厚煤层综放工作面回撤期间防灭火技术研究.pdf

982020 年第 5 期 厚煤层综放工作面回撤期间防灭火技术研究 范宝同 李 敬 郭玉印 （山东济矿鲁能煤电股份有限公司阳城煤矿，山东 汶上 272502） 摘 要 阳城煤矿 3306 综放工作面 1切眼回撤期间工作面 CO 浓度超限，可能引起采空区遗煤自燃。从工作面地质构造、 漏风状态、设备回撤周期等方面分析了 CO 浓度超限原因，并根据现场实际情况，采用工作面压注凝胶、施工深部钻孔注 低温 CO2、漏顶区域充填 LFM 轻型充填材料等措施，保证了工作面支架的安全撤出。 关键词 工作面回撤 防灭火 注凝胶 注 CO2 中图分类号 TD752.2 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.05.036 Research on Fire Prevention and Extinguishing Technology During the Withdrawal of Fully Mechanized Caving Face in Thick Coal Seam Fan Bao-tong Li-jing Guo Yu-yin Yangcheng Coal Mine, Shandong Jining Mine Luneng Coal Power Co., Ltd., Shandong Wenshang 272502 Abstract The CO concentration in 3306 fully mechanized top coal caving face of Yangcheng Coal Mine exceeds the limit during the withdrawal of 1 cut hole, which may cause the spontaneous combustion of the remaining coal in the goaf. The reasons of CO concentration exceeding the limit are analyzed from the geological structure of the working face, air leakage state, equipment withdrawal period and so on, and according to the actual situation in the field, the working face pressure injection gel, the construction deep drilling hole injection low temperature CO2, the leakage top area filling LFM light filling material and so on are adopted to ensure the safe withdrawal of the working face support. Key words withdrawal of working face fire prevention and extinguishing gel injection CO2 injection 收稿日期 2019-12-11 作者简介 范宝同（1986-），男，汉族，2009 年毕业于山东科 技大学采矿工程专业，本科，现工作于山东济矿鲁能煤电股份有 限公司阳城煤矿通防工区，任区长。 由于厚煤层综放工作面开采强度大、工序复杂、 回采速度相对较慢、采空区遗煤多、冒落高度大、 漏风严重等因素，使得采空区自然发火的危险明显 增加。尤其在工作面末采及回撤期间，预防工作面 及采空区自然发火愈加困难，使用单一的防灭火措 施难以取得预期效果 [1-2]。针对此难题，以阳城煤矿 3306 工作面 1切眼回撤为例，研究实施了上下隅 角使用瑞尔斯高分子材料封堵、工作面压注凝胶、 采空区注低温 CO2、漏顶区域充填 LFM 轻型充填 材料的综合防灭火措施，确保了工作面安全回撤。 1 工作面情况介绍 阳城煤矿 3306 工作面位于三采区下山以北， 3304 工作面东部（下侧），邻近 3304 工作面布设。 工作面面长（开采）斜距平均 209.8m。正常工作面 回采推进长度 1076m，煤厚平均为 6.5m，煤层底板 标高位于 -743 -920m 之间。3306 工作面采用走向 长壁后退式综采放顶煤采煤方法，上行通风方式， 开采煤层为Ⅱ类自燃煤层，最短发火期 33d，配有 完善的防灭火系统。 3306 工作面 1切眼回撤创条件过程中，在 110135支架区域内多处出现 CO 异常点，最高浓 度为 176ppm，温度 36.5℃，回风流中 CO 最高为 22ppm。 2 CO 浓度升高报警原因分析 （1）综放工作面回采率低、采空区遗煤多、煤 体长期处于干燥状态等。工作面临近回采结束创条 件期间不再进行放煤， 采空区大量的浮煤堆积氧化。 （2）工作面创条件期间受断层影响，31d 只推 进了 10m，且在推采过程中，工作面部分区域漏顶、 片帮严重，形成了顶部空洞及漏风通道。 （3）隅角存在漏风通道。因煤柱影响，使得上 下隅角冒落不严， 空隙大， 导致采空区漏风量较大。 992020 年第 5 期 （4）工作面大型设备多，回撤周期长，煤体 长期处于氧化生热状态。 （5）回采工作面埋藏较深，受地温影响采空 区温度较高，遗煤氧化加速，也是导致 CO 浓度升 高的重要原因。 3 综合防灭火技术应用 3.1 加强自燃指标气体监测监控 （1）工作面创条件及回撤支架期间，每 5 个 支架设置一组监测点，重点异常区域每个支架都设 置为监测点。瓦斯检查员每班对监测点架后遗煤的 温度以及支架架顶、架后等气体易积聚地点的 CO 进行检查。 （2）瓦斯检查员每天对工作面回风流、回风 隅角及工作面异常点进行人工采样，升井后通过色 谱分析仪进行分析，并将同一地点分析的结果绘制 成气体变化曲线，根据气体变化曲线及时调整防火 措施。 （3）利用 KJ95N 安全监控系统对回撤工作面 的 CO、温度、CH4进行实时监测。 （4）通过束管监测系统对工作面自然发火监 测点定时定点进行抽样分析，密切关注好工作面气 体变化。 3.2 综合治理措施 针对 3306 工作面布置及回采情况，在末采及 回撤支架期间主要采取上下隅角使用瑞尔斯高分子 材料封堵、工作面压注凝胶、采空区注低温 CO2、 漏顶区域充填 LFM 轻型充填材料的综合防灭火措 施。由于工作面为俯采，且工作面煤层平均倾角为 25，为避免工作面底部出现大量溃浆，故不选择 采空区注浆方式。 3.2.1 上、下隅角封堵措施 工作面创条件期间，每隔 5m 在上、下隅角砌 筑一道挡风密闭墙。工作面停采后，在上、下隅角 各砌筑一道挡风密闭墙，并对挡风密闭墙的外侧、 端头支架架后、前梁架顶外漏煤体使用瑞尔斯高分 子封堵材料进行喷涂封堵，并利用挡风密闭墙上预 留的注胶孔对上、下隅角的墙内压注凝胶，直到注 满为止，减少采空区漏风。 3.2.2 工作面压注凝胶 工作面停采后，对采空区压注凝胶，形成架后 凝胶隔离墙，封堵采空区漏风。 （1）对工作面上下端头支架施工注胶孔，压 注凝胶，进一步封堵端头漏风。如图 1 所示。 图 1 端头支架注胶孔布置示意图 （2）利用工作面支架的间隙施工注胶孔，每 隔一个支架施工一个架中孔，然后交替施工支架前、 架后孔，形成“W”注胶孔布置方式。架中孔孔深 67m，仰角 45 60；架前孔孔深 89m，仰角 30 45；架后孔深 56m，仰角大于 60。如 图 2 所示。 图 2 工作面注胶孔布置图 注 胶 量 计 算 根 据 注 胶 孔 设 计， 注 胶 防 火 控 制 单 个 支 架 倾 向 长 度 约 12m， 支 架 宽 度 1.5m，控制高度约为 5m，则需处理的浮煤体积 12m1.5m5m90m3。采空区浮煤孔隙率按 40 计算，需注凝胶 90m34036m3。考虑 1.5 的富余 系数，计算结果单个支架需注胶 36m31.554m3， 可覆盖煤体氧化通道。若发现漏胶严重，要及时停 止注胶，重新打孔下注胶管补注到设计注胶量。 利用布置的注胶孔，对工作面架顶、架后遗煤 进行注胶封堵，形成胶体隔离墙，防止漏风。 3.2.3 深部钻孔压注 CO2 CO2比空气的密度大，可快速沉入采空区底部 而挤出 O2，扩散并充满其空间，使采空区内 O2浓 度急速下降。与此同时，大量的高浓度 CO2的扩散 必然会提高采空区内的气体静压，进而会降低采空 区的漏风量，可以使采空区长期处于惰化状态。 工作面创条件过程中，推采速度慢，采空区漏 风严重，架后遗煤氧化升温快，普通的注胶方式不 能有效的处理采空区深部遗煤。为及时处理深部 遗煤氧化自燃的隐患，在轨顺距工作面煤壁往外 1002020 年第 5 期 [J]. 中国矿山工程，2006（03）19-21. ［2］ 刘彦斌 . 综放面初采期瓦斯治理技术研究与实验 [J]. 矿业安全与环保，2004（06）13-1417. ［3］ 金琪 . 抽采卸压技术在回采工作面瓦斯治理中的 应用 [J]. 煤矿现代化，2018，147（06）84-86. ［4］ 魏秀军，李博强 . 新景公司单一煤层初采期间瓦 斯抽放方法研究[J].煤矿现代化， 2018， 147 （06） 59-61. （上接第 97 页） 5m 处，施工钻探硐室，使用 ZLJ537 煤矿用坑道 钻机在高位处向工作面架后施工钻孔。终孔间距约 15m，终孔设计位置位于支架上部岩层 5m，深度距 离支架后尾梁约 20m。如图 3 所示。 使用钻机依次施工 1、2、3、4、5、6、 7钻孔，每次施工完钻孔后，对钻孔进行压注低温 CO2，流量调节至 200m/h，每个钻孔设计总流量为 1500m。每孔压注完 CO2后，为防止 CO2外溢，在 拔钻杆过程中，每拔 4m，压注凝胶 15m。使用该 技术不仅惰化了采空区环境，而且在拔钻杆过程中 压注凝胶，该区域得到了降温封堵。 图 3 钻孔施工示意图 表 1 钻孔设计施工参数表 钻孔 编号 钻孔直径 /mm 钻孔长度 /m 钻孔倾角 / 终孔位置 15030.8-1 14′135 支架后 20m 25042.6-10 50′125 支架后 20m 35051.7-17115 支架后 20m 45063.3-20 39′105 支架后 20m 55075.6-22 58′95 支架后 20m 65087.5-24 27′85 支架后 20m 750101.4-25 20′75 支架后 20m 3.2.4 对漏顶区域的处理 向局部漏顶区域施工钻孔充填 LFM 轻型充填 材料。LFM 轻型充填材料是一种不燃烧也不助燃的 发泡充填加固材料，工艺简单，耐压强度大。通过 风葫芦向漏顶区域施工钻孔，并通过钻孔经便携式 注浆泵将 LFM 轻型材料充填至漏顶区域，不仅起 到加固顶板作用，还有效地封堵了漏风通道。 4 应用效果 在 3306 工作面 1切眼回撤过程中，采空区共 压注凝胶 5100m3，注低温 CO2约 115200m3，对漏 顶区域充填 LFM 轻型材料约 380m3。在回撤支架 过程中，经过人工检测及气相色谱仪分析，工作面 回风流中 CO 浓度稳定在 5ppm 以下，温度最高为 26℃。通过采取以上综合防灭火技术措施，保证了 工作面的安全回撤，杜绝了火灾事故的发生。 5 结语 （1）自燃厚煤层综放工作面回撤创条件期间， 由于设备多，创条件推采速度慢，且不再进行放煤， 采空区遗煤多。因此，为预防自然发火，应对工作 面上下隅角进行注胶封堵，减少采空区漏风 [3]。 （2）加强工作面开采末期各项自然发火指标 的监测，充分利用监测监控、色谱分析等手段，并 及时对指标进行统计总结，分析规律。 （3）采空区遗煤自然发火治理较为复杂，应 根据工作面推采地质情况，先对异常区域进行有效 的控制。 （4）采取深部钻孔压注低温 CO2的防灭火措 施，可以迅速惰化采空区坏境，有效杜绝采空区遗 煤的氧化自燃。 【参考文献】 ［1］ 李彦斌，杨永康，康天合，等 . 浅埋易燃厚煤层 综放工作面防灭火技术[J].采矿与安全工程学报， 2011，28（03）477-482. ［2］ 孙德宁，谢晓铭，王洪存，等．唐公塔煤矿特厚 易自燃煤层综合防灭火技术 [J]．煤矿安全，2011 （10）35-37. ［3］ 景兴鹏，郑登峰，王焘，等．综采面煤层自燃综 合防治技术研究 [J]．煤炭工程，2008（03） 43-45.