高瓦斯易燃破碎厚煤层综放面回撤期防灭火技术的应用

高瓦斯易燃破碎厚煤层综放面回撤期防灭火技术的应用
周仲林
【摘要】针对山西省阳泉固庄煤矿高瓦斯、易燃、破碎厚煤层条件，15704综放
工作面回撤期间采空区防灭火存在高瓦斯治理和防灭火的矛盾，破碎易燃煤层自燃期短和回撤期长的矛盾，这两对矛盾造成高瓦斯易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间防灭火难度很大，提出了“超前排放瓦斯、减少工作面配风量、减少采空区漏风、减少采空区遗煤、减缓遗煤氧化及缩短回撤期”的防灭火总体方案。

通过设计施工防灭火巷和撤架巷，提前施工钻孔抽放瓦斯和施工注浆钻孔注浆加固，这两对矛盾得到有效地解决。

同时采取均压通风系统，采空区注浆堵漏与阻化等措施，防灭火效果更加安全可靠，为高瓦斯易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间防灭火提供了宝贵经验。

%Coal seams in Guzhuang mine are high gassy, combustible, broken, and thick. In the fire control of goaf in the process of equipment withdrawing on No.15704 fully-mechanized mining face, there are two conflicts:one between high-gassy control and fire control and the other between short spontaneous combustion and long withdrawing process of the broken and combustible seams. The two conflicts causes the difficulty
of the fire control. The author proposes a whole set of plan, including pre-draining gas, reducing air distribution quantity, air leakage, and residual coal of goaf, slowing down the oxidization of residual coal, and cutting the withdrawing time. The two conflicts were solved by the design of fire control alley and support withdrawing alley, pre-drainage of gas by boreholes, and grouting reinforcement. Meanwhile, the fire control is more effective and safe by measures including a pressure balancing ventilation
system, plugging and inhibiting with grouting in goaf, which could be useful for the fire control during the equipment withdrawing on the fully-mechanized mining face with high gassy, combustible, and broken coal seams.
【期刊名称】《山西煤炭》
【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】4页(P14-17)
【关键词】高瓦斯易燃;破碎煤层;综放面回撤;防灭火
【作者】周仲林
【作者单位】山西省阳泉固庄煤矿，山西阳泉 045000
【正文语种】中文
【中图分类】TD712
高瓦斯易燃破碎厚煤层综放面回撤期防灭火技术的应用
周仲林
（山西省阳泉固庄煤矿，山西阳泉045000）
摘要：针对山西省阳泉固庄煤矿高瓦斯、易燃、破碎厚煤层条件，15704综放
工作面回撤期间采空区防灭火存在高瓦斯治理和防灭火的矛盾，破碎易燃煤层自燃期短和回撤期长的矛盾，这两对矛盾造成高瓦斯易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间防灭火难度很大，提出了“超前排放瓦斯、减少工作面配风量、减少采空区漏风、
减少采空区遗煤、减缓遗煤氧化及缩短回撤期”的防灭火总体方案。

通过设计施工防灭火巷和撤架巷，提前施工钻孔抽放瓦斯和施工注浆钻孔注浆加固，这两对矛盾得到有效地解决。

同时采取均压通风系统，采空区注浆堵漏与阻化等措施，防灭火效果更加安全可靠，为高瓦斯易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间防灭火提供了宝贵经验。

关键词：高瓦斯易燃；破碎煤层；综放面回撤；防灭火
中图分类号：TD712
文献标识码：A
文章编号：1672- 5050（2015）04- 0014- 04 DOI:10.3969/ki.issn1672-5050sxmt.2015.04.005
收稿日期：2015- 04- 02
作者简介：周仲林（1969－），男，山西岚县人，大学本科，工程师，从事矿山救护工作。

易燃厚煤层综采放顶煤工作面回撤期推进速度慢，采空区遗煤多，停采筑撤架巷及回撤期长，采空区遗煤极易氧化畜热至着火点，从而引发采空区自燃火灾事故，致使工作面设备无法回撤，而造成人员伤亡或财产遭受巨大损失。

高瓦斯、破碎厚煤层的防灭火问题更复杂更困难。

因此，以山西省阳泉固庄煤矿15704综采放顶煤工作面为研究对象，对高瓦斯、易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间防火技术进行了深入探索，以期达到综采放顶煤工作面安全顺利回撤的目的。

1 矿井概况
山西省阳泉固庄煤矿设计生产能力150万t，矿井采用平硐开拓方式，矿井通风方式为分区对角式，矿井通风方法为机械抽出式。

属于高瓦斯，绝对瓦斯涌出量76.31 m
3/min，相对瓦斯涌出量22.92 m
3/t。

主采煤层15号煤（俗称丈八煤）煤层平均厚度7 m，倾角5毅
~8毅。

煤层本身有自燃发火倾向，自燃发火期为60 d，有爆炸性。

15704工作面位于15号煤七采区，倾斜长为180 m，走向长为1 450 m。

可采
范围内地质构造复杂，断层及裂隙发育，煤层破碎。

工作面采用综采放顶煤回采工艺，全部垮落法管理顶板,采用U+L型通风，工作面共安装液压支架119架。

工
作面巷道布置为1面3巷，即1条进风巷，1条回风巷，1条瓦斯尾巷。

进风巷进风和运煤，回风巷回风和运料，瓦斯尾巷回风和排放上隅角瓦斯。

进、回风巷沿
15号煤层底板布置，巷道顶板为4.4 m厚的煤顶，瓦斯尾巷与回风巷内错10 m，沿15号煤层顶板布置，区段间保护煤柱30 m。

15号煤层五采区、二采区工作面回收阶段都曾经发生采空区自燃现象,造成极大的危害和严重的经济损失。

2 防灭火技术方案的确定
2.1防灭火技术特点分析
高瓦斯易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间，综采放顶煤工作面提前停止放顶煤，机采割煤挂网筑撤架巷，推进速度慢，综采放顶煤工艺采空区遗煤多不可避免，破碎煤层释放瓦斯速度快，瓦斯涌出量大，漏风大，易燃碎煤与氧接触面大，极易氧化蓄热，停采筑撤架巷及回撤期长，更为供氧蓄热提供了适宜的条件，因而高瓦斯易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间防灭火技术难度更大。

高瓦斯治理的主要技术措施是瓦斯抽放和大风量通风，回撤期间专用排瓦斯巷排放瓦斯效果差，瓦斯涌出量大，这必然导致向采空区的漏风范围和漏风量明显增加，这与预防自然发火的主要技术措施堵漏隔氧防蓄热发生矛盾，给高瓦斯易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间防灭火又增加了技术难度。

2.2防灭火技术方案的确定
高瓦斯易燃破碎厚煤层综采放顶煤回撤期间的技术特点，要求处理好高瓦斯治理和防灭火的矛盾，破碎易燃煤层自燃期短和回撤期长的矛盾，必须统筹兼顾，全面考虑解决好这两对矛盾，这也是高瓦斯易燃破碎厚煤层综采放顶煤回撤期间防灭火的关键。

为此，以解决这两对矛盾问题为中心，提出“超前排放瓦斯，减少工作面配风量，减少采空区漏风，减少采空区遗煤，减缓遗煤氧化，缩短回撤期”的防灭火总体方案。

设计施工专用防灭火巷道，用于抽放瓦斯、巷道掘进期间回风、注浆堵漏、注阻化剂防灭火和均压通风等；设计施工撤架巷，末采时不用采煤机割煤筑撤架巷，可大大缩短回撤期，同时末采也可放顶煤，减少采空区遗煤；调整通风系统，安装局部通风机调节风压差，减少采空区漏风；超前注浆加固破碎的区段煤柱堵漏，加强上下隅角堵漏；加强采空区遗煤阻化和惰化。

3 防灭火技术方案的实施
3.1设计施工防灭火巷道
防灭火巷超前停采线20 m，平行于15704工作面，从15704工作面进、回风巷起始端开口，起坡后进入15号煤顶板，沿15号煤顶板布置，在防灭火巷中部用联络巷与15号煤七采区回风巷联通，见图1。

防灭火巷断面3.6 m伊2.6 m（宽伊高），采用锚杆锚索支护。

图1 工作面巷道布置及通风系统示意
防灭火巷为多功能巷道，主要功能是：当采空区有发火征兆时，由防灭火巷施工钻孔，注灭火材料防灭火，若火势难于控制时，在工作面封闭的情况下，可通过防灭火巷钻孔继续灭火，能尽快灭火，恢复生产；施工抽放钻孔，排放瓦斯，降低瓦斯
浓度，减少回撤巷道风量，可起到减少采空区漏风的作用；工作面回撤期间，防灭火巷可用于调整通风系统，将工作面进、回反向，使回撤作业处在新鲜风流中，降低回撤作业地点瓦斯和煤尘浓度，避免因机械火花引起瓦斯煤尘爆炸事故；工作面回撤完毕封闭采空后，可利用防灭火巷采用均压防灭火技术，对火区管理很有利；施工注浆钻孔，加固破碎煤层，封堵裂隙，减少采空区漏风通道，是减少采空区漏风的最有效的技术措施。

防灭火巷还有一个重要的辅助功能，作为15704进、回风掘进施工期间的专用回风通道，解决掘进串联通风问题，因此防灭火巷应在15704工作面进、回风巷施工前完工。

由此可知，设计施工防灭火巷是高瓦斯易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间防灭火最有效的技术措施。

3.2设计施工撤架巷
撤架巷位于停采线，平行于15704工作面，沿15号煤层底板布置，贯通15704工作面进、回风巷，见图1。

撤架巷断面4.3 m伊2.6 m（宽伊高），采用锚网索（锚杆、锚索、W钢带、槽钢梁、金属网）联合支护。

通常情况下，距停采线20 m，停止放顶煤。

距停采线10 m，开始铺顶网，准备筑撤架巷。

当推进至撤巷位置，液压支架停止拉架，推移千斤与刮板输送机摘开，用移溜器推移刮板输送机，采煤机割煤筑撤架巷，费时费力，特别是15704工作面末采位置煤层破碎，顶板管理困难，筑撤架巷极不安全且工期长，是影响回撤期的主要原因。

因此，设计施工撤架巷，采用巷道掘进的方法，提前施工撤架巷，可大大缩短回撤期。

末采阶段不放顶煤，主要原因是减少对撤架巷顶板破坏，保证安全顺利地筑撤架巷和撤架，通过注浆加固和加强临时支护等措施架加固撤架巷，可实现末采阶段继续放顶煤，既提高了回采率又因减少采空区遗煤有利于采空区防灭火。

同时，在撤架巷内施工瓦斯抽放钻孔，排放瓦斯，降低瓦斯浓度，减少回撤巷道风量，可起到减少采空区漏风的作用。

因此，设计施工撤架巷，是高瓦斯易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间防灭火的关键性的技术措施。

3.3调整通风系统
经过防灭火巷和撤架巷超前排放瓦斯后，瓦斯浓度大大降低，应根据瓦斯浓度大小降低工作面供风量。

在工作面与撤架巷割通后，应调整通风系统，将工作面回采期间通风系统由进风巷进风，回风巷和尾巷回风调整为回风巷进风，进风巷回风，同时减少供风量，保证回撤作业在进风流中进行。

在工作面回风材料巷安装1套2伊15 kW的局部通风机，用于回撤期间向撤架巷供风，防止撤架巷撤架后冒落造成通风不畅和风阻大时的局部通风。

在进风巷口施工调节墙，并安装1套2伊15 kW的局部通风机，进风巷变回风巷后，用于稀释隅角瓦斯的同时减少工作面两端压差，既起到均压作用又可减少采空区漏风。

这两套局部通风机配合风门、密闭和调节墙等通风设施，形成增压提能及压力调整控制的均压系统。

为了防止撤架巷在支架回撤后顶板冒落，随着支架的回撤，在撤架巷内支设木垛对顶板进行支护道，保证撤架巷断面满足正常全负压通风的要求，同时降低了工作面通风阻力，减少采空区漏风。

木垛井字形叠构，接顶严密，规格2 m伊2 m，中心距5 m，见图2。

图2 工作面支护方式与钻孔位置图
在工作面回撤期间，上临近层12704瓦斯高抽巷停止对15704工作面瓦斯抽放，防止抽采负压增加采空区漏风量，造成自然发火隐患。

3.4巷道注浆加固与堵漏
针对易燃破碎煤层的现状，采用注浆技术利用注浆设备将新型高分子材料浆液压入煤岩体，来充填和固结煤岩的裂隙面，加固破碎煤岩，既控制了巷道变形破坏又封
堵煤层裂隙防止了漏风。

注浆加固与堵漏，包括撤架巷、进、回风永久封闭墙以里至停采线20 m的实体煤巷道、停采线向采空区延伸30 m的区段巷道保护煤柱。

撤架巷和进、回风永久封闭墙以里至停采线的巷道，必须在回收液压支架前加固完毕，否则将影响回收工作；停采线至采空区的区段巷道煤柱，必须在工作面回采至此范围前超前加固完毕，否则注浆加固无法施工。

注浆施工参数:注浆深度不低于5 m，注浆压力2耀4 MPa，扩散半径为1.8 m，单孔注浆量50 kg/孔，注浆孔径30 mm。

注浆孔采用“三花眼”布置，间排距3 m，采用CN-1型固特珑双浆液注浆材料
和QB6C型气动高压双浆液化学注浆泵及其配套设备施工。

3.5采空区注浆堵漏与阻化
1）施工钻孔注凝胶。

提前在防灭火巷内向采空区内设计施工
75 mm钻孔，孔间距5 m，保证终孔位置伸向工作面液压支架后10 m。

工作面与撤架巷贯通停采后，通过钻孔向采空区灌注水玻璃凝胶，对工作面架后遗煤进行湿润与包裹，同时形成胶隔离墙，隔离采空区，减少采空区漏风。

2）防火钻孔注浆。

在防灭火巷内利用已施工的瓦斯抽放孔，作为防火钻孔，终孔控制在采空区架构顶板以上层位。

通过防火钻孔对工作面氧化带进行注黄泥浆处理，注浆后工作面CO有较为明显的下降，防火钻孔在几种措施中效果也最为明显。

3）架后埋管注浆。

距工作面停采线80 m、60 m 及30 m在支架后铺设3趟注浆管路，分别将3路灌浆管接“三通”上隅角预埋，出口要保持畅通，注浆管末端1节管路必须使用花管。

灌浆管埋入采空区后，每班向采空区注黄泥浆，并建立灌浆台账。

4）采空区注氮。

距工作面停采线前50 m，下隅角开始将注氮管预埋，并在预埋
的管路上每隔10 m接“三通”，共计3个出口向采空区24 h不间断注氮。

5）上下隅角及架档堵漏。

至停采线时，立即对15704工作面架档，用双抗编织
袋装煤进行充填，缩短漏风通道，减少采空区漏风。

并对工作面上下隅角进行连续充填，减少采空区漏风。

为确保双抗编织袋封闭的严密性，在双抗编织袋上喷洒1层MEA化学防火材料，进一步减少采空区漏风。

当架档堵漏结束后，立即向架档内插管向架后采空区注罗克休对架档及架后进行充填，更好的对采空区进行堵漏。

3.6采空区气体监测
1）采空区束管监测。

工作面推进至停采线80 m、60 m及30 m时，分别在60号、80号、100号支架和上下隅角等处预埋束管采样头，伸入采空区20 m左右，每天抽取气样进行化验，分析工作面的“三带”分析。

提供采空区氧化自然发火预测预报信息，以便及时采取应对措施。

2）火区观测检查。

工作面停采后，在工作面每隔15架支架及上下隅角安设CO
和温度检测点，每天检查1次CO浓度和温度，及时发现火情隐患，采取应对措施。

4 结束语
高瓦斯易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间，应全面考虑瓦斯治理、破碎变形巷道加固、易燃煤层采空区防灭火。

存在高瓦斯治理和防灭火的矛盾，破碎易燃煤层自燃期短和回撤期长的矛盾，这两对矛盾，统一于防灭火中，给高瓦斯易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间防灭火增加了难度。

通过设计施工防灭火巷和撤架巷，提前施工钻孔抽放瓦斯和施工注浆钻孔注浆加固，这两对矛盾得到有效地解决。

同时采取均压通风系统，采空区注浆堵漏与阻化等措施，防灭火效果更加安全可靠，为高瓦斯易燃破碎厚煤层综放工作面回撤期间防灭火提供了宝贵经验。

Application ofFire ControlTechnology in Equipm ent W ithdrawing on
Fully-m echanized M ining Facewith High Gassy Com bustible Broken
CoalSeam
ZHOU Zhonglin
(Guzhuang Mine, Yangquan 045000, China)
Abstract:Coal seams in Guzhuangmineare high gassy, combustible, broken, and thick. In the fire control of goaf in theprocessof equipment withdrawingon No.15704 fully- mechanized miningface, there aretwoconflicts: onebetween high- gassy control and firecontrol and theother between short spontaneous combustion and long withdrawing process of the broken and combustible seams. The two conflicts causes the difficulty of the fire control. The author proposes a whole set of plan, including pre- draining gas, reducing air distribution quantity, air leakage, and residual coal of goaf, slowing down the oxidization of residual coal, and cuttingthewithdrawingtime. Thetwoconflictsweresolved by thedesign of firecontrol alley and support withdrawing alley, pre- drainage of gas by boreholes, and grouting reinforcement. Meanwhile, the fire control is more effective and safe by measures including a pressure balancing ventilation system, pluggingand inhibitingwith groutingin goaf, which could beuseful for thefirecontrol duringtheequipment withdrawingon thefully- mechanized miningfacewith high gassy, combustible, and broken coal seams.
Key words: high gassy and combustible; broken coal seam; equipment withdrawing on fully- mechanizedminingface; firecontrol
（编辑：武晓平）。