機械化放頂煤開采礦井的防滅火技術
據統計，我國煤礦有50%以上的綜合機械化放頂煤開采工作麵存在著自燃發火危險，嚴重威脅著礦井的安全生產。因此，防滅火技術的研究工作也是綜合機械化放頂煤開采工作麵安全生產的關鍵之一。近幾年來，兗州礦業（集團）有限責任公司及其下屬各礦針對以前在礦井防滅火方麵存在的問題進行了認真03manbetx 和歸納，並且與有關單位共同開展了科技攻關，積極應用當前已有的礦井防滅火適用新技術，提出解決方案並進行了實施，有效地保障了礦井的安全，取得了良好的效果。
1紅外探測技術在煤層自燃發火早期預報的應用
兗州礦業（集團）公司救護大隊和山東科技大學將紅外探測技術應用於煤層自燃發火早期預報中,為確定井下高溫火點的位置、及時采取防滅火措施、消除火災隱患及保證礦井安全生產提供了有效的技術手段。
自從采用綜合機械化放頂煤開采技術以來，兗州礦區已經發生煤層自燃發火或者隱患26次，其中巷道頂煤及相鄰采礦區鬆散煤體發火或者隱患20次，占發火總次數的77%。因此，煤巷煤炭的自燃成為兗州礦區煤炭自燃的重點防患區域。雖然他們在防治煤巷煤炭自燃方麵投入了大量人力、物力，但是由於隱蔽高溫點難於準確定位和自燃溫度難於確定，給礦區煤炭自燃的預防帶來了許多不利的影響，因此尋求煤巷隱蔽高溫點的早期預測預報技術是礦區安全生產中亟待解決的重大課題。將紅外探測技術應用於煤層自燃發火的早期預報，較好地解決了這一技術難題。紅外探測法的實質是自然界的任何物體隻要處於絕對零度之上就會產生分子振動和晶格振動，都會自行向外發射紅外電磁波，並形成紅外輻射場。
近年來，通過在濟寧二號煤礦4301軌道順槽和南屯煤礦1300綜合機械化放頂煤開采工作麵運輸順槽的實際應用，表明利用紅外測溫儀基本能夠測出高溫區區域位置；從測試數據來看，無論哪個礦井其上幫紅外電磁場強度一般高於下幫。從理論和實際情況來看，這一探測方法是可行的。紅外探測法通過能量場綜合判斷煤炭的自燃區域，具有簡單、迅速、精確的特點，其操作方法較為簡便、容易為現場職工所掌握。當然，現場應用也發現一些問題，要進一步提高對煤層自燃發火早期預報的精度必須對紅外探測的有關基礎數據進行觀測和測定，如煤體的輻射係數及其影響因素、煤體的導熱係數和比熱、煤體的原始溫度等，得出易氧化區段和高溫區段紅外電磁場強度的變化規律。
2易燃中厚煤層孤島綜合機械化放頂煤開采工作麵綜合防滅火技術
兗州礦業（集團）公司東灘煤礦通過對4303孤島綜合機械化開采放頂煤工作麵“兩巷”、相鄰采空區及自身采空區采取了綜合防滅火的措施，從準備生產、開始生產至安全撤出設備曆時兩年，同時該礦綜采工區在該麵創出了年單產501萬噸的全國第一好成績，為兗州礦區及其它易燃中厚煤層孤島綜采放頂煤工作麵的安全回采積累了經驗。
4303綜合機械化開采放頂煤工作麵為走向長壁工作麵，麵長200m，通風方式為U型。該工作麵是東灘礦首次開采的“孤島”工作麵，在開采的過程中和開采以後，西翼5個采煤工作麵的采空區連接在一起，造成了礦井西翼複雜的采場漏風，防滅火局麵極為不利。
東灘礦的經驗表明，10次自燃發火有8次發生在巷道，特別是“兩巷”，這就要求在巷道掘進時采取綜合防滅火措施。4303工作麵上、下順槽開掘時候的綜合防滅火技術措施如下：設置注水管路、巷道噴塗防漏、紅外線測溫儀探測巷道兩幫、頂板溫度變化、巷道過斷層與冒頂處理、測溫探頭測溫、凝膠快速防漏。
為了保證4303綜合機械化開采放頂煤工作麵在回采期間及相鄰的區段不出現自燃發火02manbetx.com ，他們在采取合理開拓布置、開采程序及巷道布置的同時，還積極有效地采取了采麵采空區埋管壓注黃泥漿、噴灑霧化阻化劑、開采期間的均壓、采空區溫度探測、均壓通風及氣體檢測預測預報、向鄰近采空區的遺煤帶及高溫點打鑽注漿等防滅火技術措施。其中，由於4303綜采放頂煤工作麵的軌道順槽東鄰4302綜采放頂煤工作麵的采空區，僅僅間隔3m煤壁，而且在軌道順槽一側的采空區有1條完整的遺煤帶，寬度為5~6m，在超前壓力的影響下，采空區一側的煤壁被壓酥從而引起漏風造成了局部高溫火點，他們采用在軌道順槽打鑽，通過測溫探頭確定了高溫區域，然後在軌道順槽及43運輸集中巷打鑽注水、注漿，很快就將火點消滅了。
3複雜構造易燃煤層無煤柱綜合機械化放頂煤開采工作麵自燃發火防治
兗州礦業（集團）公司濟寧二號煤礦開展了複雜構造易燃煤層無煤柱綜合機械化放頂煤開采工作麵自燃發火防治的研究，總結了複雜構造易燃煤層自燃的影響因素，03manbetx 了無煤柱綜合機械化放頂煤開采工作麵的防滅火難點和自燃發火的原因，並且找到了防治的對策。
濟二煤礦自從開采綜合機械化放頂煤工作麵以來，自燃發火1次，為巷道頂煤自燃；發生自燃發火隱患3次，分別出現在停采線、沿空采空區鬆散煤體和工作麵開切眼采空區。此項研究總結煤層自燃發火影響因素有：大巷布置在煤層中；煤層厚度變化大；褶曲多，煤層傾角變化大；斷層多，裂隙發育；無煤柱開采。綜放工作麵的防滅火技術難點在於：煤層自燃發火期縮短，由3～6個月縮短到33天；綜放開采丟煤相對集中，特別是工作麵采空區周邊丟煤量增大；新實行的順槽及切眼錨網梁加錨索支護，在支護強度加大的同時也為向采區及切眼長時間通風供氧創造了條件；無煤柱開采時，大麵積的采空區連成一片，漏風關係複雜且不可避免；綜合機械化放頂煤開采工作麵兩巷沿煤層底板掘進，地質條件變化時，巷道頂煤易破碎、冒頂，極易自燃；生產高效快速，對礦井防滅火工作的安全可靠性提出更高要求。
在對綜合機械化放頂煤開采工作麵發火原因（包括相鄰采空區端頭的煤體容易自燃、巷道的頂煤容易自燃、開切眼的遺煤自燃、停采線的遺煤自燃）03manbetx 的基礎上，他們提出了綜合機械化放頂煤開采工作麵自燃發火的綜合防治技術，諸如噴漿堵漏技術、密集淺孔注凝膠技術、膜分離製氮裝置注氮防滅火技術（臨麵采空區防火、後部采空區防火）、膠體泥漿快速滅火技術、快速堵漏（密閉）泡沫技術、煤巷近距離紅外探測火源技術等防治措施，為無煤柱開采綜放麵的安全生產提供了保障。
4超長綜合機械化放頂煤開采工作麵煤層自燃火災防治
西安科技大學和兗州礦業（集團）有限責任公司在確定超長綜合機械化放頂煤開采工作麵煤層自燃危險區域的基礎上，提出了有針對性的高效綜合防滅火技術體係，建立了超長綜合機械化放頂煤開采工作麵煤層自燃火災快速應急防滅火係統，成功地對興隆莊煤礦4324超長綜合機械化放頂煤開采工作麵煤層自燃火災進行治理，為超長綜合機械化放頂煤開采工作麵的安全生產提供了重要的技術保障。
此項研究指出：根據煤層自然發火的特點，當空間小且火勢較小時，利用以高分子複合膠體、輕型壓注機和快速打鑽機具為主的快速防滅火係統，可以迅速控製及撲滅局部小範圍火災；當空間範圍大且火勢猛時（如采空區浮煤發生自燃火災），建立以惰泡壓注裝置、注氮係統和快速打鑽機具為主的快速應急防滅火係統，迅速控製火災的發展，為確定火源位置以及采用綜合治理技術徹底撲滅火災贏得時間。快速滅火係統的關鍵是快速有效地向火區施工滅火鑽孔。尤其是超長綜合機械化放頂煤開采工作麵采空區浮煤自然發火後，高溫區域廣、埋藏深，分布在工作麵“兩道”，施工鑽孔難度很大，應用一次成孔鑽具可以解決向采空區鬆散煤體施工鑽孔的技術難題。通常在現場有水、電時，設備和材料到達指定地點10min內就能投入滅火工作。
火區治理以膠體防滅火技術直接滅火為核心，以壓注惰泡及注氮惰化控製火區為關鍵，以及采取諸如均壓、堵漏等防滅火方法相結合的綜合治理，分控製火勢、直接滅火及封閉滅火三個階段。控製火勢主要采取控製漏風、注膠滅火與注氮惰化控製采空區相結合的滅火措施；直接滅火主要通過快速向火區打鑽，向火區壓注膠體泥漿封堵滅火，如果火勢有所發展，則必須對工作麵進行封閉；封閉滅火主要采用均壓降低工作麵上下頭兩側風壓差減少漏風，注氮與注惰泡相結合惰化並控製火區，壓注膠體泥漿充填采空區的直接滅火區等綜合治理措施。
5短壁輕型綜合機械化放頂煤開采工作麵的綜合防火
兗州礦業（集團）公司楊村煤礦通過對防滅火的綜合研究與應用，確定了工作麵的最佳通風和防滅火技術方案，保證了短壁輕型綜合機械化放頂煤開采工作麵的安全回采。
由於短壁輕型綜合機械化放頂煤開采工作麵采空區內的氧化帶寬度大，加之該煤層自燃發火期較短，所以預防自燃發火工作的難度很大。
他們根據現場的觀測研究結果，對不同區域有針對性地采取防火措施。工作麵“兩道兩線”的防火以泥漿為主要原料，並添加少量的化學藥劑形成不易脫水的膠體材料，既能阻止殘煤氧化又能充填堵漏。利用現有注漿站，在地麵注漿站的泥漿池中加入一種輔助材料，然後利用井下輔助材料供給係統（距工作麵100m）加入另一種輔助材料，形成膠體泥漿防火係統。輔助材料選擇成膠效果好、成本較低的水玻璃和鋁酸鈉，使用濃度分別為5%和2%，成膠時間2～3min。正常開采期間的采空區防火，采用提高工作麵推進速度和合理的通風量來實現。如果推進速度低，則實施汽霧阻化、在進風隅角堆放沙袋堵漏等措施。阻化劑以工作麵漏風風流為載體，隨風流漂移到采空區中，附著在殘煤表麵，阻止煤的氧化，達到抑製或延遲煤炭自燃的目的。根據現場條件在進風順槽設立移動式霧化泵站，隨著回采工作麵的推進不斷移動。霧化器布置在工作麵進風側隅角，沿途布置Φ25高壓膠管。通過對阻化率測定，采用氯化鎂做阻化劑，濃度15%～20%，殘煤用液量為30～50kg/t。由於該工作麵長度短，頂板不易冒落，必然增加向采空區的漏風量，故選用爐渣作為堵漏風材料，在工作麵後的軌道順槽和膠帶順槽內每隔60m用爐渣袋設立隔離牆，有利於采空區的防火。
6綜合機械化放頂煤開采工作麵撤麵期間的防火措施
兗州礦業（集團）公司楊村煤礦307綜合機械化開采放頂煤工作麵可采範圍內的地質構造非常複雜，煤層自然發火期3～6個月，為易自燃發火煤層，煤塵本身具有爆炸性。由於該麵停采線中間有落差3.5m的斷層，嚴重地影響了液壓支架回撤的速度和防滅火安全。為此，他們采取了一係列措施，有效地防治了撤麵期間的采空區自然發火，保證了307綜放工作麵設備的順利撤除。
首先是在工作麵距停采線100m的時候提前做好預防性措施，在進風順槽安設阻化多用泵以實施汽霧阻化，在采煤麵的後部采空區埋設束管對有害氣體實施連續監測，有效地阻止了采空區浮煤的氧化；由於工作麵的風量大使得采空區的漏風量增加和氧化帶的範圍變寬，因此在保證有害氣體和溫度不超限、風速符合《煤礦安全01manbetx 》的前提下盡可能及時降低工作麵的風量；停采以後，在上下隅角的液壓支架尾梁處分別砌築370mm的密閉牆，牆體的上部預留注漿管路，通過注漿鋼管向下隅角灌注膠體泥漿，有效地堵塞了采空區的漏風通道；根據斷層處頂板破碎、漏風嚴重的特點，對斷層及其前後10m範圍內進行噴塗，共噴塗原料600kg，有效地封閉了斷層及其周圍的漏風通道；隨撤架隨對液壓支架處及停采線其餘空間均勻地撒灑阻化劑，一般撒灑量為2.5kg/，起到了比較好的預防作用；為了防止浮煤氧化，停采以後盡可能清理底板及架內的浮煤，技術部門認真地繪製停采線剖麵，以便封閉以後合理地安排注漿；在兩順槽高的一側沿著停采線的煤壁敷設注漿管路至另一側，中間每隔10m設一個三通，及時澆注阻化泥漿，撤麵結束以後盡快於停采線5～10m處砌築永久密閉牆，可以比較好地封閉停采線；沿著307聯絡巷垂直於停采線每隔20m打一個直徑為40mm的鑽孔，鑽孔的最前端為1m的花管，保證了注漿擴散的範圍。
7綜合機械化放頂煤開采工作麵及相鄰采空區煤炭自燃防治
兗州礦業（集團）公司興隆莊煤礦實行以防為主和綜合治理的防滅火措施，連續多年杜絕了綜合機械化放頂煤開采工作麵及相鄰采空區煤炭自燃發火現象。
①為了防治自燃發火，首先采取一些超前預防措施，比如向有發火的隱患點打鑽孔，進行注水、注漿、MEA、羅可休、粉煤灰和噴灑阻化劑等。
②綜合機械化放頂煤開采工作麵生產時兩端頭液壓支架難以放落頂煤而在相鄰采空區造成一定厚度的丟煤帶，鑽孔沿用巷道靠采空區側上、下布置，每組打2個鑽孔，每組相鄰鑽孔間隔5～10m。鑽孔深度和角度應能使漿液將丟煤帶全部覆蓋，以此隔斷供氧通道，防止煤炭繼續氧化。
③如果在生產的工作麵上有氧化聚熱的煤體，則要采取打鑽孔下套管的措施。套管為1″鋼管，長度1.5～2m。套管頭部有便於插入鑽孔的鋼錐。前部鑽杆設有若幹0.2～0.3mm小孔。鑽孔用快速水泥加棉紗封堵，防止注防火材料時泄出。鑽杆尾部焊有高壓快速接頭與注漿係統連接，利用高壓泵壓注防火材料和降溫堵漏，阻止煤炭連續供氧過程，達到防火的目的。
④為防止生產中的工作麵發火，采用隨采隨注的方法。在綜合機械化放頂煤開采工作麵上、下隅角每隔30m打隔離沙袋垛牆，鋪設一路3″注漿管。根據工作麵推進速度隨時注漿、粉煤灰或其它防火材料，有效解決工作麵後方采空區的自燃發火隱患。
⑤該礦采用綜合機械化放頂煤開采技術，采空區在生產開始階段留下很多浮煤，氧化聚熱比較快。如果推進速度慢，采空區後部空間較大並有足夠時間，給防滅火工作帶來很大隱患，所以要進行噴灑阻化劑。噴灑阻化劑主要在自燃煤層回采的開始及停采線50m範圍內實施。阻化劑必須嚴格按照設計配製，要均勻噴灑。噴灑量根據遺煤的溫度和丟失的煤量而定，對新工作麵順利開采起到了防滅火的好效果。
8易燃厚煤層機械化放頂煤開采工作麵采空區自燃發火治理
兗州礦業（集團）公司濟寧三號煤礦針對綜合機械化開采、綜合機械化放頂煤開采工作麵走向起伏變化較大或負坡開采的工作麵在預防性灌漿不能充分發揮作用時，采用工作麵進回風隅角合理分段砌築防火隔離牆以及采空區埋管注氮惰化等綜合措施，簡便易行、適應性強、效果明顯。
4303綜合機械化放頂煤開采工作麵采空區產生高溫點後，他們采用了“隅角堵漏、注氮惰化、均壓控製、加強監測、穩定係統、快速撤麵、及時封閉”的治理方案，一氧化碳濃度從589ppm下降至22ppm，乙烷濃度從34ppm逐漸消失；進風隅角一氧化碳濃度從234ppm降為零，乙烷濃度從18ppm逐漸消失；回風隅角一氧化碳濃度從118ppm降為14ppm，乙烷濃度從8ppm逐漸消失。根據以上結果可以看出；高溫火點得到了有效的控製，取得了顯著的效果。5304綜合機械化開采工作麵采空區產生高溫火點後立即采取工作麵減壓降壓措施，在回風巷建調節風窗限風，將工作麵風量由860/min降為300/min左右。並且，在第二切眼東頭建立風障一道，在第二切眼以南的工作麵回風側設置全斷麵柵欄、懸掛標誌禁止人員入內。減風後回風流一氧化碳降低為600左右。為了加快消除高溫點和確保跳麵工作順利進行采取在進風隅角噴塗艾格勞尼進行封堵，並埋管注氮惰化采空區。在采空區高溫點熱風壓作用下，於進風隅角處發現一氧化碳。為了創造良好的撤架環境，防止一氧化碳進入工作麵，采取在進風隅角封閉處挖一個洞，安設28kW風機一台，連接Φ600mm風筒300m。風筒出風口接到第二切眼以東回風流中，將進風隅角處一氧化碳抽排到工作麵回風流中。通過采取上述措施後，有效地控製了一氧化碳的湧出，確保了跳麵工作的順利進行。新的工作麵安裝完畢後，在第二切眼後部尾巷分別建立密閉牆各一道，對第二切眼後部采空區進行永久性封閉，直至該工作麵安全開采完畢。
9綜合機械化放頂煤開采順槽自燃發火綜合防治
無煤柱綜放開采是提高煤炭回采率的主要措施之一。由於這種采煤工藝的順槽沿空側鬆散煤體空隙比較大，采用表麵聚胺酯噴塗和采空區均壓已經不能夠解決問題。為此，山東科技大學和兗州礦業（集團）公司興隆莊煤礦研究出了一種新型的行之有效的無煤柱綜合機械化放頂煤開采順槽沿空側鬆散煤體及臨麵采空區遺煤自然發火的綜合防治技術——複合膠體泥漿固水降溫快速滅火技術和井下移動式膜分離製氮注氮技術。
複合膠體泥漿是利用水玻璃作基料。以碳酸氫鈉、碳酸鈉等作促凝劑，以黃泥漿作充填劑而構成的一種新型滅火材料。其作用原理是：水玻璃與促凝劑結合以後形成矽膠，但是矽膠的內部充滿了黃泥漿和水，矽膠起到了骨架的作用，黃土起著稠化充填的作用——增加膠體的強度、耐濕性能和有效期，同時把易於流動的水固封在矽膠的內部，從而形成了複合膠體泥漿。
複合膠體泥漿的熱穩定性比純矽膠體更好，在高溫火炭中不熔化，失水速度很慢，並且能夠大量地吸收周圍鬆散煤體的氧化熱量，降低煤體的溫度。此外，複合膠體泥漿的耐壓穩定性也隨著含土量的增加而提高。它不僅能夠固水吸熱降溫，而且能夠充填碎煤的間隙，使得煤氧隔離而窒息。即使高溫蒸烤最終使其失去全部水分，仍然有25%左右的黃土和二氧化矽留在縫隙中起到防火的作用。所以，複合膠體泥漿尤其適用於高位火區和大麵積火區的防火。同時，他們還采用了井下移動式膜分離製氮裝置，采取間隔方式從沿空順槽向鄰麵采空區大量注入氮氣。效果檢測表明：在沿空順槽側形成了一條寬45m的較穩定惰化帶；惰化帶鑽孔取氣樣03manbetx ，結果氧氣濃度下降到10%以下；從自燃征兆點鑽孔取氣樣分析，CO氣體消失。專家們認為：此項成果值得借鑒和大力推廣。
10無煤柱綜合機械化放頂煤開采條件下煤層自燃發火防治
隨著無煤柱綜合機械化開采技術的推廣，煤層自燃發火呈現出與分層綜合機械化不同的特點。兗州礦區從實際出發，針對綜合機械化放頂煤開采易發火區域的發火原因及技術難點，開發應用了多種防滅火新材料、新技術，形成了綜合機械化放頂煤開采條件下的一整套防滅火技術。
無煤柱綜合機械化放頂煤開采條件下沿空順槽鬆散煤體自燃的綜合防治的關鍵技術如下：
①聚胺酯噴塗堵漏技術。該材料是由黑白兩種原料經混合發泡後形成的一種泡沫狀物質解決了傳統的水泥砂漿堵漏所固有的易壓裂、施工工藝與綜掘施工相互幹擾等缺點，特別適合於綜掘沿空掘進巷道。
②密集淺孔注凝膠技術。凝膠是由主劑和促凝劑經混合反應而形成的，解決了黃泥漿等傳統防滅火材料解決不了的巷道頂煤自燃等難題。其混合液在凝固前粘度近似於水，可滲透到煤和岩石裂隙中；成膠後粘度則是水的1500倍，能有效地防止漏風。
③井下移動式膜分離製氮裝置注氮技術。兗州礦區由於綜放工作棉推進速度快，其後部采空區自然發火的可能性小，放火重點是鄰近采空區，因此以注入氮氣為主，以均壓、沿空堵漏措施為輔，綜合防治綜放麵鄰近采空區遺煤發火。
④開發應用注惰化阻化劑技術。惰化阻化劑兼有阻化和惰化兩種功能。當煤溫上升到50℃以上時，注入煤體的溶液開始吸熱汽化，產生的惰性氣體充塞煤體裂隙，阻礙煤自燃過程的發展。
⑤開發應用膠體泥漿快速滅火技術。膠體泥漿是在凝膠基礎上開發的，利用基料、促凝劑的凝膠作用，以黃泥漿作充填劑，增加膠體強度、耐溫性能和有效期限。在黃泥灌漿係統的基礎上建立的大流量連續注膠工藝，對撲滅大麵積火區具有明顯的優勢。
11煤巷錨網支護的礦井自燃發火原因及防治
兗州礦業（集團）公司興隆莊煤礦目前開采的3層煤為近水平特厚煤層，煤層平均厚度8.65m，有自燃發火傾向性。自燃發火期為65天，發火等級為一級，煤層有爆炸危險性，煤的揮發份指數為39.8%。1992年開始使用綜合機械化開采放頂煤工藝，煤巷掘進采用錨網支護，自燃發火的規律有所改變。最近，他們對礦井自燃發火的原因進行了分析，提出了針對性的措施，為今後礦井自燃發火防治工作提供了經驗。
他們對綜合機械化放頂煤開采工作麵防治自燃發火的認識如下：
①聯絡巷、溜煤眼等直接與鄰近采空區相通的地點打砂袋垛，緊貼砂袋垛封閉堵漏；附近巷道噴水泥沙漿堵漏；對可能產生漏風通道的區域施工鑽孔，壓注凝膠、膠體泥漿堵漏，均能產生比較理想的效果。
②對開切眼和停采線因施工絞車窩形成的通道，采取砂袋充填、砂袋外噴水泥的堵漏措施，並對附近的巷道噴漿堵漏、施工鑽孔、壓注凝膠膠體泥漿，也可以撤麵後在下頭麵口以外建閉牆，閉牆以裏大量壓注膠體泥漿。
③煤巷中頂板破碎地點加強防滅火觀測，如果發現CO濃度持續上升，可以采取噴漿堵漏，並施工鑽孔和壓注凝膠。
④煤巷鋪網支護要結合實際、注重質量，首先從頂板穩定性優化支護參數，保證煤巷頂板的完整性。
⑤對煤巷中的高冒區，采取噴漿堵漏，並施工鑽孔和壓注凝膠。
⑥對出現明火及高溫點區域，首先采取施工鑽孔、壓注黃泥漿與高壓水的方法，降溫後再壓注凝膠封堵漏風通道。
⑦認真加強特殊地段的采煤管理，確保采煤速度，一般來說日推進速度不得少於1m，盡最大限度減少丟煤量。
⑧工作麵停采以後及時撤麵，並對高溫點采取向支架後部施工鑽孔和壓注凝膠、膠體泥漿的措施。
