长期停工综放工作面自然发火风险管控技术.pdf

952020 年第 6 期 收稿日期 2020-01-06 作者简介 刘大虎（1988-），男，助理工程师，现任职于山东 省天安矿业集团有限公司星村煤矿通防科。 长期停工综放工作面自然发火风险管控技术 刘大虎 李焕东 马 明 （山东省天安矿业集团有限公司，山东 曲阜 273100） 摘 要 针对长期停工综放工作面有效管控自然发火重大风险难题，星村煤矿 3306 综放工作面通过采取提前处理采空 区、降低工作面风量、停工后采空区及两顺槽、支架煤体预处理、降低风流温度、预测预报等综合预防治理措施，实现了 对 3306 综放工作面自然发火重大风险的有效管控。 关键词 长期停工 综放工作面 自然发火 风险管控 中图分类号 TD752.2 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.06.034 Risk Control Technology for Spontaneous Combustion in Fully Mechanized Caving Face with Long Term Shutdown Liu Da-hu Li Huan-dong Ma Ming （Shandong Tianan Mining Group Co., Ltd., Shandong Qufu 273100） Abstract In view of the long-term shutdown of the fully mechanized caving face to effectively control the major risk of spontaneous combustion, the 3306 fully mechanized top coal caving face in Xingcun Coal Mine has realized the effective management and control of the major risk of spontaneous combustion in the 3306 fully mechanized top coal caving face by taking comprehensive prevention and control measures such as treating the goaf in advance, reducing the air volume of the working face, pre-treatment of the goaf and the two parallel grooves, support coal body, reducing the air flow temperature, prediction and prediction. Key words long-term shutdown fully mechanized caving face spontaneous combustion risk control 1 概述 星村煤矿 3 煤层为自燃煤层，自然发火期为 65d。以往综放工作面长期停工期间采取封闭的方 式管控自然发火重大风险，但存在防火成本高、封 闭与启封程序复杂等难题。 星村煤矿 3306 综放工作面走向长近 1500m， 工作面煤层厚度 7.57.9m，煤层倾角 315。工作 面形成通风系统近两年才回采，顺槽煤体暴露空气 中时间较长，且埋藏深度较深影响煤体破碎。 在工作面不封闭的情况下，根据以往综放工作 面长期停工防火处理的经验，结合 3306 工作面停 采时的地质条件、采空区及回风流气体分析等参数， 最终确定采取提前处理采空区、停工后降低工作面 风量、对采空区及两顺槽、支架煤体预处理、降低 风流温度、预测预报等综合措施进行自然发火重大 风险管控。 2 自然发火重大风险管控技术 2.1 提前处理采空区 2.1.1 缩短隔离墙、束管、注浆管间距 （1）工作面推采至距离停工位置 2030m 左 右时，挡墙间距由原来不大于 20m 调整为不大于 10m。挡墙采用袋装碎煤或柔性充填袋与充填料施 工，充填不到顶时用凝胶或充填料喷涂处理，挡墙 与注浆管路接触部位用黄泥等封堵，外部用凝胶或 充填料喷涂处理。施工碎煤袋挡墙时，挡墙厚度不 小于 1m，充填挡墙厚度不小于 0.5m（可根据现场 情况进行适当调整）。 （2）工作面推采至距离停工位置 70m 左右 后，两顺采空区束管埋设间距由原来不大于 30m 调 整为不大于 20m。铺设的束管头距离顶板不大于 300mm，距帮部不小于 200mm，采空区铺设的束管 用花管进行保护，束管出口留设在新鲜风流中，束 管出口使用束管夹防止向采空区漏风。每周不少于 962020 年第 6 期 6 次对埋设束管地点采样分析，气体异常时每天采 样分析，束管抽不动或损坏时及时补点确保抽样数 据的准确性。 （3） 工 作 面 推 采 至 距 停 工 位 置 40 ～ 50m 时，注浆管路间距由原来不大于 30m 调整为不大 于 20m。并且沿采面倾斜方向铺设一路长度不少于 60m 的多出口注浆管路，每 612m（根据现场情况 的需要可进行调整）设三通出口，第一个三通出口 距轨顺不小于 10m，管路末端不再设闷头。溜尾管 路悬空部分，端头架里用袋装碎煤垫实，端头架外 垫实。 图 1 停工前缩短隔离墙、束管、注浆管间距示意图 2.1.2 两端头及采空区处理 （1）每天早班对两端头及顺槽顶煤打眼压注水 玻璃凝胶，工作面停工前一个月根据束管分析报表 选取合适的采空区管路，对采空区每周两次注防火 剂， 气体异常时至少连续3个班注氮气或阻化泡沫。 （2）两顺超前支架之间布置两排钻孔，角度 为 60 80，每排钻孔间距 3m 左右，两排钻孔 采用“三花眼”布置，施工的钻孔深度为 35m 或 至岩石顶板。钻孔施工完毕后，将一次性钻杆砸入 钻孔内，一次性钻杆前端设 0.30.5m 的花管，管与 管之间用内接丝连接，封口用棉纱封孔，进行注胶 处理。封孔时棉纱距离端头花管不大于 1.5m，提高 浆液渗漏能力。 2.2 降低工作面风量 根据风量计算方法，依据工作面气象等条件计 算 3306 工作面正常生产期间需风量为 980m3/min。 为了保证停工时减少采空区漏风，根据以往停工经 验通过调整运煤巷风门，将工作面停工期间风量调 整为 560m3/min。 2.3 停工后采空区及两顺槽、支架煤体预处理 （1）根据预测停工时的地质条件，工作面停 止移架后对两顺超前顶板施工防火钻孔并注防火材 料，两端头各十个支架范围内架间施工防火钻孔， 并注防火材料处理，架后喷涂 LFM 喷涂料处理。 （2）两顺超前顶板施工两排防火钻孔靠 近采帮超前支架与采帮之间布置一排，角度为 60 80；两顺超前支架之间布置一排钻孔，角 度为 60 80，方向朝向采空区。每排钻孔间距 3m 左右，两排钻孔采用“三花眼”布置，施工的 钻孔深度为 35m 或至岩石顶板。 （3）工作面施工钻孔时，架间位置要打到柱 顶梁上部及支架后煤体， 倾角60左右， 深度3～5m 或至煤层顶板。 （4）停工期间每天通过留设的注氮管路对采 空区注氮处理。停工期间每天对埋设的束管采样分 析，气体异常时连续三班取样分析。 图 2 停工后两端头及采空区处理示意图 2.4 降低风流温度 3306 工作面埋藏深围岩温度高，国庆放假停工 时热害也是困扰着矿井的一大难题，通过将制冷压 缩机、冷凝器、蒸发器等主要设备集成在一起形成 的制冷机组对停工的综放工作面进行制冷。机组安 装在工作面轨道顺槽内，用输冷管道将冷冻水输送 到工作面的空冷器中。工作面进风流未采取降温前 温度 29℃且湿度 90 以上，采取制冷机组降温后 有效地降低了风流温度，温度 25℃且湿度 70。该 技术方法既解决了高温危害又抑制了停工期间自然 发火重大风险。 2.5 预测预报 （1）CO 为测试煤自然发火的标志性气体。 CO 的出现表明测试煤已经开始氧化，其出现临界 温度为 57.365.0℃，监测浓度为 0.3210-6。C2H4 出现是煤进入加速氧化阶段的标志，其出现的临界 温度为 113.3131.4℃，监测浓度为 0.0310-6。 （2）C2H6/ C2H4比值峰值的出现是煤进入激 烈氧化阶段的标志。其峰值出现的温度为 265.5℃ 左右，对应 C2H4浓度为 21.1710-6，C2H6浓度为 7.5110-6，C2H6/C2H4可作为判别煤反应程度的辅 助指标。 （3）束管监测工每周不少于 6 次对工作面两顺 972020 年第 6 期 槽及架间异常点取样后，送地面气体化验室分析 1 次，分析内容有 O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、 C2H4、C2H2等，并建立监测分析档案。 （4）运输顺槽安设 CO 传感器位置（距汇风点 1015m）定为自然发火观测点，每周进行一次观测 分析。 （5）发现检测数据异常时，要立即采取措施 以便对异常点重点处理。 3 效果分析 （1）工作面回风隅角停工期间一氧化碳、 二氧化碳浓度比停工前明显降低，10 月 6 日恢复正 常供风后一氧化碳气体增加（分析值 49ppm）。具 体如图 3 所示。 图 3 3306 工作面回风隅角气体变化曲线图 （2）工作面回风流一氧化碳浓度较缩风前 变化不大（4ppm 上下浮动），恢复正常供风后一 氧化碳浓度增加（分析值 8ppm）。具体如图 4 所示。 （3） 运顺采空区44检测点一氧化碳浓度下降， 27 日至 30 日轨顺三相九路三班连续注氮气，氧气 浓度下降到10以下， 10月1日， 每天早班注氮气， 氧气浓度上升。具体如图 5 所示。 （4）采取两顺施工隔离墙、工作面缩风、工作 面架后喷涂防火材料等措施有效地减少了采空区漏 风。采空区注氮气采取连续注氮，氧气呈下降趋势； 间断性注氮，对进入采空区较近的区域影响不大。 图 4 3306 工作面回风流气体变化曲线图 图 5 运顺 44 号点（进入采空区 13m）气体变化曲线图 4 结语 （1）对于长期停工综放工作面自然发火重大 风险的管控，停工前期的预处理工作是非常有必要 的，加强防灭火预处理为后期停工做好铺垫。 （2）通过降低工作面风量、两顺施工隔离墙、 工作面架间架后喷注防火材料减少了采空区漏风， 同时采取注氮措施能抑制煤体氧化。 （3）利用进入采空区合适的多出口注浆管三 班连续注氮气，降低了采空区氧气浓度。 （4）局部制冷机组运行后降低了工作面温度， 延长了煤层自然发火期。 （上接第 92 页） 结合松软围岩的变形特点，确定对巷道采用“强帮 护顶”让压高强锚杆支护技术，结合巷道的具体地 质条件进行支护参数的设计。根据矿压监测结果可 知，巷道掘进期间顶板岩层间保持了较好的整体性， 顶板最大下沉量、两帮最大移近量和底鼓量最大值 分别为 40.4mm、55.4mm 和 47.6mm。 【参考书目】 ［1］ 高晓君，高明仕，王翔宇 . 上社矿动压回采巷道 全断面长短锚索强帮护顶支护原理及应用 [J]. 煤 炭技术，2019，38（07）51-53. ［2］ 高明仕，杨青松，赵一超，等 . 高应力大变形巷 道让压锚索支护技术及装置研制 [J]. 采矿与安全 工程学报，2016，33（01）7-11. ［3］ 黄宝田，陈东印 . 高应力软岩巷道高强让压锚杆 支护系统试验研究 [J]. 煤炭科学技术，2013，41 （08）49-52. ［4］ 单仁亮，孔祥松，蔚振廷，等 . 煤巷强帮支护理 论与应用[J].岩石力学与工程学报， 2013， 32 （07） 1304-1314.