近距離煤層綜采工作面灌漿防滅火技術(shù)應(yīng)用

武建明

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)金達(dá)煤業(yè)有限公司，山西 孝義 032300）

近距離煤層開采會相互影響，當(dāng)上煤層采過后，下煤層在開采過程中會受重復(fù)采動的影響，此外上煤層采空區(qū)會遺留有大量的區(qū)段煤柱等殘煤，殘留煤柱長期遺留在采空區(qū)，給下層煤炭資源的安全高效開采帶來了新的挑戰(zhàn)。為解決近距離煤層開采防滅火問題，以金達(dá)礦10206 綜采工作面為研究背景，提出實施了工作面灌漿防滅火技術(shù)，保證了工作面安全生產(chǎn)。

1 工程概況

工作面所采的煤層為10 號煤層，位于石炭系上統(tǒng)太原組，煤層平均厚度為1.7 m，頂板為泥巖，底板為泥巖。該煤呈塊狀，半亮型煤，穩(wěn)定可采。10206 工作面上9 號煤層9210、9212 工作面采空區(qū)，10 號煤層和9 號煤層屬近距離煤層，層間距4～6 m。9 號煤層工作面長度為180 m，推進(jìn)長度為1500～2000 m；10 號煤層工作面長度為200 m，推進(jìn)長度為1500～2000 m，采用U 形通風(fēng)方式。在10206 工作面回采頂板冒落后，繼續(xù)向上部空間發(fā)展，使得9 號煤層遺煤和煤柱進(jìn)一步破碎（主要在保護(hù)煤柱和陷落柱附近），并與頂板巖石混合在一起落入10 號煤層采空區(qū)，構(gòu)成復(fù)雜的復(fù)合采空區(qū)，三維立體空間更大，遺煤量增加且內(nèi)部漏風(fēng)通道復(fù)雜，加大了采空區(qū)自然發(fā)火的危險性，并對10206工作面回采造成影響。

9 號和10 號煤層為特低灰-高灰、中硫-高硫煤、中低-特高發(fā)熱量肥煤，1/3 焦煤，自燃傾向性等級均為Ⅱ級，屬自燃煤層，且煤的內(nèi)生、外生裂隙較為發(fā)育，裂隙中有方解石和星散狀黃鐵礦充填，具有自然發(fā)火危險性。上覆近距離9 號煤層采空區(qū)存在自然發(fā)火隱患，加大了9+10 號煤層復(fù)合采空區(qū)自燃危險性，且由于陷落柱發(fā)育，在陷落柱附近、開切眼及停采線附近自然發(fā)火危險性大大增加，需采取相應(yīng)的防滅火措施，以保證該工作面和礦井的安全生產(chǎn)。近距離煤層相對位置如圖1。

圖1 近距離煤層相對位置

2 工作面容易自燃地點分析

結(jié)合10206 工作面開采條件及其部署，容易發(fā)生自燃隱患的地點主要有以下幾個：

2.1 工作面采空區(qū)

10206 工作面采用走向長壁后退式一次采全高采煤法，回采率高，本煤層遺煤少，但由于與9 號煤層層間距為4～6 m，10 號煤回采后9 號煤層的保護(hù)煤柱以及地質(zhì)構(gòu)造附近的遺煤全部進(jìn)入復(fù)合采空區(qū)，增加了采空區(qū)的遺煤，同時漏風(fēng)通道更為復(fù)雜，使得10206 工作面復(fù)合采空區(qū)自然發(fā)火危險性大大增加。

2.2 上煤層采空區(qū)

10206 工作面上4～6 m 為9 號煤層采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)分布有已經(jīng)垮落的破碎巖層，且存有煤柱等殘留煤體，殘留煤體與破碎巖層空隙中的空氣接觸易發(fā)生自燃，為下分層10 號煤層的開采造成一定的安全隱患。

同時10206 工作面回采巷道在上煤層采動殘余壓力及本工作面采動影響下巷道圍巖發(fā)生一定的破壞，出現(xiàn)裂隙，巷道中的風(fēng)流可以通過該區(qū)域的裂隙滲透進(jìn)入上覆9 號煤層，在進(jìn)、回風(fēng)巷道風(fēng)壓差作用下形成9 號煤層采空區(qū)與10 號煤層工作面及采空區(qū)多風(fēng)路并聯(lián)漏風(fēng)。9 號煤層采空區(qū)長時間處于漏風(fēng)供氧條件下，加之存在一定量遺煤，9 號煤層采空區(qū)存在較大的自然發(fā)火危險。工作面漏風(fēng)示意圖如圖2。

圖2 工作面漏風(fēng)示意圖

2.3 陷落柱附近

根據(jù)地質(zhì)資料，10 號煤層開采過程中會出現(xiàn)陷落柱，在陷落柱附近煤體裂隙發(fā)育，導(dǎo)致工作面發(fā)生漏風(fēng)，且易出現(xiàn)大量浮煤，增大了煤層自燃的危險性。

3 工作面灌漿防滅火技術(shù)

目前煤自燃防治主要有灌漿防滅火、阻化劑防滅火、凝膠防滅火、均壓防滅火和氮氣防滅火等技術(shù)[1-5]，其中注漿技術(shù)目前應(yīng)用范圍最廣。綜合考慮工作面開采技術(shù)條件，確定采用灌漿防滅火技術(shù)。

3.1 灌漿系統(tǒng)

根據(jù)礦井防滅火系統(tǒng)設(shè)計，利用風(fēng)井場地地面集中灌漿系統(tǒng)，灌漿材料為地表黃土，通過機(jī)械制漿工藝，將黃土和水按比例制成漿液，經(jīng)灌漿管路輸送至10206 工作面附近。

3.2 灌漿管路

灌漿管路從地面風(fēng)井場地集中灌漿站主管路，經(jīng)回風(fēng)立井、集中回風(fēng)巷、回風(fēng)大巷、北翼回風(fēng)大巷、二采區(qū)軌道巷到10206 工作面回風(fēng)順槽口附近，管路總長度2400 m 左右，管路采用無縫鋼管（Ф89 mm×4.5 mm）。灌漿管路全部采用法蘭盤連接，沿巷壁底部敷設(shè)固定牢固，并涂以防銹漆，根據(jù)實際情況應(yīng)盡量減少拐彎。

3.3 灌漿土水比

根據(jù)《煤礦灌（注）漿防滅火技術(shù)規(guī)范》（MT/T 702-2020）和《煤炭礦井設(shè)計防火規(guī)范》（GB 51078-2015），結(jié)合10206 工作面灌漿的輸送距離、煤層傾角、灌漿方式及灌漿材料，確定漿液的土水比為1:3，采用采后密閉灌漿。按充填停采線20 m范圍進(jìn)行分析，灌漿需土量為1462 m3，灌漿需水量為4825 m3，總灌漿量為5533 m3。

3.4 灌漿方案

由于10206 工作面為近水平煤層，漿液的流動性受到工作面底板標(biāo)高的限制，當(dāng)在工作面上順槽預(yù)埋管道灌漿時，漿液的擴(kuò)散半徑極為有限，如繼續(xù)灌漿，漿液不會沿工作面繼續(xù)流淌，而可能從工作面支架后方流向回采工作面，影響工作面正常生產(chǎn)。由于本煤層采空區(qū)遺煤少，采空區(qū)遺煤主要是上覆9號煤層遺煤（主要在保護(hù)煤柱和陷落柱附近），處于采空區(qū)一定高度，灌入的漿液難以到達(dá)位置且難以長時間滯留，因此選用采后封閉灌漿。當(dāng)工作面出現(xiàn)自然發(fā)火征兆時可從灌漿主管路接出支管路，通過插管或打鉆對自燃隱患點進(jìn)行高低位聯(lián)合灌漿。

采用采后封閉灌漿措施如圖3，在工作面開采完畢永久封閉后，利用工作面兩個順槽密閉墻上預(yù)留的措施孔，對工作面停采線附近進(jìn)行連續(xù)足量灌注，以防止停采線附近自燃，同時減少密閉漏風(fēng)，有效抑制10206 工作面及上覆9 號煤層采空區(qū)自燃。

圖3 采后封閉灌漿示意圖

4 灌漿安全措施

（1）灌漿期間加強(qiáng)對灌漿管路的巡回檢查，避免跑漿。

（2）在漿液流入輸漿管路前，應(yīng)設(shè)置過濾篩網(wǎng)，篩網(wǎng)孔徑15～20 mm，灌漿結(jié)束后必須用清水沖洗。

（3）在灌漿管路的最低點設(shè)置放水閥門，沖洗后及時放盡管路的漿液，以避免停止輸漿后漿液在管道凹處滯留，固體顆粒沉積并堵塞管道。

（4）灌入采空區(qū)的漿液中脫出的水一部分被圍巖吸收，一部分滯留在灌漿區(qū)的下部空間，因此在灌漿區(qū)下部的密閉墻底部設(shè)置排水孔或溢水孔，對灌漿區(qū)內(nèi)的積水進(jìn)行排泄，并在灌漿過程中及灌漿后隨時觀察密閉墻排水量的變化情況，同時觀測密閉墻內(nèi)外空氣溫度和出水溫度。

5 結(jié)語

在10206 工作面應(yīng)用實施了采空區(qū)防火灌漿處理技術(shù)，有效降低了工作面火災(zāi)安全隱患，保證了近距離煤層下層工作面安全開采，為相鄰工作面安全開采創(chuàng)造了條件、提供了經(jīng)驗。