超長工作面深孔注漿防滅火技術(shù)應(yīng)用

李方耀

（中煤新集能源股份有限公司口孜東礦，安徽 阜陽 236153）

礦井火災(zāi)作為煤炭開采五大災(zāi)害之一，是影響煤礦安全生產(chǎn)、制約煤炭產(chǎn)量的主要因素，尤其是易自燃煤層超長工作面煤層自然發(fā)火問題尤為突出。本文以口孜東礦111307 工作面為研究實(shí)踐對(duì)象，對(duì)超長工作面開采過程中工作面采空區(qū)局部氧化點(diǎn)自然發(fā)火防治進(jìn)行探索實(shí)踐，克服工作面距離長、防滅火材料輸送困難、巷道變形嚴(yán)重等制約因素，保障了工作面安全回采，為類似條件下工作面自然發(fā)火防治提供了經(jīng)驗(yàn)。

1 項(xiàng)目背景

1.1 工作面概況

111307 工作面位于-967 m 水平1113 采區(qū)，為該采區(qū)的第六個(gè)工作面。工作面采用走向長壁布置，風(fēng)巷走向長1621 m，可采走向長1240 m，機(jī)巷走向長1970 m，可采走向長為1258 m，切眼傾向長為358 m（平距），布置208 臺(tái)支架。工作面可采平面積439 872 m2，平面布置如圖1。111307 工作面總體為一單斜構(gòu)造，煤層走向105°～115.5°，傾向195°～205.5°，傾角5°～18°，平均傾角10°。該工作面2020 年2 月開始試采，截至2021年5 月，累計(jì)推進(jìn)1099 m，受工作面地質(zhì)構(gòu)造、斷層影響，工作面推進(jìn)度慢。

圖1 111307 工作面平面布置示意圖

1.2 13-1 煤的自燃傾向性

根據(jù)煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司出具的《口孜東礦13-1 號(hào)煤層自燃傾向性鑒定報(bào)告》《口孜東礦13-1 號(hào)煤層自然發(fā)火期預(yù)測報(bào)告》鑒定結(jié)果，13-1 號(hào)煤自燃傾向性等級(jí)為Ⅰ類容易自燃煤層，最短自然發(fā)火期36 d。

1.3 13-1 煤采空區(qū)“三帶”劃分

根據(jù)安徽理工大學(xué)出具的《口孜東礦13-1 煤“三帶”研究報(bào)告》：13-1 煤層采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)煤自燃氧化帶范圍為20—80～110 m，回風(fēng)側(cè)自燃帶的范圍為10～15—70～95 m。

1.4 111307 工作面防滅火分析

（1）111307 工作面為超長工作面，面長358 m，回采過程中，工作面中部架后采空區(qū)常規(guī)性灌漿、注氮措施覆蓋不到；（2）111307 工作面面內(nèi)斷層、構(gòu)造較多，采空區(qū)易丟煤，且影響工作面推進(jìn)度（表1），容易造成本工作面采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化。

表1 111307 工作面月推進(jìn)度明細(xì)表

2 深孔注雙液漿防滅火技術(shù)應(yīng)用

口孜東礦111307 工作面回采期間，受地質(zhì)條件影響工作面采空區(qū)有遺煤，采空區(qū)局部氧化，結(jié)合本工作面實(shí)際情況，采用架間埋管注雙液漿，抑制采空區(qū)遺煤氧化，消除隱患點(diǎn)。

2.1 注雙液漿原理及優(yōu)點(diǎn)

采用水泥漿與玻璃水混合，可在采空區(qū)遺煤表面形成膠狀包裹狀態(tài)，將采空區(qū)遺煤膠結(jié)成為一個(gè)整體，堵塞煤體之間的裂隙，隔絕氧氣。同時(shí)可根據(jù)水泥漿和玻璃水比例的調(diào)整，控制漿液凝固時(shí)間從而進(jìn)一步控制雙液漿覆蓋范圍。

注雙液漿防滅火主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）使用水泥漿與玻璃水材料，成本較低，操作簡單；（2）可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)注漿，精準(zhǔn)處理氧化區(qū)域；（3）注漿使用管路輕便，埋設(shè)、挪移便利，可根據(jù)工作面遺煤區(qū)域隨時(shí)調(diào)整；（4）可長期連續(xù)注漿，形成局部采空區(qū)隔離帶，減少采空區(qū)漏風(fēng)。

2.2 注漿管預(yù)埋位置

2.2.1 回風(fēng)隅角埋管

111307 工作面回風(fēng)隅角交替埋設(shè)2 路4 分（Φ15 mm）鍍鋅焊管，控制回風(fēng)隅角至采空區(qū)30 m 范圍，覆蓋常規(guī)性灌漿三角盲區(qū)，每天預(yù)防性注雙液漿，在煤體表面形成覆蓋層，煤體形成膠結(jié)體，隔絕氧氣，抑制遺煤氧化。

2.2.2 工作面支架架間埋管

工作面過斷層期間，受地質(zhì)條件及工作面調(diào)整影響，工作面130#～160#架后遺煤厚度0.1～2.0 m，平均0.9 m。結(jié)合工作面實(shí)際情況在170#架、150#架沿工作面布置方向交替預(yù)埋2 路4 分（Φ15 mm）鍍鋅焊管，控制工作面架后采空區(qū)20～80 m范圍，進(jìn)入采空區(qū)20 m 后開始注漿，循環(huán)壓注，對(duì)工作面隱患點(diǎn)精準(zhǔn)處理，消除隱患。111307 工作面注漿管布置示意圖如圖2。

圖2 111307 工作面注漿管布置示意圖

2.3 工作面注雙液漿方式

工作面回采期間，在工作面超前支護(hù)段外20 m安設(shè)ZBY3/7.0-11 氣動(dòng)注漿泵兩臺(tái)（一用一備），通過高壓膠管輸送至工作面回風(fēng)隅角、工作面架間，平均日注漿量約1.8 t。2020 年5 月—2021 年4月回采及過斷層期間累計(jì)注水泥709 t，使用玻璃水412 t。

2.4 深孔注漿技術(shù)應(yīng)用效果分析

2.4.1 工作面回風(fēng)隅角CO 變化情況

圖3 為111307 工作面過斷層期間回風(fēng)隅角閉內(nèi)CO 濃度變化趨勢圖。工作面自2020 年2 月底開始采，遇構(gòu)造持續(xù)過斷層，通過采取常規(guī)性灌漿、注氮等防滅火措施，同時(shí)回風(fēng)隅角埋管注雙液漿防滅火措施，回風(fēng)隅角密閉墻內(nèi)CO 相對(duì)較穩(wěn)定，整體變化幅度不大。

圖3 111307 工作面回風(fēng)隅角閉墻CO 濃度變化曲線圖

2.4.2 過斷層期間架后局部氧化點(diǎn)CO 濃度變化情況

111307 工作面170#架后采空區(qū)自2020 年5 月（過斷層期間）開始持續(xù)出現(xiàn)CO，其中最大值出現(xiàn)在5 月22 日，為0.34‰。工作面150#架后采空區(qū)自2020 年8 月（地質(zhì)條件影響丟煤）開始檢測出CO，其中最大值出現(xiàn)在8 月11 日，為0.28‰。隨即對(duì)工作面架間采取埋管注雙液漿等措施，圖4、圖5為工作面170#、150#架后采空區(qū)CO變化曲線圖。從圖中可以看出，通過采取深孔循環(huán)注漿措施后工作面CO 濃度逐步降低至0 或趨于穩(wěn)定狀態(tài)，注漿防滅火效果較好。

圖4 111307 工作面170#架后采空區(qū)CO 濃度變化曲線圖

圖5 111307 工作面150#架后采空區(qū)CO 濃度變化曲線圖

3 結(jié)論

111307 工作面回采歷時(shí)13 個(gè)月（受斷層影響推進(jìn)度較慢），在工作面回采期間通過架間、回風(fēng)隅角埋管注雙液漿，有效解決了常規(guī)性灌漿覆蓋盲區(qū)（回風(fēng)隅角區(qū)域）的自然發(fā)火防治，尤其是控制了111307 超長工作面中上部架后采空區(qū)遺煤的氧化，消除了局部隱患點(diǎn)，形成了一套超長工作面定點(diǎn)防滅火的成熟技術(shù)和工藝，為類似件下的采煤工作面煤層自然發(fā)火防治積累了經(jīng)驗(yàn)。