特厚煤層綜放麵自然發火防治技術

摘 要：工作麵防止煤層自然發火一直是興隆莊煤礦的重點工作，特別是在1992年以後推廣特厚煤層綜放開采以來，在工作中不斷總結成功經驗和失敗教訓，逐步形成綜放麵煤層自燃防治技術體係，其成功應用為今後該礦防滅火工作提供了可靠的技術支持，對其他煤礦特厚煤層工作麵的自燃防治工作也具有重要的參考價值。

關鍵詞： 特厚煤層；綜放麵；自然發火；防治技術

1 礦井概況

興隆莊煤礦位於兗州煤田北部，井田麵積54 km²，可采儲量3.8億t。現采３層煤煤層傾角2°～12°，厚度平均為8.65 m，埋藏深度為250～550 m，年產量600萬t左右，煤層自然發火期為3～6個月，屬自燃煤層。興隆莊煤礦從1992年開始應用綜采放頂煤開采技術以來，極大地提高了生產效率，但是綜放麵存在3方麵的問題：① 由於綜放開采順槽沿底板一次掘出，服務時間長，順槽頂煤較厚，且過老巷或斷層時，煤體較破碎，易於離層、壓裂冒落，使得巷道煤體自燃危險性增加；② 綜放麵上下兩道采用錨索加強支護後，很難及時冒落，工作麵生產期間和沿空送巷期間極易形成漏風通道；③ 上下端頭支架處頂煤放出率低（有的不放），采空區留有大量浮煤，采空區浮煤易自燃，尤其是開切眼和停采線附近，由於不放頂煤，工作麵安裝撤架時間較長，使其更易發生自燃火災。因此自然發火的有效監控和防治是保證綜放麵安全生產的關鍵問題，近幾年興隆莊煤礦通過對5320、4324、4326、4328、1303、1304、1307等綜放麵進行防滅火工作，逐步積累了一整套科學管理和預防措施，從理論和實踐兩個方麵豐富了特厚煤層自燃防治技術，對於今後礦井的自燃防治工作具有重要的借鑒價值。

2 煤層自燃防治體係的建立

綜放麵煤炭自燃的防治本身就是一項複雜的係統工程，涉及生產的多方麵。針對綜放麵的實際，建立了煤炭自燃的整體防治體係，如圖1所示。

圖1 綜放工作麵生產期間的煤炭自燃防治體係

該體係由3方麵組成。首先建立煤炭自燃的預防技術屏障，當預防失效後，根據煤炭自燃初期的物理與化學變化產生的效應，進行煤炭自燃預報，預報準確，就能把自燃隱患進行消除；一旦失敗，形成自燃火災，就要進行火源探測，從而準確確定火源位置及其範圍，有的放矢地處理自燃火災。工作重點是第一步和第二步，即積極開展超前治理和超前預防的工作，下麵依據綜放麵推進到不同的位置應采取的技術措施詳細介紹。

3 綜放麵距開切眼200 m範圍的推進過程防火技術

（1） 綜放麵生產前開切眼上、下頭絞車窩或機電硐室全部用沙袋垛充填滿，防止以後沿空送巷接近老開切眼時直接揭露采空區。

（2） 工作麵每推進50 m在上、下隅角分別施工一道3 m厚的碎煤袋或沙袋隔離垛。

（3） 如果工作麵每月推進速度小於50 m時，需要在上、下隅角的3 m隔離垛後埋管壓注膠體漿100～300 m³。

（4） 如果工作麵推進速度很慢並且工作麵地質條件惡化，在上、下隅角的3 m隔離垛後埋管壓注膠體漿的同時考慮壓注泡沫阻化劑。

（5）安全監控裝備

① 工作麵回風隅角和回風流分別安裝1台甲烷傳感器，工作麵回風流中分別安裝1台一氧化碳傳感器、溫度傳感器和風速傳感器，各類傳感器連續可靠運行。

② 工作麵回風隅角和沿空送巷的沿空側重點防火部位安裝束管監測係統，束管監測係統可以連續運行。

③ 工作麵回風隅角班班懸掛甲烷—氧氣監測報警便攜儀。瓦斯檢查員每班檢查回風隅角和回風流中一氧化碳濃度兩次。

④ 回風隅角、回風流和其他重點防火地點至少每周一次取氣體樣化驗03manbetx 。

（6） 泄水孔堵漏風

① 開切眼附近一般施工75～200 mm泄水孔，泄水孔上口安裝0.5～1.5 m高的雙頭多孔高起籠頭，籠頭的多孔過水流量與泄水孔流量匹配，並在籠頭處搭建木垛保護。

② 泄水孔下口安裝倒楔形“U”型泄水管，既泄水又不漏風。

4 綜放麵上下順槽特殊地點防火技術

4.1 沿空送巷沿空側的開切眼、停采線、聯絡巷和溜煤眼位置

(1) 在沿空送巷對開切眼、停采線、聯絡巷和溜煤眼位置前後噴水泥沙漿。

(2) 根據上述位置具體情況施工1.5～2寸的鑽孔，鑽孔間距5～10 m，重點壓注粉煤灰漿和膠體泥漿等防火材料。

(3) 沿空送巷其他地段則重點施工1寸的觀測孔，觀測孔間距10～20 m，作為檢查和判斷采空區氣體和溫度變化的窗口。

4.2 聯絡巷

(1) 工作麵礦山壓力趕到聯絡巷之前，靠近采空區施工一道5 m厚的沙袋垛，緊貼沙袋垛施工一道0.5～1.0 m厚的磚閉。

(2) 對采空區壓注粉煤灰稠化灰漿、膠體泥漿或者固化材料充填。封閉方式如圖2所示。

圖2 聯絡巷封閉示意圖一

(3) 如果不具備注漿條件或不能注漿，則在巷道的門口施工0.37 m厚密閉兩道，密閉間距為3～5 m，形成夾心密閉，密閉間充填黃土、瑞米材料、羅可修等固體可塑材料。 閉牆附屬物包括：灌漿管、充填管、排水管、反水池、觀測孔、束管等。封閉方式如圖3所示。

圖3 聯絡巷封閉示意圖二

圖4 溜煤眼封閉示意圖

4.3 溜煤眼

(1) 下口用10 mm厚的鋼板進行封堵，四周用24個螺栓上緊。鋼板安裝1根50 mm的U型鋼管用於放水，鋼管上口伸入到鋼板水平麵上5.0 m處；鋼板安裝1根25 mm的鋼管用於壓注羅科修封堵材料（如果永久不使用可以壓注水泥沙漿），25 mm的鋼管上口伸入到鋼板水平麵上2.0 m處。溜煤眼封閉如圖4所示。

(2) 上口周邊臥底200 mm深，然後密排合適的工字鋼，在工字鋼上麵覆蓋100 mm厚的混凝土。

5 綜放麵停采前及停采期間防火技術

5.1 工作麵停采前的預防措施

(1) 采煤隊在離停采線最後的100 m範圍，必須盡量減少采空區丟煤，特別是在工作麵上鐵絲網和鋼絲繩前20 m加大放煤力度，提高采煤率到90%以上。

(2) 停采前100 m在工作麵上、下端頭每間隔30 m施工一道隔離垛牆，隔離垛可用袋裝碎煤或袋裝黃土施工，垛牆厚度不低於3 m。如果工作麵過斷層並且推進速度小於每月50 m，必須重點對進風隅角隔離垛內壓注膠體100～300 m³。

(3) 停采前40~50 m開始，在工作麵上、下順槽埋設注漿管路，注漿管出口要用木垛掩護好，並高於底板0.5 m 以上。停采後，對工作麵上、下頭進行壓注粉煤灰漿或膠體泥漿，破壞浮煤的蓄熱環境。

(4) 停采前20 m必須密切監測綜放麵的氣體變化情況，除瓦斯檢查員每班檢查2次瓦斯、二氧化碳和一氧化碳外，測風員每天對工作麵回風隅角、架間、回風流進行檢測和取樣化驗03manbetx 一次。

(5) 在工作麵回風順槽，停采線後部30 m、10 m分別留設一路束管，停采線後部30 m留設的束管用泵抽氣化驗03manbetx 。在工作麵進風順槽，停采線後部50 m分別留設一路人工測氣管。上述束管均位於底板以上1.5 m處，安設牢固整齊。

(6) 停采前通風部門把各種防火材料和設備備足備好。

(7) 停采前，采煤隊把液壓支架的側護板盡量收回，同時要保證支架的初撐力，防止頂板破碎，為支架間防火鑽孔的施工創造條件。 5.2 綜放麵停采期間的通風與防火方案

5.2.1 通風方式選擇、風量設計及瓦斯檢查

綜放麵設備主要從進風路線撤出，工作麵停采後要盡可能減少風量，即減少向采空區漏風，停采後工作麵供風量由800～1 000 m³/min減少為500～600 m³/min。

隨著支架的撤出，工作麵的風量將會逐步減少，為了避免開啟局部通風機與撤出液壓支架之間相互幹擾，在撤出支架過程中把廢舊水泥枕木和其他廢舊老料間隔堆積在停采線，盡量利用全風壓通風，不開啟局部通風機。當全風壓風量減少到200 m3/min時，開啟上、下頭局部通風機。工作麵風量測風員每天至少測定一次。

開始撤出支架後，在工作麵上、下頭兩側均設點檢查瓦斯，瓦斯檢查員在檢查完其他地點後在撤支架處盯點檢查，在掩護支架處懸掛甲烷、氧氣兩用檢測報警儀。

5.2.2 煤炭自燃的預測預報

（1） 紅外探測。停采線探測采用ST6紅外探測儀，1組支架的上側架間為1個測站，每個測站3個測點，每3 d測1個循環。測定數據輸入計算機，繪製出場強變化趨勢圖，為煤層自燃的早期預報提供依據。

（2） 溫度監測。工作麵每組支架設1個點，利用紅外線測溫儀測量工作麵架間及鑽孔中的最高溫度，每天測一次。

（3） 取樣化驗03manbetx 與人工監測。每間隔5組支架選1個鑽孔（包括回風隅角和工作麵回風流）進行人工監測和取樣化驗分析，兩天1個循環，如果出現隱患必須縮短測點間距和檢查周期。

（4） 束管與環境監測。束管監測係統每天至少測定2組數據，每天運行時間不少於12 h，束管正常可靠運行。

在工作麵回風流中安裝一氧化碳傳感器和甲烷傳感器。

5.2.3 防治措施

（1） 灌漿。停采期間利用在工作麵上、下順槽埋設的注漿管對采空區壓注膠體泥漿。

（2） 堵漏風防火。停采後由采煤隊在停采線上、下隅角分別建一道隔離垛牆，隔離垛可用袋裝碎煤或袋裝黃土施工，垛牆厚度不低於3 m，垛外建板閉，牆麵用水泥抹嚴，然後在板閉和垛牆之間壓注羅克修封堵材料，在閉牆上預留注漿管路，向隔離垛牆後壓注膠體泥漿，注膠量不少於300 m³，減少采空區漏風。

（3） 工作麵支架頂部和後部破碎煤體的防火措施。

① 在工作麵煤壁前敷設一路2寸水管，每30 m出一個三通閥門。

② 在工作麵每個支架的間隙按前、中、後方式施工3個防火孔，後部孔是在後部輸送機道向後尾梁架間及放煤口施工的鑽孔，傾角40°～45°，深度2.5～3 m；中間孔從支架頂梁中間打到頂梁上部及支架後浮煤的鑽孔，傾角30°左右，深度6～8 m；前部孔是從支架前梁架間打到支架後浮煤的鑽孔，傾角20°～25°，深度10 m左右，均下1寸套管，用快速水泥封孔，並用堵頭封堵孔口。在上下頭端頭支架以外向後部各打5個防火鑽孔，鑽孔采用扇形布置，鑽孔傾角30°～35°，鑽孔長度10～12 m，鑽孔布置見圖5。

圖5 鑽孔布置示意圖

1——鑽孔；2——液壓支架；3——鬆散煤體

③ 選擇堵漏材料的要求：無毒、無異味、無腐蝕、性能好、穩定性高、施工方便、使用成本低等。基於上述原則，選用MEA係列煤礦防滅火劑，利用黃泥漿或粉煤灰注漿係統對所有鑽孔壓注MEA防火劑，濃度控製在0.8%~1%左右，壓注MEA時停采線鑽孔至少同時連接15個孔，其中5個孔為備用孔，設計每孔壓注1～2 m³，見圖6。

圖6 注漿係統壓注MEA示意圖

（4） 組織管理。

① 采煤隊和裝修隊等單位要協助維護好工作麵安裝的注漿管路、束管、各種傳感器、注膠泵、煤電鑽、鑽機及其開關等，綜放麵周邊的風門全部安裝風門閉鎖，嚴禁隨意敞風門和放空溜煤眼，保證通風係統穩定。

② 精心組織，合理安排，保障工作麵快速撤出，采煤結束後，確保在40 d內回撤完畢，工作麵回撤結束後在5 d內完成封閉。

③ 在通防科設防火調度辦公室，人員由通防科和調度室人員組成，各生產單位必須服從防火辦公室的調度指揮，除對安全影響較大的工作外，其他工作盡量為綜放麵讓路。

④ 通防科和綜機管理中心要對綜放麵撤出和防火編製周密的工作計劃，嚴格落實工期和施工單位。通防隊和裝修隊編寫詳細的安全施工措施。

5.3 停采線封閉

(1) 在停采線上、下兩頭施工5 m沙袋垛，貼沙袋垛施工0.5～1.0 m密閉，然後在上、下順槽門口建0.38 m厚的密閉。上、下頭的密閉要接出注漿管和監測束管，封閉結束後對停采線大量壓注黃泥漿或粉煤灰漿，壓注量不低於3 000 m³。

(2) 停采線上、下頭封閉結束後對停采線進行均壓調風，減少停采線上、下兩頭的壓差。

第一作者簡介：孟祥軍(1963—)，現任興隆莊煤礦總工程師、工程研究員，發表論文多篇，取得科研項目多項。