超长工作面综放设备回撤期间防灭火技术研究

冀宏强

（山西晋汾新天综合服务有限责任公司，山西 孝义 032300）

综放具有产量大、效益好等优点，是现阶段厚煤层主要开采工艺[1-2]。综放开采工作面设备回撤期间防灭火主要有注入惰性气体、喷洒阻化剂、注入黄泥浆等方式，近些年来阻化汽雾、高分子胶体以及三相泡沫等在井下防灭火中应用也逐渐广泛[3-5]。山西某矿S607 综放工作面在回撤期间监测到有CO 涌出，给综放设备回撤安全带来一定威胁。针对采面回撤现场实际情况以及采面煤层赋存情况，提出采用黄泥灌浆、局部正压通风、灌注高分子胶体等方式进行综合防灭火，有效抑制了采空区内遗煤自燃进程，实现了综放工作面设备的安全回撤。

1 工程概况

1.1 采面概况

S607 综放工作面回采2#煤层，煤层埋深309 m，倾角5°，结构简单，厚度7.2 m，自燃发火倾向性为Ⅱ类。2#煤层顶底板为粉砂岩、砂质泥岩，裂隙不发育。工作面走向1 860 m、倾向295 m，采面现阶段已进入末采阶段，采高为2.8 m，放煤高度4.4 m，采放比1∶1.57。具体采面内主要综放设备见表1 所示。

表1 采面主要综放设备

1.2 采空区遗煤自燃分析

矿井在回采2#煤层过程中其他工作面在回采以及综放设备回撤期间呈现出采空区遗煤自燃问题，根据井下实际情况将遗煤自燃原因归结为以下几点[6-7]：

1）2#煤层自燃发火周期短。2#煤为自燃煤层，煤层自燃发火期介于35 d～106 d，但是其他工作面在回采过程中发现煤层自燃发火时间较短，最短为25 d。

2）采面推进速度慢。S607 综放工作面在末采阶段地质构造复杂，采面揭露有多条落差在1.5 m～3.6 m 断层，在一定程度制约采面推进速度。采面正常回采期间推进速度为4.8 m/d，在末采过断层期间速度降低至1.6 m/d，同时采空区内遗煤量也有所增加。采面推进速度较慢，液压支架反复对顶煤进行支撑，造成顶煤较为破碎，局部位置甚至出现联通采空区裂隙，增加采空区漏风量。

3）采面长、设备回撤周期长。S607 综放工作面斜长为295 m，使用的支架共计218 台，由于液压支架质量大，设备回撤时间预计需要35 d，采空区遗煤存在较高的自燃发火风险。

2 综放设备回撤期间防灭火技术

2.1 强化监测

1）在S607 综放设备回撤期间每天安排专人对回风流、上隅角、综放支架间以及束管系统内气体成分进行检测，并对气体成分变化情况进行分析[8]。

2）采用红外线测温设备对液压支架后方、支架顶梁以及施工的探测钻孔内温度进行检测，并绘制温度变化曲线。

3）采用矿井已有的KJ95 安全监控系统对采面回风流、采面内以及回风上隅角等位置CH4、CO 以及温度等进行监测，确保综放设备回撤期间监控系统可平稳运行。

2.2 综合防治技术

2.2.1 局部正压通风

在S607 采面停采后在进风隅角位置施工2 道密闭墙体，对采空区进行封堵，以便减少采空区漏风量。施工的2 道密闭墙体中，一道为永久密闭，并在墙体内预留注氮、注浆等管路；另外一道为临时密闭，采用石料砌筑、厚度为1.0 m，并在墙体上涂抹黄泥对漏风裂隙进行封堵。

在S607 采面回风巷外段布置局部通风机（功率为2×35 kW），配合Φ800 mm 风筒为采面进行供风；同时调节采面内出风量，以便避免采空区内瓦斯大量溢出。

2.2.2 采面隅角封堵

在S607 采面上、下隅角位置采用麻袋装碎煤并配合FSA 材料快速构建密闭墙体，墙体厚度在1m 以上，并在墙体之上及周边均喷射艾格劳尼材料对裂隙进行封堵；在采面回风隅角处密闭墙体间使用高水材料进行充填，以便对采空区漏风通道进行封堵。

在S607 综放工作面末采期间在回风巷内预埋2 趟注浆管路，注浆管出口距离停采线20 m～25 m，且高于采空区底板1.5 m；在采面进风巷铺设注氮管路，管路出口与停采线间距约30 m。在综放设备回撤期间采用注浆管路向采空区内间隙注入三相泡沫以及黄泥浆；通过注氮管路向采空区内注入体积分数在98%以上的氮气。

2.2.3 注高分子胶体以及注浆

1）在综放支架前施工钻孔向采空区内注入高分子胶体。在综放支架回撤期间从采面回风巷向进风巷方向间隔5 个支架布置一个钻孔，通过钻孔向采空区内灌注高分子胶体，封堵液压支架后方遗煤内裂隙，减少采空区漏风量。对监测到气体含量、温度等存在异常位置驻点进行高分子胶体注入，及时控制浮煤氧化。具体采面内钻孔布置见图1 所示。

图1 采面内钻孔布置

2）在采面进风巷内向采空区施工高位注浆钻孔，钻孔距离近风巷10 m～25 m 范围内、深入到采空区内15 m、高度位于2#煤层顶板上覆2 m 位置。具体布置见图2 所示。

图2 高位注浆钻孔布置示意图

2.3 防灭火效果分析

在S607 综放工作面综放设备回撤期间采取上文所示综合防灭火技术措施后，工作面采空区内异常情况得以有效控制，采面内、回风流以及回风上隅角等位置内CO 体积分数降低至正常范围内，具体监测获取到的回风隅角内CO 体积分数变化曲线见图3所示。

图3 回风隅角内CO 体积分数变化曲线（2022 年）

3 结语

1）S607 综放工作面开采的2# 煤层具有自燃发火倾向性，同时采面末采期间地质构造发育、推进速度缓慢、采空区内遗煤量较大，采空区内遗煤有较高自燃风险；综放工作面斜长为295 m，预计综放设备回撤需要35 d，设备回撤耗时时间长，会进一步增加采空区遗煤自燃风险。

为此，提出采用降低采空区漏风量、密闭采空区以及向采空区内注入惰性气体以及高分子胶体、黄泥等方式进行综合防灭火。现场应用后，采面综放设备回撤期间各个位置CO 体积分数均降至正常范围内，实现了综放设备安全回撤。