综采放顶煤工作面防灭火关键参数的考察与运用

摘要：新集矿区自然发火灾害严重，新集一矿三采区13-1煤层首采被保护层131303工作面采用放顶煤开采，为保证首采面安全、高效回采，矿井对该面自然发火防治指标气体、发火周期、自燃“三带”进行了考察；采取针对性综合防灭火措施，保证了工作面安全生产。

关键词：综采；被保护层；放顶煤工作面；防灭火关键参数；煤矿开采 文献标识码：A

中图分类号：TD752 文章編号：1009-2374（2017）10-0224-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.112

新集一矿主采13煤层具有自燃倾向性，为自燃煤层，自燃发火期一般为3～6个月，最短自然发火周期36天。13煤同时为突出煤层，三采区13-1煤层首采被保护层131303工作面效果检验为无突出危险区，由于该工作面13-1煤层为厚煤层（平均煤厚7.26m），采用综采放顶煤开采工艺；为确保被保护层131303首采面安全、高效回采，矿井对该面防灭火关键参数（指标气体、发火周期、自燃“三带”）进行了考察，以提升矿井技术与管理水平，为矿井类似条件布置开采防灭火提供技术参考。

1 煤层自燃发火关键参数的测定

1.1 煤体氧化早期指标气体的测定

煤样现场采取，经密封储存送至实验室，根据煤升温氧化气体产物的生成规律，确定防火预测预报标志气体早期（低温氧化阶段）为一氧化碳（CO），中后期（加速氧化阶段温度超过200℃）伴随乙烯（C2H4）气体产生。

1.2 煤层最短自然发火期实验

煤样采用升温氧化实验方法，建立绝热条件下的热平衡方程，计算不同温度时煤氧作用的放热速率，解算得新集一矿13-1煤层，131303风巷煤样实验最短自然发火期为54天。

1.3 采空区自燃“三带”测定

1.3.1 采空区“三带”的划分依据。目前采空区“三带”总的来说有两种划分方法：根据采空区漏风流速划分，根据氧气浓度划分。本项目采用按氧气浓度划分一般为：不燃带的氧气浓度大于15%～18%，自燃带的氧气浓度8%～15%，窒息带的氧气浓度小于8%。

1.3.2 测定方案。工作面自燃“三带”现场实测方案科学的沿131303工作面进、回风巷布点测定，工作面回采100m后平稳推进，在进、回风巷内沿巷帮底部埋设若干根束管，束管安设测样头，沿工作面回采走向采样控制距离可达200m，束管及测样头进行保护。测样头进入采空区后使用束管监测系统抽气采样，进行色谱实验分析采空区气体成份变化，主要分析一氧化碳（CO）、氧气（O2）及烯烃类气体（CmHn）。

1.3.3 测定情况。

第一，考察方法。在新集一矿131303工作面正常回采通风的条件下，进行采空区气体成份规律、煤炭氧化自燃“三带”及煤炭氧化自然规律考查。

第二，实际考察气体参数变化情况。本文仅取1#测点O2、CO为代表对131303综放面采空区煤炭自燃氧化“三带”实测数据进行举例分析。

第三，根据131303工作面采空区氧气、一氧化碳等气体浓度变化的实测，又进行了采空区数学物理模型分析模拟，对数据进行处理，131303工作面采空区“三带”的范围确定为：不燃带<3.5～29m；自燃带29～73m；窒息带>73m。

2 131303工作面主要防灭火措施的采取

通过上述131303工作面采空区防火关键参数的测定，矿井对该面防火措施进行了调整：（1）工作面正常回采期间月推进度不少于80m，确保工作面采空区氧化带滞留时间低于该煤层最短自然发火周期；（2）矿井原束管监控系统受束管抽气距离限制，采空区气体抽采的地面化验分析、数据准确性差，升级改造为束管抽气在井下工作面附近进行气体参数分析、数据上传地面，确保防火数据可靠；（3）每天工作面采空区人工现场检查，并取样色谱分析，与束管监测数据比对；（4）工作面采空区防灭火灌浆系统、注氮系统在工作面正常推进时，分周期使用注入采空区三相泡沫及氮气；（5）工作面控制采空区瓦斯抽采混合量，正常回采时一般低于100m3/min，工作面停采及时停止抽采或少量抽采；（6）工作面过断层提前考虑减少采空区留有顶煤、防止采空区垮塌浮煤堆积；上下隅角提前分段施工挡墙，并使采空区下隅角易形成灌注的三相泡沫堆积带，充分减少采空区漏风；（7）矿井停产计划检修充分考虑工作面位置及采空区防火气体观测情况，停采期间减少配风，同时上、下隅角挡墙及一定范围喷注高分子材料，增加采空区密封性、减少采空区漏风；（8）工作面收作期间在风巷施工顶板灌浆钻孔，覆盖工作面停采期间煤体氧化带。

3 矿井同类工作面的布置防火措施的完善

（1）结合目前公司综采放顶煤设备，13-1放顶煤工作面布置一般不超过180m，保证工作面正常推进度；（2）工作面机、风巷拨门时即沿顶施工，沿煤层顶板施工段进入停采线以里（回采范围）30m，收作前工作面逐步抬高沿煤层顶板施工，减少停采收作时氧化带采空区浮煤堆积；（3）工作面收作线严禁布置在断层、构造带，防止过断层及收作时间过长形成自然发火隐患。

4 结语

通过工作面自然发火关键参数考察，指导工作面综合防灭火措施落实，并在工作面开采防火重点时期采取有效手段，消除了矿井13-1厚煤层开采期间采空区遗煤氧化发火的难题。矿井防灭火措施完善后，原来经常在工作面收作、过断层期间出现发火隐患，目前综采放顶煤工作面回撤到封闭前采空区一氧化碳控制在100ppm以下，从而保证了矿区安全生产。

作者简介：许令要（1974-），男，安徽淮南人，中煤新集能源股份有限公司通防地测部主管，工程师。

（责任编辑：秦逊玉）