易燃厚煤层超长综放面采空区火灾治理技术

1、 易燃厚煤层超长综放面采空区火灾治理技术 1 工作面概况 常村煤矿属易燃矿井，生产力量180万 t/a。现正在回采的21072综放面是河南省首个“小煤柱护巷外错布置的超长综放面”。 21072综放面位于矿井唯一主采盘区21盘区3个条下山以东自上而下的第4个工作面，上、下为已采完毕的21052综采面和21092综放面，东为盘区东部边界断层带，西为盘区下山爱护煤柱，属孤岛区段。走向长1 460 m，倾向长220 m。煤层产状较平缓，倾角8°17°，可采煤厚6.310 m。圈定范围内地质构造较简洁，切眼外220 m范围内有5条落差为12.5 m的断层。工作面上巷上距21502下巷

2、5.5 m，下距21051下巷16 m。下巷下距21092上巷7 m，上距21091上巷11 m。里段580 m基本为实体煤，外段全部处于21091,21071,21051采空区的下层。所采煤层为侏罗纪中统下部义马组23煤，煤岩以亮煤为主，普氏系数=22.5。煤种低变质的长焰煤，挥发份含量高达42.3，自燃倾向性极其严峻，自然发火期1530 d。煤层瓦斯含量整体上较小，相对瓦斯涌出量为1.351.76 m3/t。但受盘区东翼局部顶板砂岩体条带自上而下纵贯全区的影响，工作面沿走向有221 m原始煤层的瓦斯含量较大，相对瓦斯涌出量达到4.25.77 m3/t。煤尘具有危急性，爆炸指数48.33。通

3、风方式为“U”型上行负通风。 工作面采纳自然垮落法管理顶板。割煤高度2.6 m±0.1 m，放煤高度3.67.3 m，采放比为1:(1.251.27)，机头、机尾各3架不放顶煤。 2021年2月8日，工作面回采273.5 m时，回风流CO浓度呈快速增大趋势，一天时间内由0.006增大到0.024。120架以上支架后尾梁架缝CO达到0.060.5。130135架的后尾梁架缝CO最大，达到0.5，但整个工作面及回风流没有烟雾。上述征兆表明工作面采空区已发火。 2 火点位置判定及发火缘由分析2.1 火点位置判定 精确判定火点位置，是有效，快速灭火的关键。火情消失后，依据CO气体涌出特征、采

4、空区漏风特征及近段工作面生产状况等对火点位置进行综合分析、判定。 1）依据工作面120架以上支架后尾梁均涌出高浓度CO气体，且130135架后尾梁架缝CO气体浓度明显高于其两侧，结合采空区漏风轨迹、CO气体集中运动规律、工作面130架以上顶煤放出状况，以及130架顶层对应于21051下巷的实际，初步判定发火点有2处：一是130架顶层的21051下巷下帮松动破裂的高温煤体落入本煤层采空区后遇风自燃；二是工作面下半部局部架后采空区遗煤自燃。 2）现场观测期间，机组在43架停滞时，4345架后尾架缝CO浓度由0.008锰增到0.3。并且，10架以上后尾梁架缝CO浓度均不同程度增大。当机组上行离开后，

5、该处后尾梁架缝CO浓度突降到0.05，且10架以上后尾梁架缝的CO浓度基本恢复原状。依据工作面局部存在较大风压差时采空区的漏风轨迹和CO气体集中涌出特征，可进一步判定下部火点位于10架以下局部架后，且距工作面较近。 3）2月4日4点班，气割工作面下端头架上侧后立柱顶部连接销时，曾引燃过架顶碎煤。并且，自该班起，受工作面下半部顶板破裂，支架工作阻力较小失稳倒斜的制约，工作面下口几乎未动。加之当时下隅角巷顶客观存在高冒区，其中的碎煤消失自燃隐患时，前期往往不易被检测到，落入采空区后，诱发自燃的可能性极大。由此可锁定下部火点位于3架以下、且靠近支架后尾梁的架后遗煤。随后的灭火实践证明了该判定是精确的

6、。 2.2 发火缘由分析 造成发火的缘由除煤层自身具有极易自燃的特性外，主要有： 1）工作面3架以下采空区遗煤发火缘由 一是未彻底处理洁净气割引燃架顶的碎煤，造成潜在的、最直接的发火危急源；二是下隅角巷顶高冒区消失高位自燃隐患点未及早检测到，支护棚梁回撤后顶煤塌落，疏松程度增大，触氧面和吸氧条件由弱变强，氧化速率加快后释放的热量积聚；三是受工作面下部支困倒斜扶正的影响，推动速度很快，自燃隐患点的外部条件未得到较大转变而使蓄热环境遭到破坏。尤其是10架以下，几乎是原地不动。上述因素综合的结果则造成发火。 2）130架顶层的21051下巷遗煤发火缘由 依据“O”型圈理论可知，虽然21051工作面早已采过，但沿巷道周边客观存在着未压实条带，本分层工作面顶煤放出后，势必与其连通。加之21072上巷顶板存在多处高冒区，在矿井通风负压的作用下，极易形成很难被检测发觉的、简单的“一源多汇”漏风通道，造成向顶层采空区遗煤连续漏风供氧而积热。随着工作面对前推动，热煤体落入