谢桥煤矿煤层防治自然发火综合技术分析及应用

谢桥煤矿煤层自然发火综合防治技术分析及应用

李明强

淮南矿业集团谢桥煤矿 安徽 淮南 236221

摘要：简要介绍谢桥煤矿基本情况，对煤层自然性、历史自然发火情况进行了分析研究。着重论述了谢桥矿区13-1煤层自然发火因素，提出了防治13-1煤层自然发火技术措施，对指导谢桥矿区煤层防治自然发火有着非常重要的意义。

关键词：自然发火；综合防治措施；应用

1 谢桥煤矿概况

谢桥煤矿位于安徽省颍上县东北部，距颍上县城约20km，处于潘谢矿区西端，东接张集煤矿北区，西接新集集团刘庄煤矿。矿井井田构造简单，断层较少，设计范围内煤层稳定或较稳定，煤质松软，煤层倾角一般为10°～15°，属于缓倾斜煤层。煤种均为气煤。

矿井原设计生产能力4Mt/a，近年来矿井开始针对主、副井提升、井下运输、供电、“一通三防”等各大生产系统进行技改。2009年矿井核定生产能力为8 Mt/a。2009年原煤产量833万t，百万吨煤层自然发火率为0。 2 谢桥煤矿煤层自然机理

2.1 谢桥煤矿煤层自然倾向性

目前开采煤层为13-1（平均厚度4.72m）、11-2（平均厚度1.67m）、8（平均厚度3.25m）、6（平均厚度2.18m）煤层，自然发火期3～6个月，均属于Ⅱ类自燃煤层。

2.2 谢桥煤矿煤层自然发火情况

谢桥煤矿8煤层、11-2煤层、6煤层自开采以来，均未出现自然发火隐患。

13-1煤层自开采以来，先后发生两起煤层自燃事故和数起明显的自然发火征兆。1998年11月3日，13-1煤层首采面1121(3)过地质异常区停采拆架，12月31日工作面85#、74#、48#架后出现明火，造成工作面强行封闭。2001年6月上旬，1212(3)下顺槽出煤联巷掘进期间，巷道过断层，顶部发生高冒，8月2日高冒处发生自燃。1141(3)采面过断层期间，1112(3)工作面、1222（3）W工作面收作拆除期间，工作面架后均出现高浓度CO气体，其中1222（3）W工作面停采后架后CO浓度一度高达380ppm。1151(3)下顺槽回风联巷掘进高冒处，以及1151(3)上顺槽沿1141(3)采空区掘进期间，均发生明显自然发火征兆，其中1141(3)抽排巷封闭墙口CO最高浓度达2000ppm。

煤层自然发火给矿井带来巨大的经济损失，严重影响安全生产。为此，我们总结研究出了针对我矿13-1煤层特点的综合防火技术。

3 13-1煤层自然发火综合防治技术

3.1 影响煤层自然发火的主要因素

3.1.1 煤的自燃倾向性

煤层具有较强的低温氧化特性，特别是位于13-1煤层上方距13-1煤层顶板2.4～5.5m，厚0.8m的13-2煤层，煤质松软破碎，受采动影响后，透气性增大，氧化蓄热能力加强，易导致煤炭自燃。断层等构造带附近的煤体受构造影响，其物理性质、结构等有较大变化，更易氧化自燃。

3.1.2 采掘影响因素

综放、低采高工作面煤炭回收率较低，采空区遗煤量大，工作面过断层或地质异常区时回采推进速度降低，为采空区遗煤自然发火提供了条件。

掘进巷道过断层或顶板破碎带时，易出现高冒区，为煤炭氧化蓄热提供空间。沿空巷道易与采空区沟通，形成漏风裂隙，造成沿空煤柱或采空区自然发火。

3.1.3 通风因素

高瓦斯工作面较大的配风量产生了较大的采空区漏风量，另外，跨采区联合布置的工作面存在更多的联络巷道，增加了采空区漏风地点，且较难实现均压防火。

3.2 防治自然发火综合技术

3.2.1 回采工作面防治自然发火技术

3.2.1.1 减少配风量，加强上、下隅角堵漏风

高瓦斯工作面的配风，在考虑风排瓦斯量的同时，综合考虑防火因素，通过加大抽排瓦斯量，尽量减少工作面配风量，降低工作面上下端口的压差，减少采空区漏风量，并用编织袋装煤对工作面上下隅角进行严密充填，使采空区自燃带范围缩小，窒息带前移。

3.2.1.2 加快工作面推进速度

保持均匀快速推进，将采空区氧化带内遗煤氧化蓄热时间控制到最短。这是高产高效工作面防治自然发火的最佳措施。根据我矿经验，月推进度在60~70m时，不采取采空区灌浆、注氮措施，工作面最高积聚CO浓度保持在30~60ppm范围。

3.2.1.3 减少采空区遗煤

更换回采设备，采用大采高一次性采全厚综合机械化采煤法，工作面正常回采期间，综采支架严格跟煤层底板推进，从根本上消除采空区发火。

3.2.1.4 采空区灌浆、注氮

工作面快速推进期间，根据工作面CO浓度的发生、发展情况，采用从上顺槽向采空区预留一路灌浆管，对采空区进行预防性、间歇式灌黄泥浆，泥浆水土比控制在1:4~1:5之间。采空区的灌浆范围沿煤层走向成条带分布，灌35m停15m。如图1所示。

图1: 采空区随采随灌覆盖范围示意图

工作面遇断层或地质构造异常区时，由于推进速度降低，采空区内同一地点的遗煤氧化蓄热时间加长，氧化速度加快。这时可从上顺槽向采空区预埋两路灌浆管，采用压茬式对采空区自燃带进行全面灌浆，不留停灌区。另外从下顺槽向采空区预埋一路注氮管，向采空区连续注氮，惰化采空区遗煤，减少采空区自燃带内的氧含量，控制遗煤氧化速度。

3.2.2 停采、收作工作面防治自然发火技术

3.2.2.1 合理配风

工作面停采时，在风量能够满足最低风速、温度，能够冲淡煤尘、瓦斯、二氧化碳等有毒有害气体的前提下，尽可能采取低风量、低风压供风，减少采空区漏风，降低采空区风压差。自工作面下隅角向上在支架架档内挂至少20m风障，减少采空区漏风。

3.2.2.2 采用化学材料堵漏，风障导风

对工作面下端头及支架架档喷注艾格劳尼，封堵架头、及架档之间缝隙；自工作面下隅角向上在支架架档内挂至少20m风障，减少采空区漏风。

3.2.2.3 压茬式灌浆、注氮

从上顺槽向采空区预埋三路灌浆管，三路灌浆管出浆点分别为架后30m、50m、70m。从下顺槽向采空区预埋三路注氮管，向采空区连续注氮，三路注氮管出氮点分别为架后15m、40m、65m，如图2所示。

图2: 采空区压茬式灌浆示意图

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利用回风巷靠近工作面位置以及工作面内煤壁一侧地点施工灌浆钻场，通过施工灌浆钻孔向整个工作面架后3～15m范围采空区打钻灌浆，控制整个采空区自燃带内遗煤的氧化。如图3所示。

图3: 停采工作面采空区防火灌浆钻孔平面布置示意图

3.2.3.2 喷注罗克休

在封闭墙外侧距墙体0.2m设置一道鱼鳞板搭接木板墙，墙间喷注罗克休，加固墙体和充填裂隙，减少墙

体及周边漏风量。

3.2.3.3 降低墙口压差

合理调整封闭采空区通风系统，使采空区各封闭墙口处的负压大致相等，保持采空区漏风处于较低的水平。

3.2.3.4 灌注泥浆

采空区封闭后立即大量向采空区灌黄泥浆。下墙口出浆后，改为定期间歇式灌浆，使泥浆逐步沉淀在采空区内。

2.3.5 控制采空区瓦斯抽放量

封闭后的采空区瓦斯涌出是一个缓慢涌出过程，在不受其他影响情况下，逐渐衰减到一定程度。因此，采空区瓦斯抽放量要根据瓦斯涌出量大小适当控制，一方面保持墙口瓦斯不积聚，另一方面要防止抽放负压过大引起采空区漏风量增加。

3.2.4 巷道防治自然发火技术

3.2.4.1 巷道顶、帮喷浆，隔绝空气防止漏风

过煤岩交界面产生漏顶或顶板破碎的巷道段，过断层及裂隙带的沿空巷道段，应对巷道顶、帮进行喷浆处理，隔绝空气防止漏风。

3.2.4.2 优化巷道内部设计

沿空掘进巷道上下帮设置绞车窝、设备硐室等时，必须避开上下采空区内绞车窝、设备硐室等。

3.2.4.3 防火、放水钻孔处理

沿空掘进防火、放水钻孔必须安设闸阀，放水闸阀的开启程度必须依据钻孔出水大小而定，防火及放水结束的钻孔闸阀必须保持关闭状态。

3.2.4.5 注浆充填

巷道出现高冒时，若高冒处有煤，除对高冒处巷道进行喷浆处理外，还必须再对高冒空洞进行注水泥浆充填，消除煤炭氧化蓄热的条件。如图5所示。

图5: 高冒处防火注浆孔布置示意图

3.2.4.6 改变巷道支护方式

减少金属U型棚支护方式，尽量采用锚梁网支护，减轻巷道顶部煤体破碎程度。

3.2.4.7 风速控制

微风速巷道易于煤体的氧化蓄热，必须消除微风的煤体巷道。根据我矿井下微风巷道CO浓度检查情况分析，周围煤体松软破碎的，巷道风速要保持在0.2m/s以上。

3.2.5 推广应用

2009年6月，1101（3）W工作面在停产69天后安全封闭，2010年6月，1131（3）孤岛工作面在停产54天后实现安全封闭，为谢桥矿区煤层防治自然发火综合技术实施提供可靠的依据。

4 结语

4.1谢桥煤矿13-1煤层防治自然发火综合技术的成功运用，为保障矿井安全生产，实现高产高效发挥了重要作用，安全与经济效益显著。

4.2采掘工作面在不同阶段及不同地质条件下，因地制宜，针对不同的自然发火隐患及火情，采用合理的防治煤层自然发火技术是防治采掘工作面发生自然发火的最基本原则。

4.3随着谢桥煤矿防治自然发火技术的成熟，以及防火预测预报手段的进步，煤层自然发火得到了很好地控制，消除了巷道自然发火事故。

作者简介：李明强（1981－），黑龙江海林， 2005年毕业于山东科技大学，现为谢桥矿通防科副科长。