近距离煤层采空区均压防灭火技术研究

夏鹏飞

（冀中能源股份有限公司 葛泉矿东井，河北 邢台 054000）

1 煤炭自燃概况

煤的自燃过程就是煤氧化产生的热量大于向环境散失的热量导致煤体热量聚集，使煤的温度升到着火点的过程。

1.1 煤炭自燃的必要条件

（1）有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态，堆积厚度一般要大于0.4 m。

（2）有较好的蓄热条件。

（3）有适量的通风供氧。通风是维持较高氧浓度的必要条件，是保证氧化反应自动加速的前提。实验证明，氧浓度＞15%时，煤炭氧化方可较快进行。

（4）上述3个条件共存的时间大于煤炭的自然发火期。

1.2 煤炭自燃经常发生地点

（1）有大量遗煤而未及时封闭或封闭不严的采空区（特别是采空区内的联络巷附近及采空区处）。

（2）巷道两侧和遗留在采空区内受压破坏的煤柱。

（3）巷道内堆积的浮煤或煤巷的冒顶跨帮处。

（4）与地面老窑连接处。

本文主要针对2个煤层采空区内进行均压措施，改变两煤层通风系统内的压力分布，降低2个采空区内通风供氧条件，从而治理采空区自燃情况的发生。

2 均压防灭火技术

均压技术是在20世纪50年代，由波兰H.Bystron教授首先提出的，就是采用通风技术措施，调节漏风风路两端的风压差，使之减小或趋于零，使漏风量降至最小，从而抑制控制区内煤的自燃，抑制封闭火区的火势发展，加速其熄灭。

本文所进行的均压方案对防灭火研究更加全面，用于间距30 m的7号和9号2个煤层中，在葛泉矿东井11917工作面采空区和1171工作面采空区进行均压，通过对2个煤层的采空区漏风分析，制定近距离煤层工作面均压方案，通过构建均压设施，改变2煤层通风系统内的压力分布，从而达到两煤层中两个工作面采空区的均压状态。

3 矿井概况

葛泉矿东井通风方式采用中央并列式，通风方法采用机械抽出式，共有副立井和主立井2个井筒。其中，副立井进风，主立井用于提升和回风。葛泉矿东井开采7号煤和9号煤2个煤层，两煤层间距30 m。

11917工作面所采9号煤层为Ⅱ类自燃煤层，自然发火期为60 d，煤尘具有爆炸性。9号煤层自然发火指标气体CO的出现标志着煤层已开始氧化，C2H4、C3H8出现说明煤层局部温度达到170℃以上，已进入加速氧化阶段，C2H2出现标志着煤层局部温度已超过325℃。该工作面北、东北至东一采区运输上山以北40 m，西北至SF3断层，西至原1197运输巷，南、东南至东翼运输大巷。工作面走向90 m，倾斜长633 m，平均煤厚5.0 m，煤层倾角1°～15°，工作面采用走向长壁后退式开采，采煤工艺为综采放顶煤，顶板采用全部垮落法，采用U型通风。回采期间主要利用安全监控系统、色谱仪分析系统及人工检测对自然发火情况进行监测；采用以灌黄泥浆防灭火系统为主，辅以喷洒阻化剂的综合防灭火方法；回采巷道内构筑防火门套，当出现火区无法控制时可采取封闭工作面应急措施。

1171工作面所采7号煤层，为Ⅲ类不易自燃煤层，自然发火期为77 d，煤尘具有爆炸性，该工作面东北至7号煤可采边界，西至SF1断层，南至东翼运输大巷上方。工作面走向长1 027 m，平均倾斜长88 m，平均煤厚0.9 m，煤层倾角12°～16°，工作面采用走向长壁后退式开采，采煤工艺为综合机械化采煤法，顶板采用全部垮落法，采用U型通风。

4 采空区漏风分析

采空区漏风主要从采空区密闭所处的空间位置、密闭压差及有毒有害气体进行综合分析。搜集采空区防火密闭漏风方向、有毒有害气体含量及防火密闭前压差情况等数据，确定采空区漏风的根本原因。

11917工作面回采完毕后在11917运料巷、11917运输巷、一采运输上山及一采轨道上山分别构筑了防灭火密闭墙，在一采轨道上山构建永久调节墙，均处于东翼运输上山回风系统中，形成均压设施（图1）。

图1 1 1 91 7工作面防灭火密闭示意Fig.1 Fire prevention closed schematic on 11917 working face

1171工作面回采完毕后，在1171运料斜巷及1171运输斜巷分别构筑了防灭火密闭墙，在1171运输斜巷构建调节墙，均处于集中轨道巷进风系统中，形成均压设施（图2）。

图2 1 1 71工作面防灭火密闭示意Fig.2 Fire prevention closed schematic on 1171 working face

通过分析密闭空间位置、抽取采空区气样，利用色谱仪对气体成分进行分析，使用压差计测量各密闭的漏风方向及压差值等方法，收集相关基础数据见表1。

表1 均压前采空区基础数据Table 1 Basic data of goaf before pressure equalization

由于两工作面采空区防灭火密闭未处于同一通风系统中，1171工作面防灭火密闭处于进风系统中，11917工作面防灭火密闭处于回风系统中，两工作面采空区通风压力差距较大，密闭墙前压差较大，导致两工作面采空区漏风情况。

5 均压方案

5.1 方案选取

防止采空区漏风多使用高分子材料或水泥浆封堵漏风通道，但只能起到局部封堵作用，对于煤体间形成的裂隙通道效果不明显，通过改变通风系统内的压力分布，降低漏风通道两端的压差，可从根本上减少漏风情况，因此选用均压防灭火方案。

均压方式根据使用条件不同，可分为开区均压和闭区均压2大类。开区均压系统的具体措施应根据工作面不同的漏风形式而异，针对不同形式的漏风，主要漏风通道及漏风范围，采取降低或改变其端点压差是实现开区均压的关键。闭区均压主要是加固防火密闭，提高封闭区的风阻或采取降低封闭区进回风口之间的压差，以减少漏风。

针对1171工作面采空区及11917工作面采空区防灭火密闭未处于同一通风系统中，两端存在压差的情况，经对通风系统的比对，选择闭区均压措施。将1171运输斜巷永久调节墙拆除，在1171运料斜巷中构建一道永久调节墙，这样1171工作面防灭火密闭墙与11917工作面防灭火密闭墙均处于回风系统中，可降低两工作面采空区压差，实现均压效果，如图3所示。

图3 均压前后通风设施对比示意Fig.3 Comparison of ventilation facilities before and after pressure equalization

5.2 实施过程

（1）现场调查收集7号煤与9号煤采空区防火密闭漏风方向、漏风量、空气温度及防火密闭前压差情况，分析压差对采空区漏风的影响。

（2）持续检测7号煤与9号煤采空区内瓦斯涌出及瓦斯流向情况，分析均压防灭火对采空区瓦斯影响。

（3）依据漏风方向等基础数据，构建均压防灭火设施，完成后使7号煤与9号煤采空区防火密闭压差降底，减少漏风情况。

（4）验证7号煤与9号煤防火密闭均压方案并开展压差观测，最终形成7号煤与9号煤均压防灭火研究成果。

5.3 应用效果

在两工作面采空区形成均压系统后，对两工作面采空区压差进行检测，具体数据见表2。

表2 均压后采空区基础数据Table 2 Basic data of goaf after pressure equalization

通过均压方案的执行，改变了11917工作面采空区和1171工作面采空区两端通风系统的压力分布，效果明显。对两端密闭压差及有毒有害气体进行了持续2个月的检测，1171运料斜巷压差降低210 Pa，1171运输斜巷压差降低210 Pa，11917运料巷、一采轨道上山、一采运输上山及11917运输巷压差无明显变化，同时瓦斯及一氧化碳等气体均无明显变化。

6 结 语

通过上述均压方案的执行，控制了近距离工作面采空区压差，使1171工作面和11917工作面两端压差降低了210 Pa，减少了采空区漏风风量，有效治理了采空区浮煤自燃风险，同时2工作面采空区内有毒有害气体均无明显变化。近距离煤层开采后采空区防灭火均压治理技术方案，简便易行、经济合理、见效快，对防治煤矿自燃火灾有重大的理论和现实意义。为今后协调开采防灭火治理工作打下基础，为其他多煤层联合开采矿井提供借鉴。