采煤工作面回撤期间防瓦斯防火技术研究

闫林秀

（山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有限公司，山西 晋中 032612）

引言

左权宏远煤业有限公司（以下简称宏远煤业）位于左权县城北约20km寒王乡平王村，现批准开采15号煤层，生产能力为120万t／年，井田面积为9.34km2，目前已建成投产。设计开采的15号煤层自然倾向性鉴定为不易自燃煤层。但由于其上部的14号煤层平均厚度为0.65m，与15号煤层层间距较小，且为自燃煤层，在15号煤层采用综采放顶煤开采过程中14号煤极易随顶板冒落到采空区上部形成遗煤自燃。与宏远煤业相邻的石港矿、佳新矿采用综采放顶煤开采后回撤期间均有不同程度的煤层自燃隐患。因此，根据煤层赋存状况开展工作面回撤期间的“一通三防”综合防治技术研究，科学合理地制定有效的防灭火措施，对保证矿井安全生产、避免资源损失及矿井的可持续发展具有重大意义。

1 技术方案

1）利用尾巷排放瓦斯。

合理控制回风巷和尾巷内通过的风量，使采空区涌出的瓦斯绝大部分由尾巷排出，大大提高了工作面通风排放瓦斯能力，有效防止采空区自然发火。

2）工作面架后铺设风筒布减少采空区漏风。

工作面回采结束后，在扩循环期间铺设顶网，同时在顶网上铺设一层（或两层）风筒布，扩机道结束后，将工作面上下隅角沿切顶线用瑞米1号快速密闭材料进行封堵。在撤架空间与采空区形成一道隔离墙，隔绝或减少向采空区漏风，人为强制减小氧化带范围将其变成窒息带，是最有效最实用的防灭火措施［1］。

3）注氮气、合理控制瓦斯抽放量。

采空区高位瓦斯抽放是解决综放面瓦斯问题行之有效的措施之一。合理利用顶板高抽巷治理工作面瓦斯，有效控制抽放负压和抽放流量，防止因采空区瓦斯抽放而导致煤炭自燃，同时利用瓦斯防火，推行瓦斯就是最好的防火材料的理念。工作面收尾拆除期间继续向采空区氧化带压注氮气，减小氧化带范围，同时，在保证工作面风流、架间局部及回风流瓦斯不超限的前提下，合理控制高抽巷瓦斯抽采量，因宏远煤业主要为上邻近层自燃高位火，利用甲烷密度小于氧气的原理，利用采空区涌出的高浓度瓦斯，挤走采空区氧气，从而减少采空区漏风量、缩短氧化带［2］。

4）回撤期间选用正压通风。

末采期间合理控制工作面风量，对工作面调风三次。设备列车和运输顺槽设备回撤结束后，及时封闭150101运输顺槽。工作面撤架期间改变原全负压通风方法为局扇风筒正压通风。通过正压通风减小氧化带范围，同时随着支架回撤，逐步减少供风距离，已回撤区域形成氮气甲烷窒息带，有效防止自然发火［3］。

5）现场试验实施过程。

2012年9月15 日末采阶段由宏远煤业与施工方共同探讨，立项将150101工作面回撤期间的瓦斯治理与防灭火管理作为一项重要的科学调研项目，并进行了工作面回撤期间的瓦斯治理与防灭火管理方案设计。设计中确立回撤期间的通风系统及防灭火管理、瓦斯管理等。具体工作面实施情况如下：

150101 工作面于2012年3月份开始回采，于2012年10月8日终采回撤。扩机道期间，采用顶网上部铺设风筒布隔离，工作面上下隅角采用瑞米1号快速密闭材料进行封堵。

回撤期间采用正压通风的方式对综采工作面供风，10月15日将150101运输顺槽封闭，在150101回风顺槽巷道口安装型号为FBDNo7.1的局部通风机两台，功率为30kW×2，两台局部通风机要连接双电源，并与工作面电气设备实现风电闭锁。根据需风量计算中，综采面回撤期间需风量最大值是500m3／min，满足风速验算。选用FBDNo7.1功率为30kW×2的局部通风机供风量为460～660m3／min可满足工作面回撤期间生产需求，如图1所示。

图1 150101工作面回撤期间的通风系统示意图

在拆架处、拆架巷距回风口10～15m处、内错排瓦斯巷分别安设一组CH4、CO、温度监测探头；拆架处甲烷传感器报警、断电值瓦斯体积分数分别为0.8%、1.2%，复电值＜0.8%；回风口甲烷传感器报警、断电值均为0.8%，复电值＜0.8%。一氧化碳体积分数探头报警均为24×10－6，温度探头报警值为26℃。工作面甲烷传感器必须实现瓦斯电闭锁。

工作面回撤期间采用连续注氮的方法对采空区注氮，缩小“三带”范围，注氮量不得小于1 200m3／min。

回撤期间CH4和CO均得到有效控制。10月25日工作面上隅角瓦斯增大，为了防止瓦斯积聚，宏远煤业采取了在工作面上隅角安装风障引导风流吹散上隅角瓦斯的方法，取得了良好的效果。

11月3日150101 工作面采空区、抽放巷、上隅角CO增加，将抽采低负压系统关闭、封闭内错排瓦斯巷，加大采空区注氮量的方法，降低采空区漏风量有效地控制了采空区氧化自燃速度，控制了CO浓度增长，如图2所示。

图2 拆架期间工作面CO曲线变化图

11月12日150101 工作面支架顺利回撤，工作面正式开始封闭。11月17日工作面封闭完成。

2 技术共性和创新点

1）工作面架后采用风筒布隔开，上下隅角喷射瑞米1号高分子材料封堵。

在扩循环期间铺设顶网同时在顶网上部铺设一层（或两层）风筒布，扩机道结束后，将工作面上下隅角沿切顶线用瑞米1号快速密闭材料进行封堵。在撤架空间与采空区形成一道隔离墙，隔绝或减少向采空区漏风，从而改变了采空区氧化带的范围和供氧条件，使氧化带提前进入窒息带。人为强制减小氧化带范围将其变成窒息带是最有效最实用的防灭火措施。

2）合理选择通风方法，控制抽放量，利用CH4防火。

回撤期间根据工作面瓦斯涌出量合理配风，取消全风压通风方式，采用正压通风。可以有效抑制采空区有毒有害气体涌出量，减少采空区漏风，采空区及已回撤区域形成氮气甲烷窒息带，有效防止自然发火。

3 性能指标与同类技术的比较

综采放顶煤是综合机械化生产采煤工艺的一次改革。由于在缓倾斜厚煤层中基本上是一次采全厚，极大地简化了采区生产准备、减少了分层开采工艺过程，明显地具有高产、高效、投入少、效益好的优越性；但也极大地增加了防治瓦斯与防灭火管理的技术难度，很难用单项技术达到目的并取得良好效果，宏远煤业将抽采及内错尾巷、通风方式等技术结合保证了工作面的安全回撤。

4 应用条件的推广前景

随着矿井开采深度增加，我国目前高瓦斯易自燃矿井数量也逐渐增加，部分矿井在回撤期间均发生过自然发火事故封闭工作面，造成巨大经济损失，直接威胁员工生命安全，此应用推广可防止自然发火及瓦斯事故的发生，确保高瓦斯易自燃综放面安全顺利回撤、封闭结束，市场推广应用前景广阔。

5 社会经济效益

5.1 提供经验

宏远煤业矿井周边大多为高瓦斯易自燃矿井，大多在回撤期间发生过自然发火事故而封闭工作面。目前国内外相关技术研究较少。此次研究应用为今后生产提供了宝贵的经验，积累了较多的数据可供参考。

5.2 保证安全生产

矿井积极探索新技术，保证了矿井的安全生产，实现了该150101工作面安全顺利回撤。

5.3 创造巨大经济效益

此项目的研究保证了工作面的安全回撤，为今后的安全生产积攒经验。宏远煤业临近矿井清河店煤矿在2011年发生煤炭自然发火，导致矿井封闭10个月，造成巨大经济损失。直接经济损失3 000万元人民币，间接经济损失2.6亿元人民币。石港公司两次封闭采煤工作面，封闭期间发生多次爆炸，均造成巨大的经济损失。

间接经济效益分析：项目实施以后有效避免了采空区自然发火，间接减少资产损失、防灭火费用，保证了工作面安全回撤。

［1］ 祝经康.综采放顶煤工作面自然火灾防治技术［J］.淮南职业技术学院学报，2002（1）：28.

［2］ 马魁，王德民，毕强，等.高瓦斯易自燃综放面自燃危害的综合防治［J］.工矿自动化，2008（2）：44.

［3］ 裴印昌，杨俊民，王军，等.焦化煤体综采工作面自燃危害的综合防治［J］.煤炭技术，2007（6）：81.