综放面开切眼综合防灭火技术实践*

唐韩英

(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室;2.中煤科工集团重庆研究院有限公司)



综放面开切眼综合防灭火技术实践*

唐韩英1,2

(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室;2.中煤科工集团重庆研究院有限公司)

摘要简要介绍了白土窑煤矿1101综放工作面开切眼的基本情况，针对开切眼煤自然发火情况，制定了以灌注凝胶为主、喷浆为辅的综合防灭火技术措施，并对治理效果进行了评价分析。结果表明，采用综合防灭火技术措施处理后，气体浓度和温度显著降低，有效防止了开切眼煤自燃，为类似条件的开切眼煤自燃防治提供了参考。

关键词综放开切眼综合防灭火技术

综采放顶煤开采技术因其高产、高效、掘进率低、生产成本低、经济效益高的特点，在厚煤层及特厚煤层开采中应用较为普遍。然而，综放工作面开切眼断面较大，支架等设备安全时间较长，顶煤较厚，掘进和支护过程中顶煤破碎较为严重，煤自燃的危险性也明显增加。为保证综放工作面的安全生产，确保井下作业人员和设备的安全，白土窑煤矿开展针对综放面开切眼期间的综合防灭火技术研究很有必要。

1　开切眼基本情况

白土窑煤矿1101工作面为综放工作面，开切眼采用爆破落煤方式，掘进导硐、锚网索支护。掘进期间巷道周围应力重新分布，多次出现煤炮现象；切眼扩刷期间，再次造成应力重新分布，加剧了对巷道围岩完整性的破坏[1-2]。液压支架安装期间，工作面安装到切眼上端头53#～54#支架上部时，由于拆除原支护单体，造成上方冒落，现场排查发现，综放支架上部多处发生冒顶：①下隅角附近冒落空洞长约12 m，且发生离层；②37#～38#支架上部发生冒落；③50#支架至回风隅角位置冒落，形成较大空洞。使用手持式测温枪测量50#～54#支架顶部煤体表面温度为27.6 ℃，CO浓度100×10-6以上。

2　综合防灭火技术措施

综合分析后认为，气体和温度异常主要是由于：B1煤层为易自燃煤层，最短自然发火期仅为31 d，且开切眼断面大，受矿压影响易压裂破碎，存在漏风供氧；综采设备安装时，供风量小，风流温度较高；安装时间较长，开切眼的松散煤体氧化升温时间长，有充分的蓄热条件，煤体温度较高，因而切眼附近采空区易发生自燃火灾。针对1101工作面开切眼的实际情况，利用矿井现有防灭火系统及设备，采用以灌注凝胶为主、喷浆为辅的综合防灭火技术措施[3]。

2.1加强监测

利用矿井现有的监测监控系统，通过施工钻孔或预埋保护钢管，并铺设取气束管及测温元件，对支架上部顶煤及采空区气温、气体组分和浓度进行监测并记录。

2.2灌注凝胶

开切眼掘进和安装支架期间，受地应力和机械振动的综合影响，顶煤破碎较为严重，裂隙较为发育，采用灌注凝胶工艺，对破碎煤体进行覆盖并充填裂隙，减少向破碎煤体漏风，隔绝煤与氧气接触，预防顶煤氧化自燃[4]。

2.2.1钻孔施工

设计施工钻孔，终孔位置距煤层顶板约1 m，53#支架冒落处，孔间距、钻孔角度、具体位置和数量视现场情况而定。1#～52#架每隔5个支架打一组眼，斜长8 m以上，与水平面成30°～65°夹角，共计施工钻孔38个，钻孔总进尺约173 m。钻孔参数见表1。

2.2.2灌注凝胶工艺

钻孔施工后下套管，利用注胶设备，向支架上部区域灌注凝胶，注胶工艺见图1。

由于顶煤破碎较为严重，为保证注胶效果，防止凝胶大量流失，采用“少量多次”、“边施工钻孔边注胶”的原则，先后5次注凝胶，共计灌注凝胶21.25 t[5]。

表1　钻孔参数

图1　注胶工艺示意

2.3喷浆

根据开切眼现场情况，将喷浆处理区域划分为两部分。

(1)支架间及支架后部。为防止凝胶通过裂隙从支架顶部泄漏，先喷浆、再注胶施工，之后再喷浆处理，经现场勘察检验，喷浆处理区域漏胶很少，喷浆效果较好。

(2)高冒区及巷道。由于浮煤已基本冒落，高冒区钻孔施工及注胶难度较高，因此，采用喷浆处理。同时，对距离开切眼50m范围内的进、回风巷段进行喷浆处理，处理区域包括巷道两帮及巷顶，防止巷道内松散煤体自燃。

2.4效果分析

对开切眼区域监测，监测频率为3班/d、3次/班，并做好记录，整理、分析监测数据，结果如表2所示。

表2　气体含量及温度监测数据

从表2可以看出，煤体表面最高温度为28 ℃，正常煤壁温度为8～9 ℃。采取措施处理后，监测区域内未检测到CO和CH4，煤体温度逐渐下降至正常温度并基本稳定，说明采用综合防灭火技术措施治理开切眼煤自燃效果显著。

采取措施后，煤体温度总体呈下降趋势，并基本稳定在10 ℃以下，综合防灭火措施效果显著。

3　结　论

针对白土窑煤矿1101综放面开切眼自然发火的情况，采用灌注凝胶为主、喷浆为辅的综合防灭火技术措施治理后，未检测到CO和CH4，煤体表面温度逐渐下降，从最高28 ℃降至10 ℃以下并基本稳定，说明综合防灭火技术措施可有效防止开切眼煤自燃。

参考文献

[1]邓军,徐精彩,王洪权,等.新型复合胶体防灭火技术及应用[J].煤矿安全,2001(12):42-44.

[2]陈俊,吴康华,徐俊.急倾斜工作面综合防灭火技术研究与实践[J].矿业安全与环保,2013(4):98-101.

[3]徐精彩.煤自燃危险区域判定理论[M].北京：煤炭工业出版社,2001.

[4]韩云龙.厚煤层综采放顶煤工作面防灭火技术的探讨[J].矿业安全与环保,2002(4):33-34.

[5]高明中.急倾斜煤层开采岩移基本规律的模型试验[J].岩石力学与工程学报,2004(3):441-445.

(收稿日期2016-04-26)

*国家安全监管总局破解安全生产难题科技攻关项目(编号：2015PJNT01)；中国煤炭科工集团有限公司科技创新基金项目(编号：2013ZD002)。

唐韩英(1984—)，女，助理研究员，硕士，400037 重庆市沙坪坝区上桥三村55号。