国投新集一矿采空区自燃综合防治.doc

新集一矿自燃发火综合防治丁文通1 储方健2 （1、国投新集能源股份有限公司生产部 2国投新集能源股份有限公司新集一矿）摘要新集煤矿通过释放示踪气体，确定采空区漏风分布规律，并根据实际情况，采取有针对性采空区防灭火措施，取得良好效果。关键词采空区自燃示踪气体技术化学凝胶均压防治国投新集一矿设计生产能力300万吨年。主采煤层为6、8、11、13煤，经鉴定各煤层均属易自燃煤层，自然发火期为36个月。在开采方法上，主要采用了放顶煤综采工艺；在巷道布置上，采用全部煤上（下）山，且应用集中开采的采掘布局，以减少开拓准备工程量；在采区内，采用无煤柱阶段连续开采技术，以减少掘进率，提高开采强度和资源回收率。这种开拓和采掘布局达到了高产高效的目的。但随之也产生了一系列安全问题，尤其随着采场的扩大，采空区遗煤自燃现象日趋严重。1、采空区自燃状况矿井自投产至今，回采12个综放工作面，均分布在南中央采区两翼，其中东翼5个，西翼7个。有5个采空区出现过自燃现象，占采空区总数的42%，分别是西翼的1301、1307、1309采空区，东翼的1308、1310采空区，尤其是1307、1309采空区，火区范围大，影响时间长。1307采空区自燃使南中央采区停产10天，火区处理延续近3个月；1309采空区曾出现2次自燃现象，与之相联通的5个密闭墙都检测到CO，其浓度高达3000PPM左右。2、采空区自燃原因分析（1）采区采用全部煤上（下）山，上、下巷封闭不严，密闭墙漏风；（2）采用相邻阶段无煤柱连续开采，上下阶段之间无隔离带，下阶段采掘滞后上阶段时间较短，造成下阶段在回采时向上阶段采空区漏风；（3）工作面停采线和上下巷附近的采空区支架回收不彻底，加之煤柱支承作用，顶板岩石冒落不充分，形成漏风通道；（4）采用综采放顶煤工艺，回采率在遇到地质构造变化时不易控制，有时较低，尤其是开切眼、停采线和上下巷附近，遗煤较多。3、综合防灭火技术措施（1） 采用示踪气体技术，检测采空区漏风分布规律。漏风是造成和维持采空区自燃发火的必要条件之一。因此，检测采空区漏风分布规律，有针对性地采取措施，是防止采空区自燃发火的重要手段。新集一矿在对采空区周围巷道进行阻力测定的基础上，分析确定了漏风源和漏风汇，根据漏风源和漏风汇确定示踪气体的释放点和采样点，进行示踪气体试验。先后在1305采空区释放SF6示踪气体，在1301、1307采空区释放SF6和CF2ClBr示踪气体，通过分析得知：（1）区段回采结束后，区段内顶板岩石冒落充分，压实程度好，沿倾斜方向采空区漏风阻力大，漏风量极小。（2）工作面停采线和上下巷附近的采空区是漏风的主要通道。鉴于此，我们加强了停采线及上下巷的支架回收，以保证停采线和上下巷顶板冒落充分，增加漏风风阻，减小漏风。（2）建立合理的通风系统。合理设计和定期调整通风系统，既保证采掘工作面有效供风，又要使处于自燃危险区的采空区有最小的漏风压差，如1303、1305、1307工作面收作以后，及时调整通风系统，使其进、回风密闭同时处于回风侧；1305B和1303工作面通风系统设计为下行风，使1305和1307采空区两侧风路的通风压差降低，防止或减少采空区漏风；1305工作面回采时，-304车场下部的调节风门原设置在A位置，降低了下风侧压能，-304车场密闭墙的漏风压差达40mmH2O，增大了1303采空区后部漏风，移至B位置后(如图1)，密闭墙压差降至1.412mmH2O。 同时在采面的回采过程中，坚持采用下隅角挂风帘，减少工作面向采空区漏风。（3）密闭墙充填堵漏。传统的采空区密闭墙为双瓦石单墙，即一道墙两层瓦石。新集一矿为减小密闭墙漏风，将双瓦石单墙改为双瓦石双墙，即两道双瓦石单墙，两墙间距视巷道的围岩情况而定，一般为500-1000mm，围岩情况不好的间距为巷高的23倍，在外道墙上、中、下三个位置留有措施孔，利用措施孔向两墙中间进行压注高水充填材料或水泥沙浆，进行充填；必要时，在墙的四周向帮、顶打钻，利用钻孔注浆，这样不仅可以使密闭墙与帮顶连成一个整体，减小或杜绝漏风，还能增加密闭墙的承压能力。（4）改革巷道布置，增强矿井先天防火抗灾能力。为了适应无煤柱阶段连续开采，新集矿在总结工作面“U”型通风系统优缺点之后，采用“品”字型巷道系统，即在综放工作面中上部，沿煤层走向掘送一条顶板风巷，工作面回风巷由一次沿底板掘进改为分段超前掘进，超前距离100米左右，极大地缩短了阶段无煤柱的存在时间，减少了自燃物质的通风供氧时间，同时，使“U”型通风系统变为“W”型通风系统，减小了采空区的漏风范围，还可利用下阶段的顶板风巷向上阶段采空区注氮，防止上阶段采空区自然发火。（5）连通管气室调压。根据通风系统采取有效的均压措施，调节和平衡漏风压差，减小采空区漏风。如1303采空区回风巷密闭由于质量原因造成其顶部漏风较大，闭前瓦斯经常超限，瓦斯浓度达8%左右，密闭墙内外压差为480Pa。经现场调查决定，在闭前4米处设一道临时闭，留设调节门，构成调压室 ，在调压室向-310米车场打一直径为127毫米通风钻孔，将新鲜风引入调压室进行均压。调压后，1303回风巷密闭墙内外压差由480Pa降至18Pa，闭前瓦斯不再超限，大大减少了采空区漏风。(6) 注化学凝胶堵漏风。通过释放示踪气体可知，下阶段在开采期间，向上阶段采空区漏风，特别是在下阶段工作面采到上阶段停采线附近，由于漏风距离缩短，阻力降低，采空区漏风进一步加大。同时，由于下阶段工作面收作撤除时间较长，一般需23个月，长时间漏风供氧是导致上阶段停采线遗煤自燃的重要原因。如1306工作面采至停采线时，由于推进速度慢，加上撤除准备，造成长时间向上阶段1304采空区漏风，导致1304停采线遗煤氧化，从1304上风巷密闭墙观察孔检测到CO高达560PPM，温度58，为防止1304采空区遗煤自燃的进一步恶化和扩大，在1306上风巷向1304下巷及停采线下口打钻，孔深35米，孔间距6米，利用钻孔向1304采空区和阶段间的小煤柱注凝胶。共施工钻孔11个，注凝胶1734立方米。通过注凝胶，1304采空区遗煤氧化得到了有效控制，CO浓度降至20PPM以下，温度降到35以下，并长期稳定不变。（7）预防性灌注阻化黄泥浆。在黄泥浆液中加入25%的阻化剂（CaCl2和MgCl2），形成阻化黄泥浆，其防火效果比普通黄泥浆高。采用随采随灌或采后利用周围巷道向采空区打钻注浆相结合的方法，对采空区浮煤形成阻化黄泥覆盖层，隔绝空气，阻止浮煤氧化，取得了较好效果。（8）优化综采工作面技术参数（工作面长度、循环进尺和劳动组织等），由“三八”工作面制改为“二九一六”工作制，确保工作面月推进度不低于80米，使采空区自燃带稳定时间小于煤层自燃发火期。提高回采率，减少自燃的物质基础，放煤时做到“见矸关窗”，使采区回采率不低于85%。（9）对于巷道局部高冒地点的自燃发火的预防和处理，除采用一般的注氮和常用的充填方法外，我矿采用一种高分子材料，即罗克休泡沫对高冒地点进行充填。一定比例的混合树脂和催化剂通过一支混合枪注入，发生快速反应生成泡沫，接着产品会快速膨胀到30倍，且在膨胀后几分钟内泡沫硬化。其使用的快速、高膨胀率、良好的抗压能力，在使用过程中取得了很好的防灭火