孤岛厚煤层综放工作面煤自燃防控技术研究

郁亚楠

鄂尔多斯市华兴能源有限责任公司唐家会煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017000

摘 要：唐家会矿61102工作面属综放开采孤岛面，随61102工作面的不断回采，与相邻采空区气体存在“呼吸”现象，极大地增加了煤自燃的可能。本文根据该孤岛综放工作面的实际情况和防火技术特点，提出了“控氧控温、减氧降温”为主的防火思路，制定了“三位一体”预测预报方法和综合防火方案。通过采取封堵、注氮、注胶等防火措施有效地预防了煤自燃，确保了61102工作面的安全生产，为其他矿区类似工作面的防火提供参考依据。

关键词：孤岛工作面；厚煤层；煤自燃；监测预报；防火技术

0 引言

矿井火灾是矿井五大灾害之一，而其主要表现形式为煤自燃灾害^[1-5]。据统计因煤自燃导致的火灾占矿井火灾总数约为70%^[6,7]，因此防火工作在矿井生产过程中显得尤为重要。

唐家会煤矿61102工作面为孤岛工作面，在回采过程中揭露断层，地质构造复杂，且工作面及煤柱受采煤影响较大，煤柱易于压碎，形成与相邻采空区连接的漏风通道。在回采矿压的影响下，工作面回采速度较慢，增加了遗煤自燃的可能性。针对唐家会矿61102孤岛综放面实际情况，提出了“控氧控温、减氧降温”为主的防火思路，采取合理有效的防火措施，保证工作面的顺利回采和收作。

1 工作面概况

唐家会煤矿首采面61101工作面采完后直接回采61103工作面，使61102工作面走向两侧均为采空区，形成孤岛工作面。61102工作面走向长度1007.1m，倾斜宽度233.8m。煤层倾角0～4°，煤厚13.7～22.2m，平均厚度18.3m。工作面采用长壁后退式综合机械化放顶采煤法，采高约4m，采放比为1：3.58。开采的6#煤层为长焰煤煤种，属于Ⅰ类容易自燃煤层，最短自然发火期为35天。工作面采用“U”型通风。

2 停采收作期间煤自燃原因分析‘’

1）遗煤堆积

61102工作面采用综采放顶煤开采技术，较大采高综采而言回采率较低，致使采空区遗留大量煤炭。随着工作面的推进，这部分浮煤进入采空区深部，达到浮煤自燃所需的蓄热环境及漏风条件，容易引起自然发火。

2）漏风供氧

61102工作面南北两侧均为采空区，受采动影响，煤柱容易破裂形成漏风通道，在全风压和自然风压的作用下，相邻采空区出现“呼吸”现象（即随着外界风压等因素影响，本孤岛工作面与相邻采空区煤柱间有进、出风现象），致使采空区遗煤长期处于氧化蓄热环境。

3）氧化时间

61102工作面煤层为长焰煤种，属于Ⅰ类容易自燃煤层，发火期短。工作面受矿压的影响，导致推进度变慢或者停采，其中2018年6月份推进速度约为1.2m/d，推进速度缓慢；此外6月15日工作面临时停采10天。都为遗煤氧化蓄热创造了条件。

3 停采收作阶段煤自燃综合防控技术

61102工作面停采收作期间，工作面处于静止状态，为防止工作面切眼、架顶碎煤体及采空区遗煤自燃，需要采取一些防火措施。

3.1堵漏降氧

1）建立漏风隔离带

在工作面进回风隅角施工防火墙，表面喷涂LFM材料，堵漏形成临时隔离墙；整个支架顶部及后部20m范围内布置柔性纤维网（带风筒布）形成挡风墙，以防大量风流漏入采空区。防火墙及挡风墙示意图如图1、2所示。

图1 隅角防火墙示意图

图2 支架后部挡风墙剖面示意图

2）控制风量

（1）采空区整体控风：工作面回采至停采线时，风量调整为1100m³/min左右，并根据回撤进度及工作面气体变化情况，对通风系统进行相应调整。

（2）重点区域控风：工作面距停采线30m停止放煤，在该处及终采位置液压支架架尾5m位置各施工了一道防火墙，墙厚3m。同时对墙体四周进行注胶封堵，减小墙体及四周漏风。

（3）局部控风：工作面与主回撤通道贯通时，拆除了主回撤通道临时控风设施；拆架过程中顶板垮落造成通风不畅时，开启局扇对拆架地点进行供风；对工作面采空区对应地面沉降进行观测，并对大于50mm的裂隙进行处理。

3.2惰化降氧

针对61102工作面现场环境及遗煤自燃特点，对采空区实施注氮措施进行惰化降氧。工作面运输顺槽预留3趟注氮管路，与主管路连接后采用闸阀分别控制，根据防火需要注氮位置及注氮量可随时进行调整。1#注氮管释放口距停采线85m，2#注氮管释放口距停采线45m，3#注氮管释放口距停采线20m，停采收作期间共注氮量约53.76万m³。

3.3注胶降温

针对工作面防火需求，施工巷道顶板长钻孔（主回撤通道及联巷）和支架防火孔（架间、架顶及架后），总计施工钻孔约215个。通过防火孔对异常区进行注胶治理，以达到降温隔离的作用，保证工作面防火安全。

巷道顶板长钻孔：共计施工了38个，其中帮部4m深防火孔20个，顶部8m深防火孔18个。

支架防火孔：61102工作面运顺到回顺方向每5架架顶、架尾各施工1个1.5m浅防火钻孔，105#～133#架每架架顶、架尾各施工1个1.5m浅防火钻孔，约为96个。补打4m深防火钻孔81个。工作面防火钻孔施工结束立即注高分子材料，巷道防火孔注胶4.14t，支架防火孔注胶5.96t，累计注胶约为10.1t。

3.4煤自燃监测监控

为进一步了解煤自然发火动态，需采用“三位一体”（即监控系统、定期取样及人工检测）的方法对采空区煤自燃进行实时监测监控，提前做出预测预报，以采取相应的措施。

1）束管布置

工作面与主回撤通道贯通前，在运顺距停采线100m、50m、10m处预留束管，回顺距停采线60m、30m、10m处预留束管，束管利用D25铁管进行保护，束管埋入采空区后每天取样化验分析。

2）监控系统

利用运顺退尺1015m、回顺退尺986m的2个防火观测点，采用多参数传感器，通过煤火灾害监测预警系统对61101、61103相邻采空区防火指标实现24小时在线监测。发现异常情况立即采注氮措施。

3）人工日常巡检

测点设置：工作面支架顶部采空区；进、回风顺槽端头隔墙内；回风隅角；回风流；拆架处。

检测参数主要包括CO、O₂、CO₂、CH₄和T（温度），工作面测点每小班检查两次。

4 防火效果分析

61102孤岛工作面于在12月14日推至停采线位置，2019年1月25日全部回撤完毕，远超6#煤层最短自然发火期情况下，但工作面一氧化碳浓度基本控制在150ppm以下，防火效果明显。

通过现场数据实时监测，得到工作面回风隅角11月14日～12月24日CO、O₂浓度及火灾系数R₂变化规律如图3所示。

a. CO和O2气体变化趋势

b. 火灾系数R2值变化情况

图3 61102工作面回风隅角CO、O2及R2变化图

根据图3可知，61102工作面回风隅角气体浓度和火灾系数R₂均比较稳定，表明防火措施效果较好。具体为：工作面推至停采线后，氧气浓度维持在16～19%，回风隅角CO浓度由前期的20～50ppm降至10～20ppm；火灾系数R₂×100由前期的0.1～0.3降至0.1以下。

5 结论

1）从遗煤堆积、漏风供氧及氧化时间等方面对61102孤岛工作面煤自燃环境进行了分析。

2）基于61102工作面遗煤自燃特点，制定了以“控氧控温、减氧降温”为主的综合防火方案，制定了“三位一体”煤自燃预测预报方法，为工作面的安全生产提供了保证。

3）通过采取堵漏控氧、惰化降氧及注胶降温等针对性防灭火措施，并对现场实时数据进行监测监控。实践证明，所制定的防火方案有效地预防了煤自燃灾害的发生，为其他矿区类似工作面的防火工作提供了参考依据。

参考文献

[1] 梁运涛,侯贤军,罗海珠,等.我国煤矿火灾防治现状及发展对策[J].煤炭科学技术, 2016, 44(6):1-6.

[2] 谭章禄,单斐.近十年我国煤矿安全事故时空规律研究[J].中国煤炭,2017,43(09):102-107.

[3] 赵亚军,熊仆,薛峰,李振杰.矿井火灾防治技术的发展与趋势[J].煤炭技术,2016,35(05):157-160.

[4] 邓军,李贝,王凯,王彩萍.我国煤火灾害防治技术研究现状及展望[J].煤炭科学技术,2016,44(10):1-7+101.

[5] 中国煤炭地质总局.中国煤炭资源赋存规律与资源评价[M].北京:科学出版社,2016.

[6] 胡社荣,蒋大成.煤层自燃灾害研究现状与防治对策[J].中国地质灾害与防治报,2000,11(4):69-71.

[7] 谭艳春,张人伟,陈丽霞,代小亮.模糊综合评价在矿井内因火灾评价中的应用[J].中国安全生产科学技术,2010,6(05):114-117.