特厚煤层综放工作面综合防灭火技术实践

张 宇

（中国大唐集团能源投资有限责任公司，北京 100000）

1 工程概况

龙王沟煤矿61605工作面南接西翼开拓大巷，北至井田边界，东侧61603工作面和61607工作面均未采动。61605工作面采面长255 m，推进长度1156 m，开采6号煤层，倾角0°～5.5°，煤厚24.6 m，平均埋深389 m，综放开采，采高5.1 m，放煤高度19.5 m，采放比1:3.8。6号煤层煤尘具有爆炸性，属于Ⅱ类自燃煤层，煤的自然发火期为53 d，通过黄泥灌浆、注氮、隅角漏风封堵和采空区永久密闭相结合的综合防灭火技术进行治理[1-4]。

2 监测预测

2.1 工作面监测

（1）人工监测

对工作面回风隅角支架后部采空区、间隔10架支架后部采空区和上、下巷迎头等重点区域，每班由专人进行监测，并建立监测数据库，对监测数据进行分析，出现异常波动时需及时反馈，主要有CO、O2、CO2、CH4和温度等指标。

（2）在线监测

在工作面内布置KJ95X系统，对CO、温度、烟雾进行实时在线监测。具体为：① 在工作面、回风隅角、回风巷三个地点各布置一台CO传感器，实时监测CO含量；② 工作面内布置1台温度传感器，监测采面温度；③ 在皮带输送机下风侧布置一台烟雾传感器。

2.2 束管监测系统

束管监测系统[1-2]：（1）在61605工作面回风隅角端头支架后侧、挡风障前，距底板1.8 m处布置一趟单芯束管。该束管与支架固定，可随支架移动。（2）在工作面回风顺槽布置一趟三芯束管，束管安装保护套，分设三个监测点，间距40 m。随着工作面的回采，3个束管依次进入采空区。1#监测点的氧气降至5%时，断开该测点，在距离3#三通探头40 m处重新布置采样探头，并以此方式进行循环，直至整个工作面回采结束。

2.3 光纤测温和视频监控

在工作面主运顺槽安设光纤测温装置，随工作面推进埋入采空区，对采空区温度进行监测。通过高清视频监控系统，对工作面内烟雾、粉尘及气体传感器报警情况进行监控，做到气体数据和视频数据的实时掌握。

3 综合防灭火技术

3.1 黄泥灌浆

（1）灌浆工艺

在地面建立黄泥注浆站，完成浆液制备，之后通过管路泵送至井下，在工作面采空区埋管灌浆，随工作面推进逐步对采空区灌浆充填空隙。黄泥灌浆管路采用Ф114 mm×7 mm的无缝钢管敷设至61605主运顺槽超前位置后，利用软管与Ф108 mm内丝套管相连，将Ф108 mm内丝套管埋入采空区5～15 m，注浆步距为50 m。

（2）灌浆量及设备

61605工作面日产量为3.35万t，黄泥浆水灰比取4:1，浆液覆盖厚度0.2 m，按照1.0的防灭火效率因子计算，日灌浆930 m3，每日灌浆10 h，每小时93 m3。

3.2 采空区注氮

（1）注氮方式及管路铺设

采用埋管注氮方式，24 h施工。注氮管路为直径100 mm钢管，由辅运顺槽铺设至工作面，再利用配套软管与Ф108 mm内丝套管相连，并将内丝套管从工作面切眼向外25 m埋入，内丝套管用快速接头连接，氮气释放口采用花管连接，花管侧壁均有小孔，与底板成90°放置。工作面回采50 m时启动注氮，当工作面推采至75 m时，铺设2#Ф108 mm内丝套管，末端均采用花管连接，并与1#内丝套管保持平行；当工作面推采至100 m时，1#套管停止注氮，之后在2#内丝管口连接软管进行注氮。每隔50 m为一个注氮间隔，关闭前一个注氮口并开启下一个注氮口，交替换管注氮，直至工作面采完。注氮管路布置图如图1。

图1 注氮管路布置图

（2）注氮量及设备

按照采空区氧化带漏风量取15 m3/min，氧化带平均氧浓度12%，采空区惰化防火指标取7%，氮气浓度97%，考虑1.5备用系数。经计算61605综放工作面防火注氮流量为1 687.5 m3/h。工作面配套选用5套DT-1200型制氮装置，两用三备。

3.3 工作面上下隅角防漏风措施

（1）开切眼两端头封堵

61605工作面初采期间推采过程中不放顶煤，且开切眼处的顶煤很难垮落，易形成贯通工作面全长的风流通道。为防止煤自燃，在工作面上、下端头架后开切眼中各打设一堵砌块墙或囊袋进行封堵。

（2）上、下隅角封堵

上下隅角顶板垮落不充分，易造成顶板悬顶，形成漏风通道，需对其封堵。进风隅角采用加气混凝土砌块墙与囊袋结合的方式构筑挡风墙，并在墙体表面固定一层风筒布。砌墙间距为4～6 m，无法砌墙时，采用囊袋构筑挡风墙，囊袋规格为4 m×4 m×1 m。回风隅角采用囊袋与充填材料构筑挡风墙，挡风墙间隔为10 m，每隔3 m悬挂挡风帘。

3.4 采空区永久防火密闭措施

61605工作面回采结束后，必须在45 d内构筑墙体进行永久性封闭。墙体构筑完成后，采用高压注浆泵注黄泥浆，将密闭周围所有裂隙全部封堵，确保密不漏风。密闭墙预留观测孔、措施孔、束管孔、U型压差计孔、反水管、注黄泥浆孔。观测口选用Ф50 mm钢管，布置在密闭墙中部距底板高的2/3处，并安装2个Ф25 mm球阀；放水管选用直径108 mm钢管，布置在密闭后下方距底板300 mm处，并安装Ф108 mm闸阀及1个反水U型管，接头为法兰连接；措施管选用Ф108 mm钢管，布置在密闭左上方，距巷道顶板不小于100 mm处，并安装Ф108mm闸阀，接头采用法兰连接。束管保护套管选用Ф50 mm钢管，布置在密闭下方距底板1000 mm处。保护套管经密闭外墙、充填层、里墙、敷设至停采线处，束管探头经束管三通安装距停采线5 m范围内，束管经保护套管与矿井KQF-8矿用多组分气体分析监测系统（井下微色谱束管监测系统）联网运行，定期抽样分析密闭墙内气体变化情况。束管保护套管管口处用黄泥封堵严实。

4 效果分析

61605工作面于2020年12月回采完毕，并于2021年1月完成采空区封闭。通过采用以上综合防灭火技术[3-4]，工作面在回采过程中及回采结束后，均未出现采空区浮煤自然发火现象，工作面回风隅角和面内CO浓度较为稳定，出现10次CO报警现象，最大值98 ppm，最长持续时间530 s。

5 结语

预防为主、防控结合是回采工作面采空区自然发火的治理方法，在采空区综合监测预测的基础上，通过黄泥灌浆、采空区注氮、隅角漏风封堵及采空区永久密闭的方法，可以有效防止工作面采空区发火。