厚煤层综放开采孤岛工作面综合防灭火技术研究

邓宁宁

（山西焦煤汾西矿业正旺煤业，山西 孝义 032300）

0 引言

火灾是影响矿井煤炭开采安全的主要灾害类型，随着煤炭高强度开采的不断持续，部分矿井浅部煤炭资源逐渐枯竭，煤炭开采地质条件更趋复杂，井下煤炭自燃发火影响更趋显著[1-3]。特别是复杂地质条件综放开采工作面在回采时，受地质条件复杂、采空区遗煤量大等影响，给采面自燃发火防治工作开展带来更大挑战[4-5]。山西某矿30509 综放工作面为孤岛工作面，采面三侧均为采空区，采面回采矿压显现明显，加之采空区遗煤量大、分布范围广，采面漏风严重，导致采面防灭火难度较高。文中就30502 综放工作面回采为工程实例，针对采面生产特点针对性提出防灭火技术措施，以期为其他矿井类似孤岛工作面防灭火工作开展提供经验借鉴。

1 工程概况

30509 综放工作面是3 盘区最后一个回采工作面，采面东侧、西侧及南侧均为回采完毕的采空区，北侧为盘区回风巷保护煤柱。30509 综放工作面设计推进长度1 250 m、倾向长度250 m，回采的5# 煤层厚度均值5.52 m，埋深290 m，顶底板岩性以粉砂岩、砂岩以及炭质泥岩为主。30509 综放工作面设计采高3.8 m、放煤高度1.72 m，经鉴定5# 煤层为Ⅱ类自燃发火煤层，自燃发火期介于98～212 d。

30509 综放工作面为孤岛工作面，面临采空区遗煤赋存复杂、范围广，采面推进速度慢以及采空区漏风通道复杂等问题。30509 综放工作面由于三面均为采空区，采面回采期间矿压显著，加之受开采工艺影响，采空区遗煤范围大、赋存条件较为复杂；采面保护煤柱在邻近采面、本采面回采扰动影响下，变形量较大、内部裂隙扩展，导致采空区漏风流场移动复杂、漏风通道多变；采面回采期间矿压显现显著，回采巷道超前支护段变形严重，采面推进速度较慢，导致采空区氧化带内遗煤蓄热周期较长，增大遗煤自燃发火危险。

2 孤岛工作面综合防灭火技术

30509 综放工作面回采可分为初采、正常回采以及末采三个阶段，三个阶段防灭火有其自身的特点，下文就对各时期采取的防灭火技术进行分析。

2.1 初采期间防灭火技术

初采期间主要通过在切眼周边煤岩体中注入复合胶体，通过胶体充填破碎煤岩体内漏风类型并增强煤岩体强度。在采面回采推进过切眼后，强制放顶煤并向破碎煤体中压注粉煤灰胶体，以便在采面两侧形成胶体隔离带[15 m×10 m×8 m（长×宽×高）]，通过胶体隔离带减少采空区漏风量。具体初采期间切眼位置注胶情况，如图1 所示。

注胶钻孔开孔位于采面回采巷道顶板上，每个巷道均布置2 个注浆钻孔，其中一个钻孔位于巷道顶板位置、一个钻孔位于巷道外帮距底板1 m 位置；回采巷道内注胶钻孔终孔均位于煤层底板上方6 m 位置。采面回采推进过切眼后，即向采空区内进行注胶。

在注浆前应采用破碎煤袋封堵采面山下端头支架后方空间，破碎煤袋应接顶且封堵厚度在2m 以上。通过破碎煤袋封堵减少注浆过程中胶体外漏量，封堵严密后方可进行注胶作业。具体上下端头位置破碎煤袋封堵情况，如图2 所示。

图2 上下端头位置破碎煤袋封堵示意图

2.2 正常回采期间防灭火技术

在30509 综放工作面正常回采期间，通过采取下述措施减少采空区漏风量[6-8]：在采面进风、回风隅角位置悬挂挡风帘；每推进50～60 m 后在采面进风、回风隅角位置布置沙袋墙，墙体厚度为2 m 并在顶部留设灌浆胶管；随着采面推进采空区顶板垮落后与沙袋墙顶部接触密实，之后通过设灌浆胶管向采空区内注入胶体，从而在采空区沿进风顺槽、回风顺槽形成一定长度的注胶隔离段；在进风顺槽、回风顺槽内均布置切顶钻孔，通过切顶实现顶板及时垮落，实现采空区充填并减少端头三角区悬空面积。

2.3 采面慢推或者临时停采期间防灭火技术

2.3.1 采面慢推期间防灭火技术

在采面慢推期间为避免采空区以内自燃，采用注浆方式进行防灭火。采面每推进30 m，即在后部带式输送机靠近采空区侧铺设1 趟Φ108 mm 注浆管，从采面回采巷道内向采空区上部、中部及下部区域注入粉煤灰胶体。注浆管按照30 m 间隔留设三通出浆口，出浆口出口处为长300 mm 的花管，花管上花孔孔径统一为15 mm；当注浆管埋入到采空区10 m 后可开始注浆，具体采面回采期间采空区内注浆管布置情况，如图3 所示。

图3 采面回采期间采空区内注浆管布置示意图

2.3.2 暂时停采期间防灭火技术

当30509 综放工作面需要暂时停采时，为避免采空区遗煤自燃需采取下述防灭火技术措施：按照工作面生产安排，临时停采前3 d 在采面进风、回风隅角位置施工沙袋墙并充填胶体，确保沙袋墙接顶，减少采空区漏风量；采面暂时停采时由进风顺槽顶板位置向采空区顶板施工注胶钻孔，注胶量控制在150 m3以上；暂时停采期间采面供风量减少50%，通过减少供风进一步降低采空区漏风量，同时每班均安排专人对回风隅角、采空区以及回风巷内气体成分、风量等进行检测。发现异常及时处理；若采面暂时停采时间较长，则需综合采用注氮、注浆措施，并通过束管监测系统实时采集采空区内其他成分。

在采面暂时停采期间，受矿压显现影响采面护巷煤柱变形量增加、内部裂隙扩展，为避免通风风流进入到30509 综放工作面煤柱两侧采空区内，在煤柱内施工钻孔并注入封堵材料封堵煤柱内漏风裂隙。钻孔均垂直煤柱、开孔点与底板间距1.6 m，注浆孔间隔3 m、孔深4 m，封孔深度2～3 m，具体钻孔布置，如图4 所示。

图4 煤柱注浆钻孔布置示意图

2.4 采面设备回撤期间防灭火技术

30509 综放工作面推进至停采线后需回撤设备，在综放设备回撤期间综合采用减少采空区漏风、注胶、减少供风量、强化监控以及减少综放设备回撤耗时等方式进行防灭火。

1）在采面综放设备回撤时，在满足防尘、瓦斯防治前提下，尽量减少采面供风量，具体可将供风减少至50%，必要时可采用均压通风技术进一步减少采空区漏风量；采用沙袋对进风、回风隅角位置悬顶空间进行封堵。

2）采面停采后，在进风、回风隅角位置通过注入复合胶体构建隔离带，隔离带宽度7 m、长度12 m、高度4 m。

3）提高组织、管理水平，并尽量采用先进的、机械化程度高的回撤设备，提高综放设备回撤效率、减少设备回撤耗时。

4）强化监测监控，在综放设备回撤时，需安排专人每班监测采空区、回风巷以及回撤通道内气体成分、温度等，若发现异常时及时注胶防灭火。

5）完成综放设备回撤后，及时施工防火密闭墙，并留设束管监测孔、注胶管等。

2.5 防灭火效果分析

依据30509 孤岛工作面特征、防灭火需要，在采面初采、正常回采、暂时停采以及末采期间制定针对性的防灭火技术措施。采面回采期间采用上述防灭火措施后，对回采各阶段内回风流、回风隅角以及采空区等位置温度、气体成分等实时检测，发现各位置温度、CO 浓度等均在合理范围内，未有遗煤自燃发火征兆。现场采用防灭火技术措施后，孤岛工作面遗煤自燃发火问题得以较好的解决，实现了采面煤炭安全回采。

3 结语

30509 孤岛工作面开采范围内矿压显现明显，煤柱在矿压影响下裂隙发育导致邻近采空区存在漏风问题，同时受综放开采工艺制约，采空区内遗煤量较大、自燃发火防治难度较高。依据30509 孤岛工作面现场情况，通过采用砌筑沙袋墙、注胶、灌浆等措施进行防灭火，并通过强化监测提高防灭火预警能力。对30509 孤岛工作面开采各阶段采用的防灭火技术措施进行详细设计，现场应用后，采面在回采期间各位置温度、CO 浓度均在合理范围内，实现较好的防灭火效果。