姜希印 李毅恒 陶維國

（1.西安科技大學安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧二號煤礦，山東 濟寧 272000；3.西安天河礦業(yè)科技有限責任公司，陜西 西安 710000）

礦井熱動力災害是煤礦的重大災害類型，礦井火災是礦井熱動力災害中一種，而其中以煤自燃導致的礦井火災尤為嚴重。它不僅會造成資源的大量損失，同時也易引起酸雨、霧霾等環(huán)境問題，而且還會產生溫室氣體（CO和CH4）、有毒有害氣體（CO、SO2、H2S、N2O、NOX等）和微量元素（As、F、Se、Hg等），對井下工作人員身體健康造成嚴重威脅。因此，運用正確的方法，采取恰當的防火措施，對煤礦火災防治工作具有重要意義。

濟二礦11310 綜放工作面在煤層厚、斷層多且落差大、推進速度慢、丟煤多及沖擊地壓災害嚴重等復雜因素影響下，存在煤自然發(fā)火隱患，此前進行三次封閉處理。濟二礦對研究11310 綜放工作面回采期間和停采撤架期間的防火技術十分重視，緊密結合實際情況，分析工作面煤自燃危險性，制定針對性的綜合防火方案，采取有效防火技術措施，消除工作面在正常回采和停采撤架期間的自然發(fā)火隱患，保障11310 工作面完成回采及撤架工作。

1 工作面概況及煤自燃危險性分析

1.1 工作面概況

11310 綜放工作面位于十一采區(qū)西部。11310 綜放工作面所采煤層為二疊系山西組3 煤及3下煤，黑色，以亮煤為主。工作面煤層結構復雜，含一層或多層粉砂巖夾矸，夾矸厚0.2～2.0 m。工作面整體地層為西部高、東部低的單斜構造，煤層傾角2°～15°，平均7°，工作面中、西部煤層傾角較大，東部煤層傾角相對較小。

1.2 煤自燃危險性分析

（1）松散煤體。11310 綜放工作面受斷層影響，采空區(qū)丟煤量大，出現自然發(fā)火隱患。另外由于綜放工作面架后遺煤量較多，均具備自然發(fā)火的環(huán)境，架后其他地點仍存在自燃高溫的可能。

（2）漏風供氧。采空區(qū)存在大量漏風供氧通道，漏風充足，為采空區(qū)自燃以及隱患點復燃提供了良好的供風供氧和自燃蓄熱條件。

（3）氧化時間。由于回采條件復雜、頂板破碎等因素影響，工作面推進速度慢，停留時間較長，為煤自燃或復燃提供充足的時間保障。

2 工作面防火方案及綜合防火技術

2.1 工作面防火方案

結合11310 綜放工作面的實際條件和各種防滅火技術特點，按照盡快減少采空區(qū)漏風、降低采空區(qū)氧濃度、消除高溫點的原則，確定治理方案：施工碎煤墻、隔離垛，建立防火隔離墻，鋪設風筒布，并在進風端頭及斷層前后注凝膠建立膠體隔離帶；向采空區(qū)壓注液態(tài)CO2，降低采空區(qū)氧濃度和空氣溫度；同時減少采空區(qū)遺煤量，斷層丟煤隱患點注凝膠處理。對綜放工作面進行綜合治理。

2.2 綜合防火技術應用

2.2.1 工作面監(jiān)測預報

（1）每天對工作面兩隅角、回風流、支架后方、架間監(jiān)測孔、采空區(qū)預埋束管氣體進行取樣分析 1 次，分析成分有 CH4、CO2、CO、O2、C2H6、C2H4，發(fā)現有氣體異常時及時采取措施進行處理。

（2）瓦斯檢查員必須每班對工作面兩隅角、回風流中的CO 氣體濃度、空氣溫度進行檢查，發(fā)現異常立即匯報。

（3）將11310 工作面采空區(qū)束管引入循環(huán)系統(tǒng)，每天循環(huán)監(jiān)測一次，并記錄形成報表，發(fā)現異常立即采取措施進行處理。

2.2.2 回采期間防火技術措施

（1）堵漏風技術

① 綜采一區(qū)每間隔5 m 在運順隅角施工一道碎煤墻，軌順隅角在64#處開始施工碎煤墻，進行噴涂賽福特，減少漏風。施工碎煤墻示意圖如圖1。

圖1 施工碎煤墻示意圖

② 在兩條順槽后部采空區(qū)堆積土袋（或砂袋），建立防火隔離墻，間距為60 m。在工作面上、下隅角每隔5 m 用碎煤矸和膠體防滅火材料摻和，用水灑濕，裝進編織袋，打一道擋風墻。

③ 在運輸順槽61.5#～63#點斷層揭露處高冒區(qū)提前敷設風筒布，減少向采空區(qū)漏風。對進風端頭及軌順隅角各懸掛2 道擋風簾，分別位于順槽支架后立柱及人行過橋里側、146#支架后立柱及后部機尾，擋風簾接頂接幫。

④ 在運順揭露9F38 斷層處施工高位鉆孔，利用運順雙液泵（1#泵），對施工的鉆孔壓注水玻璃膠體，單孔壓注量為50～300 m3。根據回采進度，利用運順2#雙液泵對碎煤墻間注滿水玻璃膠體，形成隔離實體，每個墻間注膠量不得低于90 m3。注膠鉆孔剖面圖如圖2。

圖2 注膠鉆孔剖面圖

⑤ 工作面支架后方沿傾斜方向鋪設高壓膠管貫穿整個工作面，工作面移架時，對采空區(qū)進行注漿作業(yè)。每次開閥數量一般為2～4 個。當工作面下機巷有漿涌出時，即可停止注漿。工作面注漿每進一刀注漿一次。

（2）降氧抑溫

通過11310 運順端頭每20 m 預留管路向采空區(qū)內壓注液態(tài)CO2，降低采空區(qū)內O2濃度及空氣溫度。隨工作面回采及碎煤墻施工預埋管路的情況，待預埋管路進采空區(qū)30～50 m 范圍內時，及時更新惰性氣體管路連接情況，保證壓注范圍保持在采空區(qū)50 m 以內。

（3）其他措施

① 減少采空區(qū)遺煤量。綜采一區(qū)加強放煤管理，后方放煤要見矸，并根據情況對兩順槽施工的錨帶進行退錨，實施放煤。

② 斷層丟煤隱患點處理。對斷層的丟煤隱患點進行注凝膠處理。自工作面60#架開始向機尾方向打鉆，對鉆孔壓注凝膠，預計單孔注膠量10～20 m3。

2.2.3 停采撤架期間防火技術措施

（1）堵漏風技術

① 對運順端頭懸掛2 道擋風簾，分別位于順槽支架后立柱及人行過橋里側；對軌順隅角懸掛2 道擋風簾，分別位于146#支架后立柱及后部機尾。擋風簾必須接頂接幫，防止向采空區(qū)漏風。

② 停采前架后鋪設風筒布。

③ 軌、運順端頭注膠。利用雙液泵超遠距離注膠系統(tǒng)，對兩順槽76#及75.5#兩道碎煤墻間充填凝膠，注膠量不得低于100 m3。鉆孔施工，壓注凝膠。停采后利用雙液泵對架間和架后鉆孔進行注膠，單組孔注膠量不少于10 m3。根據工作面內架后丟煤情況，重點處理兩端頭及9F38 斷層面附近，每5組支架施工深鉆孔，單組孔注膠量不少于50 m3。

④ 架間防滅火鉆孔壓注凝膠工藝，嚴格控制凝膠比例，水玻璃按12%配比，小蘇打按5%配比，成膠時間控制在0.5～1 min。停采后10 d 內完成注膠工作。

（2）降氧抑溫

在11310 軌順敷設1 路PVC 管路，通風系統(tǒng)調整后利用72#、74#預留管路向采空區(qū)內壓注液態(tài)CO2，降低采空區(qū)內O2濃度及空氣溫度。

（3）其他措施

① 減少采空區(qū)遺煤。工作面停采開始上網時必須沿頂截割，減少停采線丟煤。綜采一區(qū)減少采空區(qū)丟煤及停采位置留頂煤情況，及時清理工作面浮煤。

② 減小設備回撤周期。合理安排工作面撤架工作，保證工作面機械設備有序、安全、快速、高效地撤出。

3 應用效果分析

3.1 回采期間防火效果分析

工作面及回風流CO 濃度存在異常，在此期間，采取相應的防火措施，工作面和回風流CO 濃度均呈逐漸下降的趨勢。其中回風流CO 濃度由最大值80 ppm 逐漸下降至0 ppm；工作面CO 濃度由最大值287 ppm 逐漸降至0 ppm（圖3、圖4）。這說明防火措施起到消除自然發(fā)火隱患的作用，為工作面正?；夭商峁┯辛ΡＵ?。

期間，2018 年4 月，CO 濃度出現略微的升高，是由工作面推進速度減慢造成的。

圖3 工作面CO 濃度變化情況

圖4 回風流CO 濃度變化情況

3.2 停采撤架期間防火效果分析

由圖5 和圖6 可知，工作面停采撤架期間雖出現短暫CO 濃度升高情況，但均未超過24 ppm，由此可知防火措施有效消除了11310 綜放工作面停采撤架期間自然發(fā)火隱患。

圖5 工作面CO 濃度變化情況

圖6 回風流CO 濃度變化情況

4 結論

（1）從松散煤體、漏風供氧、氧化時間三個角度對濟二礦11310 工作面進行煤自燃危險性分析，闡述11310 工作面存在的煤自燃隱患，以便后續(xù)開展準確有效的防治工作。

（2）根據11310 工作面煤自燃危險性，結合工作面基本情況，按照盡快減少采空區(qū)漏風、降低采空區(qū)氧濃度、消除高溫點的原則，提出針對性的煤自燃治理方案。

（3）通過應用堵漏風、降氧抑溫以及減少采空區(qū)遺煤量和斷層丟煤隱患點處理等有效的防火技術措施，明顯降低了工作面和回風流的CO 濃度，從而消除煤自燃隱患，保證11310 綜放工作面正?；夭珊屯２沙芳芷陂g工作的順利進行。