吳會(huì)平

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安710077）

礦井火災(zāi)是煤礦主要事故災(zāi)害之一，而在我國(guó)存在煤炭自燃的礦井，占煤礦總數(shù)的56%，另外因煤炭自燃而引起的火災(zāi)占礦井火災(zāi)總數(shù)的90%～94%〔1〕。其中每年因煤層燃燒而損失的煤炭約10～13.6Mt，直接經(jīng)濟(jì)損失超200億元人民幣〔2－3〕。煤炭自燃不但會(huì)造成極大的煤炭資源的浪費(fèi)，而且會(huì)誘發(fā)煤塵和瓦斯爆炸、煤層透水等事故，還會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全〔4〕。厚煤層的開(kāi)采中，會(huì)使得層與層之間采空區(qū)連成一片大面積采空區(qū)，極容易發(fā)生煤層自燃，且如果一處出現(xiàn)自燃，其有害氣體必然會(huì)波及整個(gè)相連的采空區(qū)，且很難控制〔5〕，影響到生產(chǎn)工作面，造成大量的損失。因此在無(wú)煤柱分層開(kāi)采中，必須要有充分的防滅火措施。

1 山東某礦10304工作面概況

山東某礦10304工作面位于礦井西北部；工作面西部的上方為一條河，南北方向貫穿整個(gè)工作面；東部的上方為農(nóng)田；北風(fēng)井向北2405m為該工作面的設(shè)計(jì)停采線(xiàn)位置；北風(fēng)井向北2818m為切眼位置；停采線(xiàn)上方的該河?xùn)|河堤向東107m為工作面軌道順槽，向西110m為10304面運(yùn)順。10304工作面東鄰10305工作面采空區(qū)；西鄰尚未開(kāi)采的10303工作面；南是四采區(qū)第一軌道上山；北起切眼，是該礦井邊界煤柱。工作面走向長(zhǎng)406～416m，工作面傾斜長(zhǎng)為217m。

開(kāi)采煤層有自然發(fā)火傾向，自然發(fā)火期為3～6個(gè)月，最短為28天。煤塵有爆炸性危險(xiǎn)，爆炸指數(shù)38.26%～42.16%。地溫25℃，基本不具備沖擊地壓危險(xiǎn)性，工作面在掘進(jìn)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)陷落柱和火成巖侵入。

2 分層開(kāi)采防滅火必要性

10304工作面開(kāi)采三號(hào)煤層，采用無(wú)煤柱分層開(kāi)采的方式，分為上下兩分層開(kāi)采，上分層綜采，下分層綜放開(kāi)采。三號(hào)煤層為黑色，煤層厚度在7.89～8.58m，平均厚度為8.19m，煤層硬度系數(shù)為3.5。10304工作面西北高，東南低；煤層傾角3°～14°，平均傾角為7°；該工作面東南傾角較大而西北傾角較小。工作面直接充水含水層主要為三煤頂板砂巖含水層，間接充水含水層為第四系下組含水層。因此，為了提高開(kāi)采上限，同時(shí)為了消除工作面煤層開(kāi)采受水害影響，必須實(shí)行分層開(kāi)采。將原一次采全高的煤層分為兩次回采。

厚煤層采用分層開(kāi)采，采空區(qū)會(huì)存留大量的遺煤，另外工作面采空區(qū)以及層與層之間的采空區(qū)連成一片組成大面積采空區(qū)，由于受礦壓影響會(huì)產(chǎn)生大量的裂隙，因而漏風(fēng)極為嚴(yán)重，因而會(huì)造成采空區(qū)遺留的浮煤供氧而氧化，極易造成煤層自燃。一旦發(fā)生自燃，會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體，必然會(huì)波及整個(gè)相連的采空區(qū)及生產(chǎn)工作面，處理難度相當(dāng)大。厚煤層分層開(kāi)采的防滅火技術(shù)十分關(guān)鍵，也是煤炭科技工作者努力要解決的一個(gè)難題。

3 10304－1工作面防滅火措施

在10304－1工作面的掘進(jìn)、回采、停采及封閉撤除期間，利用粉煤灰膠體、水玻璃膠體、噴漿堵漏、注MEA防滅火材料、均壓等綜合防滅火技術(shù)及工藝的礦井防滅火系統(tǒng)，不僅保障了10304－1工作面的安全生產(chǎn)，而且為10304－2工作面的生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件。

1）回采期間防滅火

從2011年10月8日開(kāi)始，直至工作面停采，主要在10304－1工作面的運(yùn)順和軌順實(shí)施防火工程。在工作面每推進(jìn)40m在兩順槽各組織一次防滅火處理，注漿量為兩順槽各壓注200m3粉煤灰復(fù)合膠體。地面制漿站將制好的粉煤灰漿液（適當(dāng)時(shí)加入少量懸浮劑）通過(guò)注漿管路輸送到注漿地點(diǎn)與ZHJ－5／1.8G型礦用移動(dòng)式防滅火注漿裝置相連接，再利用該裝置將FCJ12復(fù)合膠體添加劑與粉煤灰漿液混合（按照粉煤灰漿液∶FCJ12復(fù)合膠體添加劑＝A∶B的比例）然后通過(guò)預(yù)埋的注漿管路灌注到采空區(qū)（見(jiàn)圖1）。

圖1 粉煤灰防滅火系統(tǒng)工藝流程

2）停采及回撤期間

針對(duì)停采線(xiàn)實(shí)施的防滅火處理，在10304－1工作面運(yùn)順?biāo)牟骈T(mén)處。用地面制漿站按照一定比例，將原料特定的水泥、粉煤灰及水制備成粉煤灰漿，然后將粉煤灰漿通過(guò)注漿管道輸送到10304－1工作面運(yùn)順注漿地點(diǎn)，利用泥漿壓注泵XK－V型，將促凝劑小蘇打與粉煤灰漿液按照比例混合，最后將漿液通過(guò)注漿管路壓注到采空區(qū)內(nèi)。

綜采面10304－1于2012年1月中旬停采，停產(chǎn)后立即進(jìn)行回撤，回撤完成后，進(jìn)行永久性封閉。為防止發(fā)生大量漏風(fēng)引起的自然發(fā)火事故，需要加強(qiáng)工作面回撤封閉期間的通風(fēng)管理。

工作面停采回撤期間，在滿(mǎn)足稀釋瓦斯、二氧化碳及機(jī)電設(shè)備散熱等要求的前提下，壓縮工作面風(fēng)量，通過(guò)調(diào)節(jié)10304－1消火道兩道永久調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)，將工作面風(fēng)量調(diào)整至500m3／min。另外，做好兩巷掃塘供風(fēng)的準(zhǔn)備工作，10304－1軌順掃塘風(fēng)機(jī)安設(shè)在五采一軌三部上山，10304－1運(yùn)順掃塘風(fēng)機(jī)安設(shè)在五采一軌四部上山，工作面回撤前，將風(fēng)機(jī)安裝到位，風(fēng)筒延接到位。兩處局部通風(fēng)實(shí)現(xiàn)“三專(zhuān)兩閉鎖”，當(dāng)工作面風(fēng)量不能滿(mǎn)足最低允許風(fēng)速0.28 m／s時(shí)，立即開(kāi)啟掃塘風(fēng)機(jī)供風(fēng)，直至兩順槽外密閉施工完成。

停采回撤期間，測(cè)風(fēng)員每天測(cè)定1次風(fēng)量，并記入測(cè)風(fēng)牌板，測(cè)風(fēng)牌板懸掛在順槽距工作面不大于50m處，工作面進(jìn)、回風(fēng)應(yīng)同時(shí)測(cè)定。在10304－1停采線(xiàn)兩端頭另設(shè)一氧化碳檢查點(diǎn)，建立檢查臺(tái)帳，做好自然發(fā)火的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)工作。

3）10304－1工作面封閉

工作面封閉分3個(gè)步驟：一是停采線(xiàn)封閉；二是停采線(xiàn)防滅火治理；三是外圍通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整。

（1）上、下順槽緊貼停采線(xiàn)分別施工1道木垛，規(guī)格為3m×3m；其次緊貼木垛分別施工1道板閉，并噴堵賽福特；最后緊貼木垛分別施工1道混凝土密閉，厚度為0.8 m，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 停采線(xiàn)封閉示意

（2）停采線(xiàn)防滅火治理，主要是向采空區(qū)注粉煤灰膠體。

（3）調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)。① 在10304－2運(yùn)順臥底處至10304－1運(yùn)順30余米施工1道木垛，并噴注賽福特封堵；其次每隔5m施工1道木垛，共施工3個(gè)；② 封閉軌順聯(lián)絡(luò)巷。先在開(kāi)門(mén)點(diǎn)施工1道木垛，并噴注賽福特；再在聯(lián)絡(luò)巷距全風(fēng)壓3m處施工1道磚閉；③ 封閉10304－1運(yùn)順施工巷；④ 通風(fēng)系統(tǒng)的均壓，在聯(lián)絡(luò)巷設(shè)置風(fēng)門(mén)，大巷布置局部風(fēng)機(jī)，增大工作面風(fēng)壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)10304－1工作面停采線(xiàn)均壓，防止有害氣體從上分層采空區(qū)涌入。

4 10304－2工作面防方滅火措施

一分層采空區(qū)自燃的預(yù)防。開(kāi)采期間由于各種原因存在遺煤的情況下，應(yīng)在分析一分層遺煤的基礎(chǔ)上，利用粉煤灰復(fù)合膠體防滅火技術(shù)對(duì)采空區(qū)遺煤進(jìn)行處理，利用新型阻化泡沫技術(shù)對(duì)煤體進(jìn)行阻化和惰化，抑制煤體自燃。

研究掘進(jìn)期間（兩巷對(duì)掘）采取的通風(fēng)安全技術(shù)措施，進(jìn)行巷道噴漿堵漏，實(shí)施均壓，上分層采空區(qū)自燃監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和自燃的應(yīng)急處理方案的制定，以及10304－2上分層采空區(qū)自燃監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、工作面過(guò)上分層開(kāi)切眼處、停采線(xiàn)處自燃預(yù)防。通過(guò)自燃隱患分析，實(shí)施10304－1工作面的封閉，調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，對(duì)5304－1工作面停采線(xiàn)實(shí)施均壓，建立了10304－2工作面掘進(jìn)、回采期間的煤自燃預(yù)防技術(shù)，順利實(shí)施了10304－2切眼防滅火、10304軌順聯(lián)絡(luò)巷和10303一號(hào)聯(lián)絡(luò)巷封閉技術(shù)，保障了工作面的安全生產(chǎn)。

1）10304－2工作面掘進(jìn)期間

下分層開(kāi)采會(huì)極大地影響上分層采空區(qū)漏風(fēng)，因此在開(kāi)采下分層時(shí)，必須制定相應(yīng)通風(fēng)安全技術(shù)措施、實(shí)施均壓及巷道噴漿堵漏等，以減少向采空區(qū)的漏風(fēng)強(qiáng)度。在工作面運(yùn)順、軌順、切眼掘進(jìn)時(shí)，必須隨掘隨噴且噴嚴(yán)噴實(shí)，另外噴漿范圍要全面，主要包括軌順頂板、沿空側(cè)、運(yùn)順頂板、兩幫、切眼頂板等全面噴漿。還需在工作面運(yùn)順、切眼、軌順掘進(jìn)期間，每30m施工氣體觀測(cè)孔一個(gè)，每隔10 m施工防滅火鉆孔2個(gè)。從而可以在工作面掘進(jìn)期間，通過(guò)采集氣樣，分析化驗(yàn)采空區(qū)氣體變化，掌握漏風(fēng)情況，對(duì)上分層采空區(qū)注凝膠封堵，從而減少采空區(qū)漏風(fēng)。

2）10304－2工作面回采期間

在工作面回采期間，主要是對(duì)10304－2運(yùn)順采空區(qū)壓注膠體粉煤灰漿；加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)巡查，每旬至少對(duì)工作面及外圍巷道進(jìn)行1次風(fēng)量測(cè)定，確保工作面安裝、回采期間滿(mǎn)足生產(chǎn)需求；加快工作面推進(jìn)速度，并在回采期間每隔30m，兩順槽分別建造隔離墻。加強(qiáng)安全監(jiān)控系統(tǒng)及束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)工作面的瓦斯檢查，每班檢查兩次，并每天檢查預(yù)埋束管內(nèi)氣體濃度情況，定期取樣化驗(yàn)，掌握上分層采空區(qū)氣體及漏風(fēng)趨向?？傊?，回采期間盡可能地減少向采空區(qū)漏風(fēng)，防止自燃事故發(fā)生。

5 相關(guān)聯(lián)絡(luò)巷封閉安全技術(shù)措施

封閉10304軌順聯(lián)絡(luò)巷，在10304軌順聯(lián)絡(luò)巷距10304軌順門(mén)口約1m位置施工木垛1道，聯(lián)絡(luò)巷用木架棚支護(hù)造假底，在10304軌順聯(lián)絡(luò)巷距五采一軌門(mén)口位置施工1道混凝土密閉；另外封閉10303一號(hào)聯(lián)絡(luò)巷，由于該聯(lián)絡(luò)巷為外錯(cuò)巷道，當(dāng)回采10303綜放面時(shí)可復(fù)用，因此在10303一號(hào)聯(lián)絡(luò)巷距10304運(yùn)順門(mén)口位置施工0.8m砂袋隔離墻1道，緊貼砂袋隔離墻施工木垛1道，加強(qiáng)支護(hù)，在木垛兩側(cè)各施工板閉1道，中間充填賽福特固化堵漏，并在10303一號(hào)聯(lián)絡(luò)巷距五采一軌門(mén)口位置磚閉墻1道。

工作面通過(guò)10303一號(hào)聯(lián)絡(luò)巷時(shí)，需要充填木垛，封堵漏風(fēng)，封堵完成后的一段時(shí)間里，10303一號(hào)聯(lián)絡(luò)巷為盲巷無(wú)風(fēng)狀態(tài)，因此需提前在五采一軌安設(shè)風(fēng)機(jī)，確保10303一號(hào)聯(lián)絡(luò)巷的局部通風(fēng)。

6 結(jié)語(yǔ)

10304工作面屬于三下開(kāi)采，有其工程地質(zhì)特殊性，采取了分層無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)。根據(jù)10304工作面開(kāi)采的實(shí)際，采用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和理論研究相結(jié)合方式，針對(duì)10304工作面分層開(kāi)采、傾角大，俯斜開(kāi)采給煤層自燃帶來(lái)的問(wèn)題。對(duì)不同地點(diǎn)，建立以采空區(qū)堵漏、惰化、阻化相結(jié)合采空區(qū)自然火災(zāi)預(yù)防技術(shù)體系。掌握工作面自然發(fā)火特點(diǎn)及其規(guī)律，研究工作面回采期間的綜合防滅火方案。為了有效的控制煤自燃，需建立適合分層開(kāi)采的綜合防滅火技術(shù)體系，加強(qiáng)工作面及鄰近采空區(qū)的氣體監(jiān)測(cè)，及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)相鄰采空區(qū)煤層自燃的征兆。在整個(gè)工作面開(kāi)采過(guò)程中非常順利，沒(méi)有發(fā)生異常情況。

〔1〕盧國(guó)斌，耿 銘 .采空區(qū)煤自燃機(jī)理及其防治技術(shù)研究現(xiàn)狀，2009，9.

〔2〕胡社榮，蔣大成 .煤層自燃災(zāi)害研究現(xiàn)狀與防治對(duì)策 .中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2000，4.

〔3〕中國(guó)礦業(yè)編輯部 .煤炭自燃年損失200億元 .中國(guó)礦業(yè)，1999，1.

〔4〕王海暉 .中國(guó)礦井火災(zāi)安全與煤自燃現(xiàn)象研究〔J〕.科學(xué)促進(jìn)發(fā)展，2009，12：22－23.

〔5〕王志揚(yáng)，張振鵬 .厚煤層無(wú)煤柱分層開(kāi)采防滅火技術(shù)探討.煤礦現(xiàn)代化（增刊），2009，5：16－17.