復(fù)合煤層分層開采自然發(fā)火防治技術(shù)的探討與實(shí)踐

劉海源 李長貴 王 平

（1.沈陽焦煤有限責(zé)任公司，遼寧省沈陽市，110122；2.中國礦業(yè)大學(xué)（北京），北京市海淀區(qū)，100083）

1 礦井概況

沈陽焦煤公司紅陽二礦的南翼區(qū)主采煤層12＃煤層為復(fù)合煤層，開采方式分層爆破開采，屬二類自燃煤層，由于復(fù)合煤層分層之間夾矸薄，開采順序是由上而下分層開采。開采上分層所形成的再生頂板不完整，裂隙發(fā)育，漏風(fēng)通路復(fù)雜，造成在開采下分層時(shí)，曾多次發(fā)生自然發(fā)火事故。因此，進(jìn)行復(fù)合煤層分層開采的防火技術(shù)研究，對保證礦井高產(chǎn)高效及安全生產(chǎn)有著極其重要的意義。

2 12＃煤層自然發(fā)火隱患分析

2.1 內(nèi)在因素

（1）煤體具有自燃傾向性。12＃煤層采空區(qū)揮發(fā)分較高，為21.76%，燃點(diǎn)低，屬一級容易自燃。

（2）12＃煤層硬度小，節(jié)理發(fā)育，且受上分層采動影響，煤層存在破裂狀態(tài)，且上覆采空區(qū)有遺留煤炭。

（3）復(fù)合煤層分層開采后，由于夾矸薄，巖石硬，形成的再生頂板破碎不完整，裂隙發(fā)育，漏風(fēng)通路復(fù)雜，有利于向上覆煤層采空區(qū)連續(xù)供氧。

（4）上分層采空區(qū)和下分層開采形成的采空區(qū)都具備熱量積聚條件。

2.2 外在因素

（1）12＃煤層厚4.5m左右，煤層傾角35～45°，由于受地質(zhì)條件限制，工作面走向長一般布置在300m左右，傾斜長120m左右。由于受回采工藝影響，工作面推進(jìn)速度慢，開采時(shí)間長，下層和上層采空區(qū)漏風(fēng)通路復(fù)雜，氧化時(shí)間長。

（2）由于老區(qū)為煤與瓦斯突出區(qū)域，開采上分層時(shí)需要采取局部防突措施，回風(fēng)巷都實(shí)行無煤柱開采，導(dǎo)致采空區(qū)大面積相連。并且在采取防突措施的同時(shí)也影響工作面的回采速度。

（3）上分層開采過程中，為保證假頂形成，留有一定的浮煤，當(dāng)上層開采灑水不充分或者高溫水分蒸發(fā)后，再生頂給下分層煤層開采時(shí)留下自燃隱患。

3 骨架充填防火技術(shù)

紅陽二礦以往對采煤工作面的防火措施主要包括上尾巷埋管注水，上下尾巷打隔斷防火墻、砌沙袋墻封堵；放頂前噴灑阻化劑；上層巷道挖水坑向再生頂注水；對重點(diǎn)工作面采空區(qū)實(shí)行下尾巷埋管注入惰性氣體等。雖然有一定效果，但是沒有從根本上解決分層開采自然發(fā)火問題，自然發(fā)火隱患還是時(shí)有發(fā)生。

對分層開采可能造成自然發(fā)火的原因進(jìn)行分析并總結(jié)多年來綜合防火措施的實(shí)施和存在的不足后認(rèn)為，采取上述措施時(shí)只能減少本工作面向采空區(qū)漏風(fēng)，尚不能解決工作面向上分層漏風(fēng)問題。經(jīng)過不斷探索分析，提出骨架充填式防火技術(shù)。

分層骨架充填防火方法，其實(shí)質(zhì)就是在12＃煤層再生頂及其上部的海相泥巖中利用打孔注漿的方式對冒落空間、裂隙帶進(jìn)行充填和封堵，給漏風(fēng)通路增設(shè)了較厚的隔離屏障，減少漏風(fēng)。這樣就有效地控制了連續(xù)供氧條件，對破碎和裂隙煤炭用白泥進(jìn)行了充填和包裹，使煤炭不能氧化生熱，消除了可燃物和熱源，從而阻止了煤的自燃。

4 工程應(yīng)用

4.1 工作面概況

紅陽二礦南二下延12＃煤層下伏回采工作面位于－700m南石門以南，開切眼以北，工作面走向長260m，傾向長110m。該采面12－1＃煤層厚約0.9m，已回采，12－2＃煤層厚2.6m，已采出0.6～0.8m，12－2＃煤層剩余厚度0.4～2m，平均厚1.4m。煤種為焦煤，12＃煤層直接頂為上覆采空區(qū)形成的再生頂，巖性為厚約15m的黑色海相泥巖，節(jié)理發(fā)育。

4.2 工作面通風(fēng)系統(tǒng)及自燃征兆

南二下延12＃煤層下伏回采面，進(jìn)風(fēng)由－700m水平的12＃煤層下伏進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)入工作面，回風(fēng)經(jīng)回風(fēng)石門進(jìn)入南二南回風(fēng)巷。進(jìn)風(fēng)巷、開切眼、回風(fēng)巷均沿12＃煤層上覆再生頂掘送。12＃煤層下伏工作面實(shí)際供風(fēng)量240m3／min。

該工作面在準(zhǔn)備運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷時(shí)，溫度就在26～28℃左右，貫通形成通風(fēng)系統(tǒng)后，通風(fēng)區(qū)防火員在檢查開切眼高頂和進(jìn)、回風(fēng)巷高頂時(shí)，發(fā)現(xiàn)局部溫度高達(dá)43℃，回風(fēng)巷頂板溫度也達(dá)到了33℃；并在回風(fēng)石門高頂內(nèi)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)有一氧化碳?xì)怏w顯現(xiàn)，說明該工作面頂板或者上分層采空區(qū)煤炭已出現(xiàn)自然發(fā)火征兆。

4.3 骨架充填防火法的實(shí)施

骨架充填防火法即通過噴漿將巷道周邊封閉，形成第一層較堅(jiān)固的的骨架封閉層，再向骨架內(nèi)高頂和破碎煤炭注白泥充填和包裹，形成第二層封閉層，最后向再生頂裂隙打鉆注白泥充填形成第三層封閉圈。該技術(shù)一是充填破碎煤炭裂隙空間，二是使噴漿內(nèi)的高頂、浮煤和裂隙發(fā)育的煤炭形成一整體類原生狀態(tài)，三是巷道周邊形成密封包裹層，堵塞向采空區(qū)漏風(fēng)，消除煤炭氧化熱量積聚和儲存條件。三層骨架施工方法如下：

第一層，首先將－700m南小石門及回風(fēng)巷前20m巷道噴漿封閉幫頂，將回風(fēng)巷及回風(fēng)石門全部噴漿，噴漿后，在巷道幫頂內(nèi)形成一道骨架，類似“厚壁管”。

圖1 骨架式噴漿填充示意圖

第二層，沿走向施工傾角5～10°鉆孔安裝注白泥管，利用白泥泵向整個(gè)回風(fēng)巷及石門高頂注白泥漿，直至注滿為止。利用此方式充填巷道高頂空間，人為地使整個(gè)回風(fēng)巷這一“管子”的管壁加厚。這一層不僅起到了對再生頂托起作用，防止裂隙煤炭繼續(xù)冒落氧化，而且也起到了充填堵漏密封作用，見圖1。

由于12＃煤層下伏再生頂是浮煤和海相泥巖，層理發(fā)育、破碎，進(jìn)風(fēng)巷向上的漏風(fēng)主要流向兩處，一是受負(fù)壓影響向回風(fēng)巷內(nèi)漏風(fēng)，二是負(fù)壓影響向上區(qū)段采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)。有時(shí)自然發(fā)火從上區(qū)段向下區(qū)段（采面或掘進(jìn)面）蔓延，為此施工第三層骨架。

第三層，在石門和進(jìn)、回風(fēng)巷中向棚梁上仰角為45°施工鉆孔，深1.2m，深度可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況變化，打到直接頂為止，然后在孔中安裝一根1.5m注白泥管，每隔一架棚打一個(gè)孔，封孔后向海相泥巖注白泥，見圖2。這樣有效封堵了石門和進(jìn)、回風(fēng)巷漏風(fēng)通路，也消除石門和進(jìn)、回風(fēng)巷巷道周邊冒落松動煤炭氧化圈，有效地減少了漏風(fēng)。同時(shí)，在打注白泥孔時(shí)發(fā)現(xiàn)，巷道內(nèi)漏風(fēng)也有規(guī)律性，其漏風(fēng)大小從石門到工作面方向?yàn)橛蓮?qiáng)變?nèi)?，這與預(yù)測和分析結(jié)果相吻合。

由于上尾巷內(nèi)高溫氣體受采煤工作面通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)壓影響，當(dāng)?shù)V井風(fēng)壓發(fā)生變化或大氣壓發(fā)生較大變化時(shí)，上區(qū)段采空區(qū)氣體也可能進(jìn)入開采工作面，所以骨架充填式防火法并不能徹底解決采面上尾巷溫度居高不下問題。鑒于此，需要在上區(qū)段密閉外進(jìn)行風(fēng)壓調(diào)節(jié)或者利用抽放采空區(qū)瓦斯均壓解決壓差漏風(fēng)問題，但是必須加強(qiáng)氣體檢查和檢測，防止調(diào)壓不當(dāng)造成次生漏風(fēng)加速煤炭氧化。

4.4 效果檢驗(yàn)

自南二下延12＃煤層下伏工作面開采以來，通過采取骨架式綜合防火措施，至工作面開采結(jié)束，工作面回風(fēng)巷風(fēng)流溫度由32°降至26°，未出現(xiàn)自然發(fā)火征兆。

5 結(jié)論

針對紅陽二礦大傾角急傾斜煤層，復(fù)合煤層夾矸薄，再生頂板形成不完整等不利條件，使用骨架充填式防火技術(shù)，消除了采面自然發(fā)火傾向，取得了顯著效果，并在礦井得到推廣使用。

［1］ 高俊山，杜進(jìn)棟，金世虎.高瓦斯易燃煤層綜放工作面設(shè)備回撤期間自然發(fā)火防治技術(shù)［J］.中國煤炭，2009（9）

［2］ 鄔劍明，劉超，吳玉國，周春山.淺埋藏復(fù)合煤層開采漏風(fēng)防治技術(shù)研究［J］.中國煤炭，2009（5）