综合防灭火技术在易自燃厚煤层分层巷道高冒点的实践和探讨

赵志强

摘 要：基于孟巴矿开采煤层属Ⅰ类容易自燃煤层，需要采取多种防灭火方法之实际。我们对1203面高冒氧化区及上分层采空区运用了注水降温、加湿、注氮惰化、均压、本煤层堵漏等多种技术手段，成功地通过高冒区，多回收煤炭資源5万吨。

关键词：易自燃煤层；防灭火方法；通过高温区

中图分类号：TD753 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0176-03

1 概述

1203工作面是巴拉普库利亚煤矿（以下简称孟巴矿）南翼采区的第一个二分层综采工作面，位于1103工作面下方。走向长度811m，倾斜长114.1～115.8m，倾角5.6～19.0°，厚度为29.40～41.00m，巷道均布置在煤层中，采取府采方法和综采工艺。煤质坚硬，裂隙发育，距一分层底板3.3～6.5m，平均4.9m，其上分层1103工作面平均采高2.95m。煤层自然发火期为0～3个月，属Ⅰ类易自燃煤层，工作面涌水量达400m3/h，初始煤温高（40～44℃），1103采空区流出的水温为37℃，工作面采空区流出的水温达41℃。该工作面从2012年2月22日开始掘进，6月30日贯通，9月10日生产，2013年2月28回采结束。

如图1，1203运输道（下道）在2012年3月24日早班进入下分层155m处，由于煤层裂隙发育，形成15m破碎带，顶板淋水大（水量38m3/h），局部出现掉顶，冒顶高度1.5～2m。中班16：00插管监测，插管深度1.8m，编孔1#，孔内CO：20PPm，26日19：00孔内CO达：773PPm。

2 冒顶氧化区域的处理措施及效果

2.1 掘进期间的处理措施和效果

2.1.1 监测方案

该处巷道顶板与1103采空区底板揭发距离3.5m，巷道与采空区是连通的，在其前后布置监测孔（措施孔），对该高冒区采空区实施监测和措施处理。在距1#孔前方11.2m（编孔2#）和后方7.2m（编孔3#）处，分别向一分层采空区打钻孔，2#孔深7m，3#孔深9m进入上分层采空区。目的是探查上分层采空区气体变化情况并对上分层采空区实施注氮。

2.1.2 监测方式

采取每班监测2次，检查CO、O2浓度，当CO浓度超过100PPm时，采样色谱分析。

2.1.3 应急措施

（1）分别向1#、2#、3#孔注氮，注氮量为400m3/h。目的是减少向高冒区的漏水量，并对采空区进行惰化。（2）向前掘进20m，将风筒出风口离开高冒处，减少正压漏风量。（3）采取单局扇供风，将风量降到最低，进一步减少正压漏风量。

2.1.4 应急措施效果

3月26日22：00顶板上分层采空区钻探成孔后，经探查：2#孔CO：24PPm，CO2：0.7%，O2：16%，CH4：0.2%（3#孔内气体与2#孔一致）。随后对2#、3#孔进行注氮作业，注氮后1#孔CO在50PPm波动。巷道恢复正常掘进。

2.1.5 恢复掘进后期间的措施及效果

（1）采取套棚的方式治理涌水点漏风，将彩条布覆盖整个巷道淋水范围，彩条布下方用金属网托举，然后套棚托住金属网，将顶板淋水集中排放，降低通过大面积涌水裂隙向上分层采空区的漏风。采取该措施后，巷道中部的涌水均流向两侧，主要流向下侧的水沟，达到了预期效果。（2）注水：由于彩条布较滑和淋水大，无法实施喷浆堵漏和本煤层注浆措施。结合其漏水量大的因素，通过1#孔对高冒区顶煤进行湿润降温，同时增大注水量，减少向采空区的漏风通道面积。在掘进期间漏水水温和煤体温度无变化。（3）注氮：继续对2#、3#孔注氮，增加采空区的内腔正压力，同时削减煤体氧化发展。（4）堵漏：掘进期间，在其联络巷上方的1103下道和1105上道的联络斜巷中增设一道密闭墙，同时向其内注氮加压，实施均压，使一分层采空区与该高冒处不形成漏风通道，减少高冒处的漏风量。

通过以上措施，掘进期间该处高冒点的气体无较大波动，安全地完成了1203面掘进任务。

2.2 回采期间采取的措施及效果

在分层开采中由于工作面留设的顶煤较薄，在矿山压力作用下以及一分层部分密闭墙损坏，存在向工作面上方的采空区供氧的通道，大量堆积的碎煤在长时间的供氧条件下易低温蓄热自燃。因此，控制上分层采空区煤体自燃与控制工作面采空区自燃同等重要，对于1203工作面来说控制好该高冒点的漏风量尤其重要。

2.2.1 回采期间漏风通道、自燃时间预测和分析

（1）漏风通道分析。1203工作面采用上行通风，从1203运输巷（下道）进风、1203轨道巷（上巷）回风，根据工作面与周边巷道、一分层采空区的关系，在不同的回采时间段与该高冒点有关系的漏风路线有两条。1）工作面生产前、中期，工作面超前压力未影响到该高冒点时的漏风通道：从1103、1105联络巷的密闭墙→1103停采线→1203下道上方的采空区（经过该高冒点）→1203工作面超前压力影响区范围内的1103采空区→支架上方→1203采空区→1203回风隅角→1203上道。在新鲜风流经过1203下道流到工作面煤壁时，沿途巷道的风流在风压的作用下将通过该高冒点、顶板连通的微裂隙、构造弱面裂隙、漏水点向该漏风通道中的采空区渗入。因此，该期间重点是减少漏风量，降低温度。2）工作面生产后期，工作面超前压力影响到该高冒点时的漏风通道：1203下道→1203下道超前压力形成的裂隙→1103采空区→1203上道超前压力形成的裂隙→1203上道上方。由于该通道是在前一通道的基础上演化而来，由于受超前压力的影响，巷道顶板产生大量的新生裂隙（表现为顶板淋水、碎裂），向一分层采空区漏风量骤然增加，煤体氧化范围扩大和升温速度加剧，表现采空区回风隅角一分层流出的风温骤然升高、支架出汗。因此，该期间重点是加快推进、缩短破碎煤体氧化时间和降低温度。（2）自燃时间及对应措施分析。由于受流水的影响，该高冒点可能蓄热自燃点应位于1#附近巷道的上方；可能自燃的时间为：一是该高冒点风量大，措施不当，在未进入超前压力影响区前就发生自燃，防止其发生必须采取控氧降温措施；二是在高冒点进入超前压力区期间，因漏风量增加，加速高温点煤炭自燃，应采取加快推进、注水降温、均压和注氮惰化措施；三是该高冒点煤体落入采空区，逐步散开，煤炭吸氧面积扩大自燃加剧，应采取插管注水、加快推进，必要时采取反风措施。

2.2.2 采取的主要措施

（1）均压措施，目的是通过较低的风量减少高冒点处向采空区的漏风深度和量，工作面计划配风1080m3/min，实际配风1320m3/min，在生产过程中将根据工作面温度、气体情况及时调整风量。（2）注氮：继续对该高冒点及前后实施注氮减少漏风量，并对一分层采空区惰化。（3）注水：一是在该高冒区处钻孔找高温点进行注水降温。二是在工作面离该高冒区近80m时，从上道向采空区内注水降温，防止高冒区域存在高温煤体。（4）本煤层注水泥浆堵漏：由于该处漏水严重，无法喷浆，只能对煤层顶板实施注浆堵漏。（5）加强监测，每班检查高冒點的CO浓度，当CO浓度超过24PPm时，同时检查O2浓度并采气样上井进行色谱分析。

2.2.3 工作面通过冒顶区域前气象指标变化情况

从上表1可以看出：（1）工作面增加风量对高冒区产生直接影响，扩散深度提高，高冒区深部煤体发生氧化反应；（2）实施上分层采空区深部注N2，是抑制上分层采空区煤体氧化的有效手段。由于煤层裂隙发育，N2通过裂隙亦对高冒区煤体氧化产生抑制作用，注N2工作停止后，上分层采空区煤体氧化现象发展迅速；（3）由于煤层裂隙发育，冒顶区域段发生较大阻力变化时，通过煤层裂隙对上分层采空区形成供氧通道，煤体发生较强氧化反应。

2.2.4 工作面通过高冒氧化区及上分层火区前采取的预防措施

（1）工作面稳定通风系统，配风稳中有降至912m3/min；（2）以1#孔为中心向前后各延伸20m，对顶板煤层裂隙高压灌注水泥浆，封堵漏风通道。使用Φ20mm插管，钻孔深度4.5m，间距1.6m，泵压15MPa。实际钻孔33个，灌注水泥62.5吨（干料）；（3）在运输道、材料道上分层收作线处各施工顶板钻孔2个，采用Φ25mm插管，深度9m，封孔后对上分层采空区进行连续注N2充填作业，降低上分层采空区O2含量，惰化采空区浮煤及煤体；（4）在工作面材料道（上道）施工Φ50mm顶板注水钻孔，对上分层进行注水作业，堵塞导水裂隙漏风，恢复上分层采空区湿度水份含量，破坏采空区煤体由于脱水触氧发生的氧化；（5）从工作面材料道（上道）预埋Φ75mm注水管路，对工作面采空区上部干燥缺水部分进行注水降温，同时利用采空区的高温蒸发效应，增加采空区湿度，达到阻化采空区煤体氧化的目的。

2.2.5 回采工作面通过冒顶区及上分层火区效果检验

（1）工程措施全面实施结束后，2013年2月6日高冒区及上分层采空区监测孔CO全部降至0～10PPm，恢复至安全值。（2）2013年2月15日中班工作面揭露高冒区，1#、2#、3#支架架后落煤时有雾气发生（白色烟雾），架间及顶板插管未检测出CO，插管监测顶板内部温度达65℃，淋水温度高达48℃，工作面其它点位气体及空温均未见异常。

自揭露高冒区起至2月21日工作面回采推进28m，日推进保持了6.6m的较高速度，架间顶板插管温度恢复至40℃，工作面成功通过高冒区及高冒导通的上分层火区。

3 联合运用防灭火技术处置效果

（1）通过对该区域顶板煤层注浆，128m2范围内注浆62.5吨（干料），达0.49t/m2，其顶板裂隙发育程度较高，存在较大裂隙漏风通道。（2）恢复断水干涸的顶板淋水区域，一方面堵塞了由于涌水断流产生的漏风通道，降低了通道周边煤体的温度；另一方面水流通过温度较高的采空区时，基于蒸发效应，上分层采空区内湿度得到较大提高，对采空区煤体氧化起到了良好的阻化作用。（3）注N2对封闭良好的上分层采空区煤体具有较好阻化效果，能够迅速造成上分层采空区缺氧，阻断煤体氧化，采空区氧气含量抑制在2%以下，CO能够迅速降至0～10PPm的安全范围。（4）支架通过高冒区时后尾梁落煤，所见白色烟雾为水的汽化。高冒区较高温度的煤体落入水中时，由于量大，携带绝对热量高，温差亦较大，导致了水的汽化现象。因此，随机未检测出代表煤体氧化的CO等指标性气体。（5）工作面安全推过该高冒区使工作面多回采90m，多采出5万吨煤。

4 结语

通过1203工作面联合运用防灭火技术手段，安全的穿过高冒区及上分层火区的实践，表明该矿处置煤体氧化的方法重点在于控氧及联合运用多种防火阻化、窒息煤体手段。对于此类高温矿井，由于原始煤温高达44℃，采取注水降温或其它方法散热、阻止煤体氧化，其前提必须直接作用在氧化发热体上。增加采空区空气湿度含量是阻化采空区煤体氧化的有效方法。