易燃厚煤層綜放開采防滅火技術探討

摘要：03manbetx 采用傳統沿煤層底板布置巷道開采易燃厚煤層易發火的時間與空間，提出了兼顧回采率與火災防治的新型巷道布置係統，並結合時段與區域發火特點采取相應對策，以期達到安全、經濟生產的目的。

　　關鍵詞：易燃厚煤層，綜放開采，錯層位，三段式回采工藝

　　1引言

　　自然發火是製約厚煤層開采工藝發展的因素之一，也是煤炭工作者多年來致力解決的一個課題。本文通過采用錯層位巷道布置係統[1]，結合傳統防治火災的技術，03manbetx 其可行性。

　　2現場條件

　　以某礦現場實際條件為例，工作麵長144m，采深230-240m。平均煤厚11.5m，最大煤厚14m，平均傾角12°，煤層構造較簡單，煤層鬆軟，硬度係數f=1.4，容重為14.5kG/m3，煤層極易自燃，發火期平均為20天，最短為7天。含有厚0.2～0.4m的夾矸1層。煤層直接頂為砂質泥岩，平均厚1.5m，老頂為中厚層狀細砂岩，厚14m。

　　3自燃發火類別03manbetx

　　發生自燃的因素包括浮煤的存在，煤體破碎，與氧氣接觸並有蓄熱條件和時間。生產中無論采用何種方式方法，破碎煤體的存在以及與氧氣接觸是不可避免的，但是如能減少破碎煤體的存在並縮短其蓄熱時間，自然發火的幾率將會大大降低。在這一指導思想下，對傳統放頂煤巷道布置係統易發生自燃的區域以及易發生自燃的時段進行03manbetx 。按照放頂煤回采係統下各區域發生自燃的幾率大小進行等級劃分：（1）容易發生自燃區域巷道揭露的相鄰原高溫區域或老火區、巷道頂板局部冒落區、巷道變坡頂板破碎區，巷道揭露相鄰沿空側的停采線、溜煤眼、聯絡巷及其它硐室等處。（2）較易發生自燃區域巷道頂煤離層破碎區、沿空側煤柱破碎區。（3）可能發生自燃區域巷道巷幫破碎區以及工作麵采空區。根據對綜放開采時自然發火02manbetx.com 出現的頻繁程度，確定火災易發地點依次為巷道及開切眼、末采收作線、鄰近采空區、工作麵端頭，（如圖1所示）。自然發火防治工作的另一重點就是從不同的時期進行分析，各個時期的防治工作要從其產生的根源著手，有四個時期最易發生自燃，分別是：（1）掘進期間。巷頂易形成高冒區以及碎煤裂隙帶發育帶，局部通風機正壓作用加劇了氧氣在煤體中擴散，深部產生的熱量散發困難，是自然發火的隱患之一；

　　（2）工作麵安裝期間。切眼時大量碎煤存在於支架上方，綜放工作麵安裝時間比較長，在安裝完畢前，可能會導致煤層自燃發火；（3）回采期間。首先，開切眼到初次放頂，時間間隔長，支架頂煤的蓄熱時間長；其次，工作麵剛安裝完，需要磨合設備，導致推進速度慢；再次，上下端頭放下的碎煤大量堆積；還有，放頂過程中，頂板會大麵積下沉，可能會受到外部客觀條件的影響，形成導風通道；（4）拆除期間。綜放工作麵，拆除時間肯定長；支架上方煤體裂隙發育，與氧氣接觸麵積大；架後煤多且鬆散。以上自然發火因素，影響著煤礦正常安全的生產，尋求更合理的開采生產係統便是解決上述問題的重要研究途徑。

　　4方案分析

　　4.1方案的提出
煤礦的生產始終圍繞安全、經濟、回采率三方麵展開，該生產條件下煤層開采受到自燃發火的影響，傳統放頂煤沿煤層底板布置巷道以及留煤柱護巷已不能適應生產需要，亟需采用既能提高回采率，又能保證安全生產的無煤柱巷道布置以及相應的回采工藝，本文提出采用錯層位巷道布置係統和三段式回采工藝來實現無煤柱開采[2]，（如圖2所示）。


　　該係統綜合集成放頂煤、上分層鋪網放頂煤和下分層網下放頂煤三種回采工藝於一個工作麵，三種工藝用於工作麵的不同位置，形成獨特的三段式回采工藝。圖中的a段，即工作麵在沿頂板布置的進風巷道一側采用分層放頂的上分層回采工藝，需要鋪網，為下一工作麵巷道的掘進與回采作準備。圖中的c段，即在距離相鄰采空區側的工作麵采用網下放頂煤回采工藝，這一段不需要鋪網，但需要控製好采煤機割煤高度，防止漏矸。圖中的b段，中部工作麵采用放頂煤回采工藝。

　　4.2與傳統放頂煤對比

　　是否能有效防治自然發火是判定方案可行性的重要依據，為此在防治自然發火方麵對錯層位巷道布置與傳統放頂煤沿底板布置巷道[3]（如圖3）進行了比較：

　　1.區段運輸平巷；2.區段回風平巷；3.損失的頂煤與區段煤柱；4.上區段運輸平巷位置；

　　（1）錯層位巷道布置係統將進風巷與回風巷分別布置在煤層頂板與上一區段采空區下，進風巷、回風巷頂板分別為岩石和少量煤皮，基本上避免了巷道高冒區的出現，可以降低自燃發火率；傳統放頂煤沿煤層底板布置巷道，巷道上方是厚煤層，在壓力作用下易冒落形成孔隙，存在自燃發火隱患。據統計，綜放開采2/3的火患都發生在巷道高冒區。（2）錯層位巷道布置係統進風巷巷幫受到應力作用，但是由於該巷直接位於岩石頂板之下，不會出現巷道頂煤高冒，進而加劇巷幫的破壞，不易形成發育的碎煤裂隙，同底板布置的煤巷巷幫比較，發火幾率小，而且易於維護；回風巷優勢更為明顯，因為布置在采空區下的回風巷處於免壓區，對巷幫不會造成強烈的擠壓，可以降低發火幾率。（3）錯層位巷道布置係統下，相鄰工作麵之間隻有少量三角煤柱的存在，而且處於免壓區內，不易出現傳統放頂煤中留有大量“T”型煤柱處在應力集中區內而被壓裂壓酥導致巷旁向采空區漏風的情況，不但有利於相鄰采空區的防治自燃，而且有利於降低煤柱自身的發火幾率。（4）上一區段進風巷一側是上分層鋪網放頂煤工藝段，此段的浮煤存在於網下，下一區段進行回采時可以回收，減少了采空區內浮煤的數量，而且上一區段邊回采邊灌漿，有利於形成人工假頂或產生一定的膠結效果，在下一區段網下回采時，減少了向采空區的漏風，所以特殊的回采工藝也是降低自然發火的有利條件。對比得出，采用錯層位巷道布置係統，在易自然發火條件上有了根本性的改善。

　　5工作麵防滅火

　　錯層位巷道布置係統同傳統沿煤層底板布置放頂煤相比，自然發火的隱患大為降低，但防治火的工作絕不能掉以輕心。在自然發火的防治過程中，具體的防滅火工作在不同時期、不同地點采取不同的對策。

　　5.1工作麵上、下巷工作麵隨著成巷時間不同，巷道頂幫壓裂鬆動破碎的程度由內到外逐漸發展，隨著巷道頂幫破壞日益嚴重和巷壁半徑的擴大，巷道自然發火隱患也從內向外逐漸增大，同時，井下條件不能及時把氧化產生的熱量散發，在掘進工作中就要采取對策，預防火災的發生。

（1）嚴格頂板控製，嚴防冒頂，若發生冒頂及時鉸架，打閉板抹泥，用不燃材料進行充填。有發火預兆地點，要及時打鑽糊頂進行灌漿、注粉煤灰或注膠，消滅高溫點。

（2）預埋灌漿管，間歇灌漿工作麵上下巷鋪設灌漿管路，每50m設一處三通閥門，要保證能隨時進行灌漿，灌漿不僅可以帶走熱量，而且對裂隙處起著充填封閉作用，可以考慮在適當距離設一處注漿鑽孔。

（3）均壓措施定期進行一次工作麵上下巷之間漏風情況，若上下巷串風，應在上巷建調節風窗實行均壓措施，減少上下巷之間及采空區漏風。

　　5.2初采期間受各方麵綜合影響，巷道斷麵大，初采速度緩慢，壓力大，造成頂煤破碎漏風，形成發火隱患，應采取相應的技術措施，防治自然發火。

　　（1）煤層厚度大，在掘進切眼時留有大量頂煤，應加大注漿孔的密度和充填的力度。注漿孔的分布要保證整個初采期間頂板都能被注漿覆蓋。對初采期間的頂幫可以用不燃物進行封閉處理，確保不出現發火征兆。

　　（2）架間打眼注漿，防止架後浮煤局部發火。

　　（3）工作麵的切眼形成後，應在回風巷向上分層打鑽注水或漿，每隔一定距離布置一個鑽孔，鑽孔落點必須進入上分層采空區的合理位置，不注水鑽孔或無效孔必須封嚴，防止漏風，回風巷見水可停止本鑽孔注水或漿。

　　5.3回采期間回采期間防滅火的重點在工作麵兩端頭，雖然錯層位回采率比傳統放頂煤有很大提高，但端頭過渡支架不放頂煤，難免還會有少量浮煤隨工作麵推進落入采空區，存在發火隱患，進風巷一側含氧量高，存在煤炭發生自燃隱患。而氧化產生的有害氣體隨風流上行流動，易在回風一側測到。

　　（1）加強通風管理。根據瓦斯湧出量，保證風流暢通，有害氣體不超限以及風量滿足的情況下，合理控製有效風量，是減少氧化帶寬度，防止氧化自燃的有效手段。

　　（2）加快工作麵的推進速度，確保采空區的煤處於窒息狀態。

　　（3）加強工作麵端頭管理。雖然在巷道中采取了防滅火的灌漿與封堵等手段，但是在采動影響下，很難保證煤體不氧化自熱。可以在每班拉架放頂後，對放下的煤進行灑水降溫；在進風巷溜子機頭處，設一道水幕，增加切眼漏風的濕度，延長煤的自燃發火期；當發現高溫火點時，采用注漿與建防火牆相結合的手段。

　　（4）對掘進期間形成的老火區，要定期灌漿，消滅高溫火點的存在。

　　（5）回采期間，加強隨采隨灌，進風巷一側見漿停止。

　　（6）在上下拐頭處掛風簾，減少老塘漏風。　　
　　5.4工作麵末采及回撤期間

　　（1）停采後，在回風巷用壓管向采空區定期灌漿，工作麵要定期灌漿，達到散熱防火的目的。

　　（2）架間打鑽孔注漿。

　　（3）在下拐頭第一架架頂建土袋牆，架與架之間的縫隙用黃土等糊嚴，上下拐頭用木板糊頂，減少架頂漏風，在上下拐頭處建土袋牆，堵塞采空區漏風。

　　（4）停采後，工作麵要控製有效風量。

　　（5）加快工作麵支架的回撤速度。

　　（6）老巷出現發火預兆的要及時進行灌漿或注膠，消除高溫點後定期進行一次灌漿，防止發生煤層自燃。在易燃煤層采用錯層位巷道布置一次采全厚采煤方法，由於其自身特點有利於防滅火，再配合以傳統的防滅火技術同時結合當前先進的技術，可以有效的緩解工作麵的煤層自燃問題。　　
　　6小結

　　（1）注漿是開采過程中防滅火的常規手段，具有經濟、方便、可靠等優點，在工作麵回采中采用黃泥隨采隨灌為主，輔以定點定時注漿的方式。黃泥灌漿技術成熟，本礦有高水平的技術力量，而且灌漿防滅火的長時效果可靠，應為首選的措施。

　　（2）在工作麵開采過程中使用均壓技術，合理配風，保證合適的回采速度，提高回采效率等都是十分積極的方法，可以發揮巨大的作用。

　　（3）加強現場管理是防滅火的重要保證。

　　（4）開采過程中的防滅火必須從係統的角度出發，實施積極有效的綜合技術措施；貫徹預測、預報、預防和有效滅火的原則，才能確保綜放工作麵的安全生產。

　　（5）在工作麵采用錯層位采煤方法，其特殊的巷道布置對於消除煤炭自燃條件是十分有利的。

　　（6）加快工作麵推進速度，這是一項積極的主動措施，不需要額外投入。

　　（7）合理安排工作麵開采順序，有利於工作麵的接替和隔離已采區域。