留设安全煤柱25 m，15#煤留设安全煤柱30 m，9#煤与15#煤层间距36.38 m，采空区易连通，采用一次采全高采煤法，顶底板基本无遗煤。原处于9#煤层采空区中的遗煤煤柱在9#煤开采过程中顶板垮落时进行过一次煤体的裂碎，当15#煤采过后，9#煤煤柱遗煤随15#煤顶板的垮落，再一次受力破碎，形成二次氧化，并在15#煤采空区形成类似于“鸡柳”状遗煤自燃带，因此，防止15#煤层煤柱遗煤自燃是9#煤、15#煤联合开采过程防灭火工作的重点。

2 煤自燃“三带”测定

采空区自燃“三带”范围界定的方法采用采空区氧气浓度的大小来划分，“氧化带”与“窒息带”之间，本次采用10%的氧气浓度来界定[3-4]。

寺河煤矿二号井采用束管监测法测定自燃“三带”。在153302 工作面进、回风巷方向布置束管8路，其中进风顺槽吊挂4 路（埋设间距为50 m），其余4 路沿回风巷布置，分别设置在上隅角处（其中3 路用于回风隅角采空区三带检测，埋设间距为50 m）。经现场测定及分析后，得出寺河煤矿二号井15#煤工作面“三带”划分结果见表1。

表1 153302 工作面采空自燃“三带”分布范围

3 9#、15#煤采空区漏风规律研究

寺河煤矿二号井3#与9#层间距约50 m，9#与15#层间距约36.38 m，由于煤层间距离比较近，临近层开采时层间漏风比较严重。但由于3#煤层不属于寺河煤矿二号井，因此无法测试地面对3#煤的漏风情况，也无法测试3#煤与9#煤的漏风情况。受条件所限，只能测得9#、15#煤内部漏风情况及9#与15#煤间的漏风情况。

除了开采煤层有自燃威胁外，相邻煤层也有自燃危险。近距离煤层群开采产生大量裂隙沟通了上、下分层，上部煤层自燃的防治非常困难。为研究近距离煤层群开采层间距不同时的漏风规律，对97306 工作面、153302 工作面本层及不同层间进行漏风测定，以便采取相应的漏风控制措施[5-7]。

3.1 97306 工作面漏风测定

97306 工作面主运顺槽巷道进风，风流经过工作面，由97306 回风顺槽巷排至采区回风巷，SF6示踪气体释放点设在距97306 工作面约50 m 的位置。97306 工作面配风量为1382 m3/min，估算SF6释放量为10 mL/min。在进风巷和回风巷搜集气样，得出进风巷SF6浓度为1.25×10-8，回风巷浓度为9.626 7×10-9，计算得出97306 工作面的漏风量（m3/min）为：

97306 工作面配风1382 m3/min，计算采空区漏风率为：

α=238.8/1382×100%=17.3% （2）

3.2 153302 工作面漏风测定

153302工作面通过153302主运顺槽巷道进风，风流经过工作面，由153302 回风顺槽巷排至采区回风巷。因此，SF6示踪气体释放点设在距153302工作面约50 m 的位置。153302 工作面配风量为1986 m3/min，估算SF6释放量为10 mL/min。测得进风巷SF6浓度为6.797 5×10-9，回风巷SF6浓度为5.462 5×10-9，计算得出153302 工作面漏风量（m3/min）为：

3.3 9#煤、15#煤层间漏风测定

通过前期矿井通风系统分支节点气压数据的分析，选定97306 工作面进风顺槽距工作面50 m 位置作为SF6示踪气体的释放点，选择位于153302 工作面回风顺槽巷口进入采区回风巷前50 m 位置作为气样接收与取样点。

5 月20 日14:30，释放点以10 L/min 的释放速率开始连续稳定地释放SF6示踪气体，15:00 停止释放。SF6便携检测仪在14:40 检测到SF6，进行取样，每隔5 min 使用球胆采集1 个气样，共采集3 个气样。取样结束后，检测得出气样中SF6浓度平均为1.948×10-5，得出结论：9#煤采空区、15#煤采空区和15#煤回风巷道存在漏风通道，且由9#煤采空区向15#煤采空区漏风。

4 多煤层防灭火措施

4.1 束管在线监测

寺河煤矿二号井自然发火束管监测系统采用光谱技术，针对监测工作面（97306 工作面、153302工作面）的布置特点，将井下光谱分析仪安置于15#煤一五三盘区变电所，153302 综采工作面监测束管由153103 巷沿153302 工作面顺槽布置于采空区；9#煤97306 工作面采用人工监测的方式，在地面使用气相色谱仪进行化验。束管监测系统安装在15#煤三盘区变电所，距153302 工作面最远监测点1600 m 左右（布置一趟2000 mPE-ZKW/10×4 型束管）。布置方式如图1。

图1 15#煤光谱束管监测系统现场布置

每个工作面回风侧设置1 趟束管，布置8 个采样点，每个采样点间距50 m，随着工作面的推进，1#、2#、3#、4#、5#、6#等束管采样器依次进入采空区。当1#采空区束管监测点埋入采空区25 m 后，即开始进行持续束管监测，当工作面推过6#点约50 m时，1#监测点已进入采空区300 m。正常情况下，氧气浓度应低于5%，若监测的氧气浓度仍然大于5%，则应继续使用直至氧气浓度低于5%，然后重新布点，依次循环，直至工作面推采至距离停采线都采用此种方式布置。

4.2 漏风通道封堵

根据SF6测定结果，漏风既有采面的漏风，也有邻近9#煤层向15#煤层采空区的漏风，邻近工作面的采空区也会向该采空区漏风。针对漏风情况进行封堵，可以降低煤自燃的发生概率。

针对密闭墙漏风，若闭墙完好，则在密闭墙周围打浅孔，使用注浆泵在孔内注入加固材料，封堵闭墙周围裂隙。注浆钻孔布置在密闭墙附近1.5 m范围，钻孔间距为1 m，注至煤壁返浆为止，使用水泥砂浆对漏风密闭墙体进行喷浆抹面，封堵闭墙裂隙。若闭墙有明显开裂现象，则需要重新修筑永久密闭墙，或在密闭墙外侧堆砌一排黄土袋。针对15#煤煤柱漏风，在工作面回采过程中，对进、回风巷两侧煤柱注浆加固，注浆孔深3 m，钻孔间距5 m，对煤柱外露面喷洒阻化剂，降低煤的活性。

4.3 采煤工作面防灭火

工作面回采期间防灭火措施以喷洒阻化剂为主，采用浓度为20%的阻化剂，每班喷洒工作面上、下隅角、顶底板遗煤、工作面后侧采空区等地点。注氮气为辅助措施，工作面附近硐室放置DM-1000型移动式膜分离注氮装置，注氮量为1000 m3/h，根据束管监测情况确定注氮量，注氮位置为工作面进风巷下隅角处[8-10]。

5 结论

（1）采用束管监测系统，通过现场监测，划分了15#煤的采空区煤自燃“三带”。

（2）采用SF6示踪气体法，对97306 工作面、153302 工作面本层及不同层间进行漏风测定，得出97306 工作面的漏风率为17.3%，153302 工作面的漏风率为18.1%，煤层间漏风方向为9#煤向15#煤进行漏风。

（3）制定了在线式束管监测系统、漏风封堵、工作面阻化剂、注氮等综合防灭火技术措施，经过现场应用，在97306 和153302 工作面正常回采期间，未发生CO 超标和采空区自然发火现象。