防治采空区自燃发火设计方案及措施

防治采空区自燃发火设计方案及措施

一、采面生产衔接情况：

我矿正常生产时有1个回采工作面，4201综采工作面预计2014年7月初结束回采。4202综采工作面预计2014年7月上旬正式开始回采，预计2015年7月份底回采完毕。

二、采空区发火重点预防区域

工作面和下列地段有煤层自燃发火的可能：

1、4202综采工作面2014年7月份投产，计划2015年7月份采完，如果采空区浮煤清理不干净，再者工作面推进速度缓慢，采空区封闭不严实，工作面采空区就有可能发送自燃发火。

2、4201工作面采空区也存在有自燃发火的可能。

三、防治采空区自燃发火设计方案

（一）、概况：

现我矿主采4#煤层，自燃等级Ⅱ级，属自燃煤层，矿井采煤工作面采空区采用以喷洒阻化剂、黄泥灌浆、注凝胶为防灭火方法，以及束管监测预报系统、传感器监测系统和人工检测的防灭火系统。

（二）、黄泥灌浆防灭火

灌浆防灭火技术已在我国有自燃发火危险的矿井中得到普遍应用，也取得了良好的效果。灌入的泥浆能够吸热降温，对煤体有包裹作用，起到隔氧降温目的，同时能胶结顶板、降低采空区空隙率、增加漏风阻力。

1、灌浆防灭火特点

灌浆就是将水和浆材按适当的比例混合，制成一定浓度的浆液，

沿输浆管路借助于自然压差或泥浆泵输送到井下，然后通过钻孔或专门的灌浆引管向可能或已经发生自燃的区域灌注，以防止自燃火灾的发生或治理火区。其主要作用是（1）利用浆液的渗透作用和粘着力可使浆液覆盖在煤体表面，其中的固体物沉淀后可充填于浮煤缝隙之间，包裹浮煤，从而隔绝氧气与煤体的接触，防止氧化；（2）浆液中的水分有助于增加煤的外在水分，抑制煤自热氧化的发展，同时有利于已经自热煤体的散热。

灌浆防灭火技术在我国具有自燃发火危险的矿井得到了普遍应用，并取得了较好的防灭火效果，由于综放工作面开采的4-1号煤层为自燃煤层，设计采用灌浆防灭火技术。

2、采用灌浆防灭火的适用条件

1、煤层为自燃-容易自然煤层。

2、煤层采用仰斜开采的方法。

由于综放工作面煤层为自燃煤层，开采方式也是仰斜开采，故该方法适用于本矿。但由于这种方法具有以下缺点：(1)浆体只流向地势低处，不能向高处堆积，对高位火作用有限；(2)不能均匀覆盖浮煤，容易形成“拉沟”现象；(3)易跑浆和溃浆，恶化工作环境，影响煤质。故综放工作面在使用时应与其他防灭火方法配合使用。

灌浆防灭火方法主要注重于“灭”，即煤层出现自燃发火征兆时而使用，若煤层无自燃发火征兆时，主要以喷洒阻化剂方法为主，但灌浆系统应每隔7-10运行一次，以保证该系统的可靠性。

3、灌浆材料选择

灌浆材料必须满足以下要求：

1、不含可燃物或助燃物；

2、粒径直径小于2mm，细小粒子（粒径直径小于1mm）占75%；

3、主要物理性能指标：比重2.4～2.8，塑性指数9～14，胶体混合物25～30%，含砂量25～30%；

4、易脱水，又具有一定的稳定性；

5、具有能与较少的水混合成浆液的能力，运输时不堵塞管路或泥浆池；

6、便于开采、运输和制备，来源广，成本低。

目前煤矿常用的灌浆材料主要有：黄土、电厂粉煤灰、煤矸石粉、页岩、尾矿等。

由于西易党新煤矿地表大面积黄土覆盖，取土较为方便，因此，灌浆材料选用黄土，就地取材，挖掘机运抵制浆站，能保证灌浆工作的连续性，水源利用处理后的井下排水。

4、主要灌浆参数

1）灌浆系数

灌浆系数指泥浆的固体材料体积与需要灌浆的采空区空间容积之比，《煤矿注浆防灭火技术规范，MT/T 702—1997》规定：对于预防性灌浆一般取3％～12％，灭火灌浆时系数相应加大。

因此，综放工作面灌浆系数暂取5%，并根据实际灌浆效果实时调整。

2）土水比

浆液的土水比是反映泥浆浓度的指标，是指泥浆中土与水的体积之比，土水比的大小影响着注浆的效果和泥浆的输送。泥浆的土水比大，则泥浆浓度大，隔绝和包裹效果好，但流动性差，输送困难，泥浆输送的沿程阻力大，泥浆在管道中的流速降低，泥浆中的固体颗粒

容易沉降，造成堵管事故。土水比小，则输送相同体积的土所用的水量大，包裹和隔绝效果不好。

《煤矿注浆防灭火技术规范》（MT/T 702—1997）规定：矿井防灭火注浆浆液的土水比应为1:2～1:5。在回采工作面洒浆防火时，土水比应为1:2～1:3。

根据综放工作面灌浆的输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料，综放工作面泥浆土水比暂定为1:5，并在此基础上根据实际效果进行调整。

5、灌浆方法

我国煤矿现在使用的预防性灌浆方法有：采前预灌、随采随灌和采后灌浆三种。采前预灌就是在煤未开采之前即对煤层进行灌浆，适用于老空区过多、自燃发火严重的矿井；随采随灌就是随着采煤工作面推进的同时向采空区灌浆，主要有钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆，能及时将顶板冒落后的采空区进行灌浆处理，防火效果较好；采后灌浆是等回采结束后，将整个采空区封闭起来后进行灌浆。

根据综放工作面自燃发火的实际情况，设计采用埋管灌浆、洒浆结合的采后灌浆方法。

1）埋管灌浆

采用埋管灌浆法，即在放顶前沿回风巷在采空区预先铺好预埋灌浆管(10～20m的钢丝缠绕管)，预埋管一端通采空区，一端接高压胶管（长20～30m），胶管与灌浆支管相连，每天按放顶步距利用回柱绞车逐渐牵引灌浆管，从而使预埋管始终保持在采空区15m左右，牵引一定距离灌一次浆，以免灌浆影响回采工作，如下图所示。为防止冒落岩石砸坏注浆管，埋管时应采取防护措施（如架设临时木垛）

埋管灌浆示意图

1-预埋灌浆管（钢丝缠绕管φ89）；2-高压胶管（φ89）；3-灌浆管（铸铁管

φ89）；

4-回柱绞车；5-钢丝绳；6-采空区；7-回风顺槽；8-进风顺槽2）洒浆

当远离管口的地方灌浆效果不佳时，可采用洒浆方法，作为埋管灌浆的一种补充措施，即在回采工作面由输浆管路上接出耐压胶管，沿工作面方向向采空区均匀地洒上一层浆液。洒浆时，洒浆量要充足，能均压将采空区遗煤包裹。

3）采后封闭灌浆

工作面回采结束永久封闭后，采用密闭墙上插管灌浆法，即在工作面两端的密闭墙上分别预设的措施孔，实行“连续足量，充分灌注”，大量向闭后灌注浆液，灌浆量按充填20m采空区计算，防治最易自燃的停采线自燃和密闭漏风。此时，密闭墙的强度应满足注浆的要求，注浆时应派专人监护，一旦发现有溃浆征兆时，应立即停止注浆。

6、灌浆时间

由于综放工作面开采的4-1号煤层属自燃煤层，且为厚煤层，采空区“两道两线”会自燃发火，工作面推进30~40米灌浆一次，灌浆时间5小时，或当工作面无法正常推进、出现自燃发火隐患时延长灌