分層開采綜放工作面防滅火綜合技術(shù)研究

田晴 張小雷 秦鵬

針對楊莊煤礦E3403工作面回采過程中兩端頭及架后部分遺煤、兩順槽之間留設(shè)的小煤柱及頂煤受壓酥裂漏風(fēng)的現(xiàn)狀，通過注漿、壓注防火材料、噴注阻燃劑、防滅火預(yù)測預(yù)報、專項防漏風(fēng)等防火措施有效的保證了工作面回采過程中的防火安全。

一、概述

楊莊煤礦E3403工作面為底分層工作面，面內(nèi)開采區(qū)域大部分已回采二分層，上部為E3202、E3201、E3206采空區(qū)，局部為實(shí)體煤區(qū)域（E3112面未采區(qū)域）。受上部采面開采影響，E3403工作面已開采區(qū)域剩余平均煤厚4.0m，未開采區(qū)域煤厚為8.5m。E3403工作面沿3煤底板布置，工作面為仰采，近水平開采，綜采放頂煤工作面。工作面開采煤層為3煤，2019年7月24日委托山東省鼎安檢測技術(shù)有限公司對礦東翼采區(qū)所開采的3層煤的自燃傾向性進(jìn)行了鑒定，東翼采區(qū)3煤自燃傾向等級屬自燃，最短自然發(fā)火期為64天。

E3403工作面上部為E3201、E3202及E3206工作面采空區(qū)，?E3403軌道順槽前進(jìn)左上方與E3112工作面之間留有約3.5m的小煤柱；運(yùn)輸順槽前進(jìn)右?guī)团cE3402采空區(qū)之間留有約2.6m的小煤柱；工作面頂板與上部多個采空區(qū)之間留有約1.6-2.4m厚的頂煤，工作面采用放頂煤開采，在回采過程中兩端頭及架后部分遺煤不能及時回收并進(jìn)入采空區(qū)，工作面推進(jìn)速度較慢，氧化帶不能及時進(jìn)入窒息帶，破碎煤體持續(xù)接觸氧氣，存在自然發(fā)火隱患；回采過程中工作面兩端頭頂板跨落不及時遺煤量較多，存在自然發(fā)火隱患；兩順槽之間留設(shè)的小煤柱及頂煤由于圍巖應(yīng)力和礦山壓力影響酥裂漏風(fēng)，破碎煤體持續(xù)接觸氧氣自然發(fā)火期縮短，易造成采空區(qū)遺煤自然發(fā)火。

二、防滅火技術(shù)研究

為保證E3403工作面回采期間的防滅火安全，主要采取注漿、注防滅火材料、堵漏、自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報等安全技術(shù)措施。

（一）注漿系統(tǒng)

1、注漿管路敷設(shè)

（1）從東翼回風(fēng)大巷注漿硐室的注漿管中引出，經(jīng)東翼一號回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷→東翼采區(qū)運(yùn)輸巷北→E3403運(yùn)輸順槽→E3403工作面。主要大巷主注漿管采用φ108 mm的鋼管，E3403運(yùn)輸順槽內(nèi)的主注漿管采用φ108或φ89mm的鋼管（先大后小，不準(zhǔn)花接），其余分支注漿管采用不小于φ50mm鋼管敷設(shè)。E3403工作面架內(nèi)或擋煤板下方敷設(shè)一路φ32mm的高壓膠管，每20米設(shè)三通閥門，用于特殊情況對工作面進(jìn)行灑漿。

（2）注漿管路敷設(shè)時應(yīng)按照從外向里的順序逐節(jié)接設(shè)，連接管路的卡蘭、膠圈、螺栓要完好可靠，注漿管接設(shè)前查看是否有堵塞物。注漿管路可采用吊掛或墊起方式進(jìn)行敷設(shè)，采用吊掛敷設(shè)管路時吊掛點(diǎn)的間距與風(fēng)水管路相同。采用墊起方式敷設(shè)注漿管路時，注漿管路下方用帶弧度的墊木支撐，墊木厚度不小于0.15m，墊木之間的距離不大于一節(jié)注漿管長度，墊木支撐時應(yīng)靠近管路卡蘭連接處，以減少管路連接處受力。

（3）巷道地板局部起伏較大或在變坡點(diǎn)附近敷設(shè)注漿管路時，高度應(yīng)適當(dāng)加高，可采用金屬支架或多塊固定在一塊的墊木支撐，盡量減小管路彎曲程度。進(jìn)入E3403運(yùn)輸順槽敷設(shè)主注漿管時，管路接設(shè)至距工作面切眼不大于80m處停止，主注漿管敷設(shè)時必須按標(biāo)準(zhǔn)吊掛或墊起，支管可直接落地鋪設(shè)，局部低洼地點(diǎn)根據(jù)實(shí)際適當(dāng)墊起。

（4）在架后敷設(shè)注漿管時必須連接牢固，嚴(yán)禁懸空，局部不平可以用黃土袋子墊平，避免頂板垮落砸壞注漿管而在注漿時跑漿。

（5）新安裝的注漿管應(yīng)在注漿前進(jìn)行打壓試驗(yàn)，打壓試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)問題及時處理，保證正常注漿順利進(jìn)行。

2、注漿方法

（1）由地面注漿站集中制漿，采用靜壓注漿方式向工作面送漿，利用埋管對采空區(qū)進(jìn)行灌漿。

（2）回采前在E3403工作面架后提前敷設(shè)第一路注漿管，長度以管路末端進(jìn)入軌道順槽內(nèi)為宜，注漿管管徑不小于50mm，注漿管與運(yùn)輸順槽主注漿管連接，從運(yùn)順端頭注漿管彎頭處向外不小于10m的順槽內(nèi)的分支注漿管每3m左右打設(shè)一個出漿口，以便漿液覆蓋運(yùn)順端頭遺煤，此路注漿管在工作面推進(jìn)30～40m后開始注漿;從第一路注漿管向外40±5m按以上方式在工作面架后敷設(shè)第二路注漿管，依次循環(huán)直至工作面回采結(jié)束。達(dá)不到注漿時機(jī)時順槽內(nèi)的管路隨工作面推進(jìn)而延伸。

（3）工作面停采線處的注漿管按以上方式敷設(shè)，停采線處的注漿管在采空區(qū)封閉后開始注漿。根據(jù)工作面坡度，可以適當(dāng)調(diào)整出漿口的間距。出漿口之間的間距可隨坡度的增加而增大。

（4）除第一路注漿管在工作面推進(jìn)30～40m后開始注漿外，其余注漿管在敷設(shè)下一路時對上一路進(jìn)行注漿，所有注漿管路注漿完畢均不再向外延伸（特殊情況除外）。

（5）注漿前將位于泵站或順槽內(nèi)的注漿機(jī)出漿口與注漿管路連通，向采空區(qū)注漿期間如果出現(xiàn)跑漿潰漿嚴(yán)重時應(yīng)啟動注漿機(jī)并添加膠凝劑，添加量為注漿量的0.05%～0.1%，按每小時1～2袋。

3、注漿量

（1）按照公式Q=K×A×L×H×B計算，其中：Q——每循環(huán)應(yīng)注漿量（m³）；A——工作面面長（m）；L——埋管間距（m）；H——泥漿沉淀的厚度（m）；采空區(qū)取H=0.025m；停采線、開切眼取H=0.05m；K——采空區(qū)冒落表面不均衡系數(shù)， K=1.0—2.2，取K=1.6；B——漿液水土比之和。

（2）結(jié)合以上注漿量計算及以往工作面防滅火經(jīng)驗(yàn)，工作面始采線、終采線處每道管路的注漿量不小于2300m³；架后埋管期間每路注漿量不小于1100m³，溜頭或工作面開始出漿時可停止注漿，如停止注漿后注漿量達(dá)不到要求，間隔一段時間再進(jìn)行補(bǔ)注。

（二）注防滅火材料

采煤工作面局部出現(xiàn)發(fā)火隱患時可采用凝膠防火。將碳酸氫鈉與水玻璃以一定比例加入水中，通過氣動注膠泵將混合液輸送到混合器后再壓注到破碎煤體微小裂隙中用于封堵松散煤體、隔絕氧氣，反應(yīng)過程中膠體不斷吸熱同時降低煤體溫度。通過隔絕與降溫導(dǎo)致煤體自身氧化放熱性能逐步降低，有效地抑制了煤體的自燃，達(dá)到防滅火的目的。

（三）回采期間防漏風(fēng)安全管理技術(shù)措施

1、E3403工作面上部為E3201、E3202及E3206采空區(qū)，兩側(cè)為E3112及E3402采空區(qū)，上部及兩側(cè)的工作面在回采期間灌注了大量的泥漿，能有效封堵煤體裂隙。但回采期間需要留意工作面兩順槽遺留煤柱的片冒情況，同時加強(qiáng)嚴(yán)重片冒區(qū)域及工作面、回風(fēng)流處的有害氣體檢測，異常及時對隱患區(qū)域采取噴漿、噴涂LFM防滅火材料或打孔壓注防滅火材料進(jìn)一步封堵漏風(fēng)通道。

2、E3403工作面回采期間各監(jiān)測探孔及束管經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)CO濃度超過24ppm且逐漸升高或出現(xiàn)其他自然發(fā)火指標(biāo)氣體時，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際對兩順槽頂幫合理范圍采取噴漿、噴涂LFM防滅火材料或打孔壓注防滅火膠體，進(jìn)一步封堵裂隙，減少巷道的漏風(fēng)強(qiáng)度，降低破碎煤體氧化自燃速度。

3、E3403工作面回采期間需調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)時必須考慮風(fēng)阻與壓差之間的關(guān)系，避免因通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整造成與E3403工作面相鄰的采空區(qū)密閉墻內(nèi)外壓差陡增，漏風(fēng)加劇。工作面回采推進(jìn)至E3403切眼延伸段后，因E3112軌道順槽位于E3403軌道順槽上方，回采時需加強(qiáng)有害氣體檢測。

三、效果分析及總結(jié)

（一）采取以上綜合防滅火措施后，采空區(qū)及回風(fēng)流一氧化碳濃度持續(xù)在允許范圍內(nèi)，未發(fā)生自然發(fā)火隱患。

（二）注漿是防滅火的一項常規(guī)重要手段，能夠有效的覆蓋采空區(qū)遺煤，減少遺煤氧化速度。

（三）對于多漏風(fēng)通道的工作面來說，如何有效的減少漏風(fēng)通道是急需解決的問題，對漏風(fēng)通道進(jìn)行噴注或者壓注防火材料是可行的。