雁南矿某综放工作面综合防灭火技术及实践

宋佰超 朱景岩

（1.呼伦贝尔学院矿业学院 内蒙古 海拉尔 021008 2.内蒙古第六地质矿产勘查开发院 内蒙古 海拉尔 021008）

在我国煤矿矿井火灾中，自燃火灾约占70%[1]，井下煤炭自燃产生的有毒有害气体严重地威胁着煤矿职工的生命安全。由于煤炭自燃，造成煤矿开采部署的破坏，大量煤炭资源和井下材料、设备的浪费，甚至导致矿井的提前报废，引发大批的煤矿工人失业等一系列的社会问题[2]。“预防为主”是我们在开采中与灾害作斗争的指导方针，也是防治煤炭自燃火灾必须遵守的原则。

1.防灭火措施的选择

预防性灌浆、均压防火、阻化剂防火、凝胶防灭火等都是预防自燃火灾的常用措施。雁南矿位于内蒙古自治区呼伦贝尔市境内，煤种为褐煤，本矿煤层易自燃，其自然发火期为 3-6个月。北二采区位于雁南矿井田内，其东翼27#层二区段综放工作面，至2014年底已安装完毕进入试生产阶段，为了防止工作面在回采过程中出现因煤炭自燃发火而造成事故，根据现场实际情况及其它矿井经验，制定并实施以下措施。

1.1 预埋管注浆

随着采煤工作面的推进同时向采空区灌浆，其作用一是防止遗煤自燃，二是胶结冒落的矸石，形成再生的顶板，为下分层开采创造条件。对于开采自燃发火期短的厚煤层这是一项必须采取的防火措施，其灌浆方法根据采区巷道布置方式、顶板冒落情况不同采取不同的方式。如埋管灌浆、插管灌浆、工作面洒浆、钻孔灌浆等。根据资料及其它煤矿的经验来看，预埋管注浆防灭火措施的效果是非常显著的[3]。首先注入采空区的泥（灰）浆将采空区内的浮煤进行包裹和覆盖，减少了煤与氧气的接触，减缓煤炭的氧化速度；其次，浆液中含有大量的水，注入后能吸收并带走煤的氧化热，破坏其蓄热环境和条件，使煤炭温度不能持续升高而燃烧；第三，注入采空区的泥（灰）浆会在采空区内形成一条20—30m的泥浆带，可减小采空区的漏风量。

1.1.1 管路系统

当工作面推进时，于放顶之前，沿着回风巷在采空区预先铺好灌浆管，放顶之后再开始灌浆。灌浆管埋入冒落区10～15m，拼筑临时木垛，采取保护措施以防冒落矸石砸坏，随着工作面的推进用回柱绞车向外牵引预埋灌浆管。本文选择的灌浆管路如下：（1）由北二注浆孔 →回风下山→回风顺槽 →采空区（2）由北二注浆孔→回风下山→运输顺槽→采空区。

1.1.2 注浆步距

注浆按照与回采的关系大体可分为采前注浆、随采随注和采后封闭注浆三种类型。随采随注则是随着采煤工作面推进的同时向有发火危险的采空区进行注浆，这是注浆采用的主要方法，也是本文所选择的方法。注浆步距如下：

（1）初次注浆：工作面开始回采，就进行注浆。

（2）正常注浆：工作面正常回采后，每隔20—30m向采空区注一次浆。

（3）末采注浆：当工作面进入末采后，要每隔20m向采空区注一次浆。当工作面距停采线10m时再埋一趟管路，以保证工作面回撤期间的安全。

（4）特殊时期注浆：工作面如果遇到停产放假时，要随时对工作面进行注浆。

1.1.3 注浆材料选择

浆材的选取必须满足下列基本要求：（1）不含或少含可燃和自燃物质；（2）不含催化物质；（3）粒度一般不大于 2mm，细小颗粒占大部分；（4）相对密度一般要求2.5～2.6，塑性指数9～14，胶体混合物 25%～30%（5）易于脱水又具有一定稳定性。除了满足上述基本要求以外，还要求其来源丰富，运输和加工成本低廉，尽量不占或少占耕地和良田。

鉴于以上基本要求，注浆材料的种类通常包括黄土、页岩、矿井矸石、粉煤灰、尾矿等。大雁矿区内其它矿井传统注浆方法均选用黄土作为注浆材料，该方法虽简单适用，但却破坏了自然环境，造成水土流失。粉煤灰做为一种新型环保注浆材料，不仅不破坏自然环境，而且材料来源广，成本低，借鉴我国南方矿井成功经验，结合矿井实际，采用粉煤灰作为雁南矿井下充填材料为好。

1.1.4 注浆材料来源、水土比及注浆量

预防性灌浆量主要取决于灌浆形式，灌浆区的容积，采煤方法等因素，此矿井注浆材料来源自雁南热电厂，用水枪取灰，制成灰浆，送入井下，灰水比采用（1∶3—1∶5 ），一次注浆量

式中：Q灰——注浆用灰量 m3

K——注浆系数，即浆泥的固定材料体积与需要灌浆的采空区容积之比。在K值中考虑了冒落岩石的松散系数，泥浆收缩系数和炮浆系数等综合因素影响。它只能根据现场情况来确定，如淮南取0.03～0.04，开滦取0.05。本文取0.03

M——工作面采高， m

L——注浆区走向长度，m

H—注浆区倾斜长度，m

C——回采率, %

式中：Q水——注浆用水量,m3

S——灰水比（1：4）

K——冲洗管路用水量的备用系数,一般取1.10～1.25（本例中取1.25）

Q水=828.63×4×1.25=4143.15 m3

一次注浆量为Q灰+Q水=4971.78 m3

1.2 加强检测

煤矿注浆防灭火技术规范中规定，具有自然发火危险程度的矿井均应建立完善的火灾束管监测系统或地面气体分析实验室，气体分析成分主要有氧气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等。采集气体的地点为：回采工作面的回风巷、上隅角，采空区氧化带回风侧；通向火区的密闭墙内侧或钻孔内；其他需要的地点。

为防止工作面上隅角CO超限现象发生，通风队配备专职瓦斯检查员和检测仪器，现场跟班作业，每隔2小时对工作面进行一次有害气体检测，数据及时反馈到队里及矿里。另外利用KJF--2000矿井安全监控系统对工作面进行重点监控，实时掌握工作面有害气体情况，以便采取相应措施。在通风处引进气体分析仪器后，每周对工作面上隅角进行一次气体采样，进行气体分析，建立记录，有异常及时采取措施处理，把自然发火隐患消灭在萌芽之中。

1.3 工作面合理配风

工作面风量过大，会造成采空区漏风增加，加快采空区浮煤自燃，风量过小，工作面涌出的各种有害气体将无法排出。根据 27#层工作面需风量计算情况，27#层工作面初采阶段配备风量875m3／min左右，以后随着工作面回采再进行调整。测风员要定期对工作面风量进行测定，发现有变化时，要立即查明原因进行调整，保证工作面风量时刻处于合理稳定状态。

1.4 保证工作面推进度

在工作面采空区距支架 5—20m左右的空间内为散热带，一般不发生自燃。散热带向采空区内部延伸约25～60m，漏风小，蓄热条件好，浮煤自燃的危险性大，称为自燃带[4]。为此必须将此空间的浮煤迅速延伸到距工作面60m以外的采空区深部，靠老顶跨落的作用，将此段浮煤压实、压密，杜绝浮煤由低温氧化阶段向自燃阶段发展。资料表明，工作面每月推进大于25—30m就能有效控制采空区煤炭自燃。为此采煤队每月推进度必须保证在30m以上。

1.5 报废巷道封闭

《煤矿安全规程》第一百五十四条规定：采空区必须及时封闭。随采煤工作面的推进逐个封闭通至采空区的连通巷道。采区开采结束后45天内，必须在所有与已采区相连通的巷道中设置密闭墙，全部封闭采区[5]。并设置观测孔和注浆孔，随时观测封闭区内气体浓度。其原理是较长时间的阻断风流，使采空区缺氧，无法形成自燃条件。观测孔和注浆孔平时也要用木塞或闸门堵塞，以防止漏风。

1.6 其他措施

（1）加强工作面电风焊管理，必须严格按照矿发“关于井下电风焊管理”的文件要求审批，进行电风焊；

（2）加强工作面浮煤清理工作，减少向采空区丢浮煤；

（3）采煤队要保护好工作面内的监测探头及线路；加强职工关于“一通三防”知识培训，增强其自主保安意识；

（4）及时维修各种检测仪器，使仪器始终处于完好状态，发挥其作用。

2. 结论

以上措施应用于生产中，并通过现场应用反馈，取得了较好的效果，有效地防止了采空区煤炭自燃的发生，为安全生产提供了保障，为其它同类工作面煤炭自燃的防治提供了宝贵经验。