易自燃煤层综放工作面综合安全保障技术研究

乔 伟

（汾西矿业集团公司安监局， 山西 介休 032000）

煤层自燃发火是制约矿井煤炭回采安全的不利因素，根据有关统计资料显示，我国现综放开采矿井中约有60%回采的煤层具有自燃发火倾向[1-2]。为此，对自燃煤层开展针对性安全防治具有重要意义。众多的研究学者对煤层自燃防治工作开展研究，其中张树立等提出注氮方式对综放开采工作面进行防灭火，并针对砚北煤矿综放工作面回采具体特点，指出采面煤层最易自燃点，从而为针对性注氮提供指导；胡献民等以常村矿回采的厚煤层为研究背景，对综掘巷道、采面回采、安装以及回撤期间防灭火技术进行归纳总结，从而为后续综放工作面防灭火技术开展提供指导[3-5]。文中就对现阶易燃煤层综放开采工作面防灭火技术进行归纳总结，并以山西某矿5306综放工作面回采为工程实例，对采面采用的综合安全保障技术进行探讨，以期能为其他矿井易燃煤层开采安全工作开展提供一定指导。

1 综放开采易自燃煤层安全保障技术概述

1.1 火区惰化技术

该技术是采用管道将高浓度惰性气体（如N2、CO2）等注入到火区内，通过降低火区内氧气浓度来达到自燃点窒息灭火目的。火区惰化技术主要与厚煤层分层开采或者一次采全高开采结合使用，但是使用该技术时会存在井下环境造成一定污染，因此需要根据井下生产情况进行综合评定后使用[6-7]。

如河南义马矿区千秋矿在回采易自燃厚煤层时，对自燃发火点先进行密闭处理后采用注氮方式将密闭区整体惰化，从而实现有效灭火。具体采取的注氮技术措施为：在密闭墙体内插入2 根钢管（Φ40mm）、深入到密闭墙体内4 000 mm 以上，注氮量控制在400～600 m3/h，现场取得较好的灭火效果。

1.2 降低漏风

在回采易自燃煤层时最为关键的防治措施即为封堵可能存在的漏风点[8-9]。井工开采矿井井下空间狭小，易燃煤层与氧气常时间接触后容易出现氧化自燃问题。因此，应采取适当的防漏风措施降低外界空气向采空区漏风量[10]。井下开采时最为常见的漏风点集中在采空区、联络巷、停采线、巷道高冒区以及溜煤眼等位置，近些年来各种封堵防漏风材料在应用逐渐普遍，具体各类材料适用范围见表1。

表1 封堵材料类型及适用范围

1.3 阻化技术

阻化剂本身不会与氧气出现氧化反应，通过采用阻化剂降低易自燃煤层表面煤体氧化活性，从而达到抑制煤层自燃目的。现阶段矿井常用的阻化剂类型包括有粉末、碱类、氯盐类以及铵盐类惰化剂。阻化剂具有制造简单、成本低以及喷洒便捷等优点，在国内自燃煤层开采中应用较为广泛。

1.4 综合防灭火技术

综合防灭火技术是针对矿井生产特点综合采用多种防灭火及，从而达到高效防灭火目的。现阶段矿井生产过程中主要以抑制煤层自燃为主，并逐渐形成自燃发火危险性预测、监测为主，防灭火治理为辅的综合防灭火体系。通过在自燃煤层回采时采取综合防灭火措施来达到抑制煤层自燃目的，从而降低煤层自燃给矿井煤炭回采带来的威胁及影响。

2 应用实例分析

2.1 工程概况

山西某矿5306 工作面回采的3 号煤层厚度为6.9 m，采用综放开采工艺，采放比为1:1.5。采面设计推进距离960 m、斜长180 m，开采范围内地质条件复杂，回采巷道掘进揭露以及物探探测显示，在回采范围内发育有多条落差介于1.5～3.3 m 断层，以正断层为主。3 号煤层为易自燃煤层，自燃发火期为29～56 d，煤尘具有爆炸危险性，煤层较为松软、硬度介于0.2～0.45。

在5306 综放工作面回采期间面临的主要主要问题为如何避免采空区遗煤自燃。为此，矿井提出采用综合安全保障技术确保采面生产安全，具体采取的技术措施包括有采空区注氮、注凝胶、注三相泡沫以及封堵漏风通道等。

2.2 综合安全保障技术应用

2.2.1 注浆

随着采面推进，在采空区内预先埋设2 条注浆管路（编号为a、b），并将注浆管路延伸至采面回风巷前段位置。在注浆时为了确保注浆效果以及注浆质量，可适当增加注浆浆液密度以及注浆量，具体注浆布置见图1 所示。

图1 注浆管路布置示意图

随着采面推进，当注浆管路a 埋入到采空区内15 m 时在开启A 阀门同时关闭B 阀门，通过a 管路向采空区注浆；当b 管路埋入到采空内15 m 时开启B 阀门并关闭A 阀门，通过管路b 向采空区注浆。通过管路a、b 循环从而达到不间断向采空区注浆，从而达到抑制采空区遗煤自燃目的。

2.2.2 注凝胶

采用气动泵将凝胶从回风巷（运输巷）运输至采面回风隅角（进风隅角）位置，从而起到封闭采空区目的。

2.2.3 注三相泡沫

将三相发泡剂、泥浆、氮气混合形成三相泡沫，并通过回风巷内预埋的注浆管路箱采空区内灌注。具体灌注的三相泡沫技术参数见表2 所示。

表2 三相泡沫技术参数

2.2.4 封堵漏风通道

用气动泵将树脂催化剂（4∶1） 通过钢管（Φ19.05 mm）注入到采面进风、回风隅角位置，并注入罗克休对漏风裂隙通道进行封堵，待凝固对采面隅角进行封填。

2.3 应用效果分析

通过在5306 综放工作面采取上述综合安全保障措施后，采空区内遗煤自燃发火得到有效控制，降低了采空区内氧气浓度，为采面安全回采创造了良好条件。具体回采期间监测到的采空区内CO 浓度（质量分数）始终控制在12×10-6以内。

3 结语

随着矿井采掘深度增加，煤炭回采地质条件更趋复杂，采用单一的防灭火技术措施难以达到较好的应用效果。将多种防灭火技术综合应用，可较好的应对井下各类灾害，提高矿井安全生产保障能力。

文中就对现阶段矿井常用的防灭火技术展开探讨，并以山西某矿5306 综放工作面开采为具体实例，对采面采用的综合安全保障技术进行分析。现场应用后，采空区遗煤自燃问题得到有效控制，采空区内CO 浓度（质量分数）始终控制在12×10-6以内。