易燃厚煤层超长综放面采空区火灾治理技术

易燃厚煤层超长综放面采空区火灾治理技术CONTENTS目录01采空区火灾概述02火灾监测预警技术03火源探测技术04防灭火技术措施CONTENTS目录05全断面治理技术06工程案例分析07安全管理措施08技术创新与发展01采空区火灾概述火灾危害与影响人员生命安全威胁火灾产生大量高温火焰和有毒有害气体，如一氧化碳、二氧化硫等，易造成井下人员中毒、窒息或烧伤，严重时导致群死群伤事故。煤炭资源与设备损毁采空区火灾会烧毁大量遗煤资源，据统计，我国每年因煤自燃损失的煤炭资源巨大；同时高温火焰会烧毁井下机械设备，影响矿井正常生产。引发瓦斯、煤尘爆炸风险采空区火灾可能引爆积聚的瓦斯和煤尘，发生瓦斯、煤尘爆炸事故，扩大灾害范围，对矿井造成毁灭性破坏。矿井生产中断与经济损失火灾发生后，矿井需停产进行灭火救灾，导致生产中断，造成巨大经济损失，如某矿采空区火灾治理期间，直接经济损失达数千万元。环境污染与生态破坏火灾产生的浓烟和有害气体排放到大气中，污染环境；同时可能破坏地下水资源和地表生态，影响矿区周边生态平衡。自然发火条件分析煤炭自燃倾向性煤层具有自燃倾向并呈破碎堆积状态存在是自燃的基础条件，如耿村煤矿23煤层自然发火期短，最短仅为7天，属易自燃煤层。氧气供给条件采空区漏风通道为遗煤提供持续氧气，如分层开采导致上下分层及相邻工作面采空区间形成漏风裂隙，氧浓度适宜时加速煤氧复合反应。热量积聚环境采空区封闭空间使煤氧化产热难以散发，当漏风量适中（既满足氧化需氧又利于热量积累）时，易形成局部高温区域，如综放面采空区30m后氧化带易出现热量积聚。时间因素煤体暴露时间超过其自然发火期，综放工作面走向长度大（常超过2000m），回采时间易超过煤层最短自燃发火期，增加自燃风险。综放面火灾特点

火源隐蔽性强，定位难度大综放工作面采空区属于封闭区域，自燃带一般在工作面30m之后，发火初期不易发现，通常在工作面察觉异样时，采空区已形成炽热体。

遗煤量大且破碎，氧化条件充分综放开采顶煤回收率一般不超过80%，采空区遗煤多且受矿山压力作用呈破碎状态，与氧气接触面积大，为自燃提供了充足的物质基础。

漏风通道复杂，供氧条件持续采空区受采动影响裂隙发育，漏风源多且漏风量大，易形成层流状态，为遗煤氧化提供持续氧气，同时导致热量积聚，加速自燃进程。

工作面推进时间长，超过自燃发火期综放工作面走向长度常超过2000m，回采时间超过煤层最短自燃发火期，煤体暴露时间长，增加了自燃发火风险。

易发火区域集中，两端头隐患突出一次采全厚综放面易发火点依次为开切眼与停采线、运输顺槽及回风顺槽；分层开采时上分层采空区及本层采空区为高发区域，两端头因漏风大成为隐患重点。02火灾监测预警技术温度监测系统

温度传感器布设方案在采空区不同位置布设温度传感器，实现对采空区温度变化情况的实时监测，确保监测覆盖的全面性和准确性。

红外线热像仪监测应用利用红外线热像仪等设备，对采空区内的高温区域进行监测，及时发现潜在的自然发火风险，为火灾防控提供直观的温度分布信息。

温度数据实时传输机制通过数据传输系统将温度传感器采集到的数据实时上传至监控中心，确保温度数据的及时性，以便工作人员实时掌握采空区温度动态。

温度异常响应流程当监测到采空区温度出现异常升高时，立即启动预设的响应流程，通知相关人员进行现场核查和处理，防止火灾事故发生。气体检测技术束管监测系统

采用JSG8煤矿火灾束管检测系统，配合ZWY60/90型水环式真空泵及直径10mmPE-ZKW矿用聚乙烯束管，可对采空区横向和纵向不同位置气体成分及浓度进行实时采样分析，确定发火区域范围。钻杆内径气体检测技术

在向采空区钻孔过程中，每隔一定距离（一般10m，隐患区可缩短）在Φ73mm钻杆内径安放束管，实时监测气体变化，结合钻孔深度（设计350m）实现发火区域精准定位。关键气体指标分析

重点监测氧气、二氧化碳、甲烷及一氧化碳浓度，通过气体组分变化判断氧化反应活跃程度。例如，一氧化碳浓度异常升高或氧气浓度骤降，可作为采空区自燃发火的预警信号。移动监测与数据传输

采用便携式气体检测仪与束管监测系统结合，实现井下数据实时采集与地面分析平台联动，确保发火隐患早发现、早预警，为后续注浆注氮作业提供精准数据支持。束管监测系统应用

系统组成与关键设备束管监测系统主要由束管、采样装置、气体分析单元及数据处理中心构成。核心设备包括JSG8煤矿火灾束管检测系统、ZWY60/90型水环式真空泵移动泵站，采用直径10mm的PE-ZKW矿用聚乙烯束管，实现采空区气体的远距离抽取与分析。

监测布点与采样策略在相邻工作面顺槽巷道顶部向生产工作面采空区水平方向钻孔，每钻进10m（隐患区域可缩短）在钻杆内插入束管，对采空区横向和纵向不同位置气体进行采样。钻孔深度设计为350m，孔间距根据地质情况确定，一般为20m，隐患区域可缩小间距。

气体分析与发火区域判定通过分析束管采集的氧气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等气体成分及浓度，结合温度数据判断氧化反应活跃程度。当检测到气体浓度超标时，可确定发火区域范围，为后续注浆、注氮等治理措施提供精准定位。

应用优势与实践价值束管监测系统实现了采空区内部气体的实时、动态监测，克服了采空区矸石松散、钻孔形状难保持的难题，可早期预警自燃隐患。某矿应用该技术后，在工作面后方83m采空区成功定位发火区域，指导点状连续注浆形成封闭带，降低了治理成本并避免生产中断。预警模型构建

温度预警模型通过采集和分析采空区不同位置温度传感器的实时数据，建立温度变化趋势预测模型，当监测温度超过设定阈值时，实时发出自然发火风险预警。

气体预警模型基于采空区内氧气、二氧化碳、甲烷等气体浓度的监测数据，构建多参数耦合分析模型，通过气体组分变化规律判断氧化反应活跃程度，实现对采空区自然发火风险的动态预警。

火源预警技术集成整合红外线探测技术、烟雾探测器等设备的监测数据，建立火源识别与定位算法模型，对采空区内潜在火源进行实时监测和预警，提高发火点早期发现能力。03火源探测技术钻孔气体分析方法

气体采样技术在向采空区钻孔过程中，每隔10米（隐患区域可缩短）在钻杆内径安放束管进行气体采样，通过ZWY60/90型水环式真空泵将采空区气体抽至地面分析系统。

关键气体指标监测重点监测氧气（O₂）、二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）及一氧化碳（CO）浓度，其中CO浓度是判断煤氧化活跃程度的核心指标，超标时提示靠近发火区域。

发火区域定位方法通过相邻钻孔不同深度的气体浓度数据分析，结合孔间距（一般20米，隐患区缩短）及角度调整，绘制采空区气体浓度分布曲线，确定发火区域范围及高温点位置。

检测系统配置采用JSG8煤矿火灾束管检测系统，配套直径10mmPE-ZKW矿用聚乙烯束管，实现对采空区横向及纵向不同位置气体成分的实时连续监测与分析。红外探测技术

技术原理与优势红外探测技术基于物体温度高于绝对零度时辐射红外线的原理，可非接触式实时监测采空区温度场分布，具有灵敏度高、响应速度快（毫秒级）、空间分辨率高的特点，能穿透烟雾和粉尘识别隐蔽高温区域。

主要设备与技术参数常用设备包括红外热像仪（分辨率≥640×512像素，测温范围-20℃~150℃）、红外点温仪（精度±1℃），配合矿用隔爆外壳适应井下潮湿、粉尘环境，部分设备支持无线数据传输至地面监控中心。

现场应用与布置方案在工作面支架、顺槽巷道顶部按5-10米间距布置红外传感器，重点监测采空区漏风通道、上隅角等高危区域；通过钻孔将红外探头深入采空区内部，可实现300米范围内温度实时监测，数据每10秒更新一次。

数据处理与预警阈值红外数据经分析平台处理生成温度场热力图，当监测点温度超过70℃或升温速率＞2℃/h时自动触发预警；结合气体监测数据（如CO浓度＞20ppm）可实现多参数联动判识，降低误报率至5%以下。采空区三带划分01散热带特征位于采空区靠近工作面区域，漏风量最大，氧气浓度最高，但风速大导致热量难以积聚，不具备自燃条件。02氧化升温带特征处于散热带与窒息带之间，氧气浓度适中且能满足煤氧化需求，温度易积聚，是采空区自燃火灾的高发区域。03窒息带特征位于采空区深部，氧气浓度稀薄，无法维持煤的持续氧化反应，虽温度较高但不易发生自燃。04三带划分意义明确采空区不同区域自燃风险等级，为针对性实施防灭火措施（如注氮、灌浆）提供科学依据，提升防控精准性。04防灭火技术措施注浆防灭火技术

01技术原理与作用机制通过向采空区灌注黄土浆、粉煤灰浆等材料，填充遗煤裂隙并包裹煤体，隔绝氧气接触，同时利用浆液水分吸热降温，抑制煤氧复合反应，减缓氧化生热进程。

02主要材料与配比要求常用材料包括黄土、粉煤灰等，需按一定比例加水制成浆液。例如黄泥灌浆通常采用土水比1:4-1:6的配比，确保浆液流动性以充分填充采空区裂隙。

03施工工艺与关键参数通过钻孔向采空区注浆，如在相邻工作面顺槽顶部向采空区水平钻孔，钻深可达350m，退孔时每隔一定距离注浆形成连续封闭带。注浆压力、流量需根据采空区体积及漏风情况动态调整。

04应用特点与适用场景适用于采空区遗煤较多、漏风通道复杂的情况，可有效阻止火灾蔓延。但存在材料消耗量大、施工周期较长等问题，常与注氮、阻化剂等技术联合使用以提升效果。惰性气体防灭火

惰性气体防灭火基本原理向火区注入氮气、二氧化碳等惰性气体，降低氧气浓度至12%以下，抑制煤氧复合反应；同时惰性气体吸收热量，降低煤体温度，破坏蓄热条件。

常用惰性气体类型及特性氮气（N₂）：成本低、来源广，注入后能快速惰化采空区，氧浓度可降至8%以下；二氧化碳（CO₂）：密度大、扩散性强，适用于封闭火区，但需注意人员防护。

注氮防灭火技术参数采用间歇式注氮工艺，周期3天/次，单次注氮量17640m³；通过埋管方式向采空区注入，使氧浓度控制在10%以下，温度降低至30℃以下。

液态惰性气体应用优势液态氮/二氧化碳汽化时吸收大量热量，快速降温；膨胀后体积增大600-800倍，可迅速充满采空区，窒息灭火效果显著，尤其适用于隐蔽火源。阻化剂应用技术阻化剂作用原理阻化剂多为吸水性强的盐类（如CaCl₂、MgCl₂），附着煤表面形成含水液膜，惰化活性结构并隔绝氧气，同时通过吸水保持煤体潮湿，利用水的吸热降温作用抑制煤自热氧化。常用阻化剂类型主要包括氯化物类（如氯化钙、氯化镁）、凝胶类（如普瑞特矿用防灭火专用液JTF-I）、泡沫类等，其中普瑞特防灭火专用液集凝胶、泡沫等优点于一体，可固结90%以上水分形成凝胶层。关键应用工艺通过喷洒、灌注等方式施用于采空区遗煤、破碎煤柱及断层构造带。对采空区可结合钻孔进行多点均匀喷洒，对高风险区域采用凝胶阻化剂进行针对性灌注，形成保护层阻止煤氧接触。适用场景与优势适用于综放工作面采空区、停采线、煤柱破坏区等易自燃区域，尤其对易燃厚煤层效果显著。具有操作简便、成本较低、作用持久等优势，可与灌浆、注氮等技术联合使用提升防灭火效果。凝胶防灭火技术凝胶防灭火技术的作用原理凝胶材料具有固水性、吸热降温性、密封堵漏性和阻化性。通过向煤体裂隙或冒落区中注入凝胶材料，可降低漏入煤体或冒落区的风量，吸收煤体氧化产生的热量，减缓煤氧化自燃的速度，使已自燃氧化的煤体在缺氧环境下停止氧化。普瑞特矿用防灭火专用液的技术优势徐州吉安研发的普瑞特矿用防灭火专用液（JTF-I）集凝胶、黄泥灌浆、三相泡沫、氮气和阻化剂的防灭火优点于一体。水浆生成泡沫后缓慢形成凝胶，能大量固结水分，避免浆液流失或溃浆，提高浆水在采空区的滞留率；形成的凝胶能以泡沫为载体对采空区高、中、低位火源或浮煤大范围全方位覆盖，固结90%以上水分并形成凝胶层，防火时持久保持煤体湿润并隔绝氧气，灭火时长久吸热降温，防止火区复燃。凝胶防灭火技术的应用特点凝胶防灭火技术能够针对性地处理采空区等隐蔽区域的火源，尤其适用于易燃厚煤层综放工作面等复杂环境。其施工可通过钻孔等方式进行，能有效填充煤体缝隙，形成稳定的防火屏障，兼具灭火和预防复燃的双重功效。均压通风技术

均压通风技术原理均压通风技术通过调节采空区漏风风路两端的风压差，降低漏风风路的风阻，从而减少漏风量，抑制遗煤氧化自燃。其核心是通过控制通风系统，使采空区内外压力趋于平衡，切断氧气供给通道。

均压通风技术实施方法在工作面上安全出口以外100m处建造调节风门，与回风轨道的调节风门联合控制，保持工作面供风量稳定，降低工作面上、下端的风压差，减弱采空区漏风强度和漏风量，缩窄采空区氧化带宽度。

均压通风技术应用效果通过均压通风技术，可有效提升工作面通风系统的稳定性，防止采空区自燃隐患点被恶化，为易燃厚煤层超长综放面采空区火灾治理提供有力保障。05全断面治理技术钻孔施工工艺

主要设备选型选用ZDY-3500LP型液压钻机，配套Φ73mm×1m直角大螺距钻杆，设计钻深可达350m，满足采空区深部作业需求。

钻孔布置方案在相邻工作面顺槽巷道顶部向生产工作面采空区水平方向钻孔，孔间距根据地质情况设计，一般为20m，隐患区域可缩短间距。

钻进作业流程从工作面支架后方向采空区深部逐次钻孔，钻孔深度需横贯整个工作面采空区；钻进过程中严格控制钻速与角度，确保钻孔轨迹精准。

钻孔功能实现钻孔兼具气体检测与注浆（注氮）功能：钻进时通过钻杆内径安放束管检测气体，退孔时利用钻杆内径进行注浆（注氮）作业，形成连续封闭带。立体注浆技术技术原理通过在采空区中上部位置钻孔，利用钻杆内径进行气体检测和注浆（注氮）作业，在发火区域形成全断面连续封闭带，随注孔增多封闭带宽度增宽直至覆盖发火区域。关键施工步骤在相邻工作面顺槽巷道顶部向生产工作面采空区水平方向钻孔，钻孔深度横贯整个工作面采空区；每钻进10m（隐患区域可缩短）在钻杆内插入束管检测气体成分及浓度；从钻孔最深处开始点状注浆（注氮），退钻杆逐点灌注，确保灌注区域重叠形成连续浆幕。主要设备配置采用ZDY-3500LP型液压钻机，Φ73mm×1m直角大螺距钻杆（设计钻深350m）；JSG8煤矿火灾束管检测系统，ZWY60/90型水环式真空泵，直径10mmPE-ZKW矿用聚乙烯束管。技术优势实现采空区内部气体检测和全断面注浆作业，针对性注浆减少防灭火材料浪费，节省治理成本；全断面连续立体注浆有效防止火灾蔓延和有毒有害气体泄露，作业效率高、治理效果好，且不影响采煤工作面正常生产。注浆幕形成原理全断面连续封闭带构建在发火隐患区域钻杆退孔时，每隔一定距离利用钻杆内径进行注浆（注氮）作业，在采空区发火区域形成一条全断面的连续封闭带，随注孔数量增多，封闭带宽度不断增宽直至覆盖发火区域。圆锥体浆幕叠加效应从钻孔最深处开始点状注浆（注氮），每个注浆点保证浆料（氮气）充满采空区空间形成圆锥体浆幕，各灌注点区域重叠，最终形成连续完整的立体注浆（注氮）带。发火区域覆盖机制通过相邻工作面顺槽巷道顶部向生产工作面采空区水平方向钻孔，随工作面推进及注孔数量增加，采空区封闭带宽度持续扩展，实现对发火区域的全面覆盖以达到预防或灭火目的。06工程案例分析高冒区火灾治理案例案例背景：某矿高冒区火灾概况某矿在回采过程中，因顶板压力大、来压强烈（平均来压步距13.6m，支架压力达42MPa），导致顶板切落形成高冒区，地表出现明显台阶下沉，采空区顶板裂隙直达地表，漏风量增加，引发采空区遗煤氧化自燃。传统治理方式及局限性以往采用地表塌陷区回填封堵裂隙，每个工作面（面长240m、推进长度2000m）治理费用达300-400万元，存在占用大量人工设备、花费高、治理时间长、效果差等问题。创新治理技术应用与效果采用采空区全断面气体检测及防灭火技术，利用ZDY-3500LP型液压钻机钻孔（设计钻深350m），配合JSG8束管检测系统实时监测气体，通过钻杆内径注浆（注氮）形成连续浆幕。F6211工作面治理中，在后方83m采空区快速确定发火区域并有效封闭，较传统方法大幅降低成本，且不影响工作面正常生产。超长工作面治理实例

常村煤矿21072综放面概况该工作面为河南省首个易燃厚煤层超长综放面，回采过程中面临邻近及本煤层采空区遗煤发火问题，其治理经验具有典型参考价值。

风系统调控与漏风治理按照“控风均压就近”原则，在工作面上安全出口以外100m处及回风轨道建造调节风门，将工作面供风量稳定在250±15m³/min，降低风压差，减弱采空区漏风强度，缩窄氧化带宽度。

采空区注氮与封堵措施在进风隅角压管实施半开区间歇性注氮，周期3d，注氮量17640m³/次；利用扇形钻孔对进风隅角充填胶体泥浆，回风隅角建造土（碎煤）袋墙，封堵宽度均不小于3m，高度超巷道顶板0.5m以上。

动态监测与综合治理效果班班检测CO、CH₄、CO₂等气体浓度，每日综合分析隐患变化趋势，结合加快推进速度、煤层注水、灌注稀黄泥浆等措施，有效抑制了采空区自燃隐患，保障了超长工作面的安全回采。治理效果评估方法气体指标评估法通过束管监测系统（如JSG8型）分析采空区内氧气、一氧化碳、甲烷等气体浓度变化，若氧气浓度降至8%以下，一氧化碳浓度持续稳定在24ppm以下，可判定治理有效。温度监测评估法利用红外线热像仪或温度传感器实时监测采空区温度，若高温区域（≥70℃）消失且温度稳定在30℃以下，表明降温与隔热措施发挥作用。火区范围判定法通过多钻孔气体成分分析（如每隔10m布置束管检测）及钻杆退孔注浆（注氮）区域重叠情况，确定发火区域是否被全断面封闭带覆盖，封闭带宽度需≥发火区域直径。现场验证评估法治理后在相邻顺槽向采空区补打验证钻孔，采用JSG8束管系统检测气体，结合注浆（注氮）压力变化，确认无异常气体涌出且压力稳定，如某矿F6211工作面治理后验证孔未检出CO。07安全管理措施通风系统优化

01控风均压技术应用在工作面上安全出口以外100m处建造调节风门，与回风轨道调节风门联合控制，保持工作面供风量稳定在250±15m³/min，降低工作面上、下端风压差，减弱采空区漏风强度和漏风量，缩窄氧化带宽度。

02漏风通道封堵措施利用预先布置在巷顶的扇形钻孔对进风隅角大量充填胶体泥浆封闭阻断漏风，在回风隅角建造土（或碎煤）袋墙进行堵漏升压抑制漏风，上下端封堵宽度均不小于3m，高度超过巷道顶板0.5m以上。

03通风稳定性管理通过调节风门联合控制，提升工作面通风系统的稳定性，避免风流波动范围超标和采空区间歇性漏风频繁多变，有效防止采空区自燃隐患点被恶化的危险性。漏风控制技术

风压差调控：风门联合控制技术按照"控风均压就近"原则，在工作面上安全出口以外100m处及回风轨道各建造1组调节风门，联合控制使工作面供风量稳定在250±15m³/min，降低工作面上、下端风压差，减弱采空区漏风强度与风量，缩窄氧化带宽度。

漏风通道封堵：隅角封闭技术随工作面推进，利用预先布置在巷顶的扇形钻孔对进风隅角大量充填胶体泥浆，回风隅角建造土（或碎煤）袋墙，上下端封堵宽度均不小于3m，高度超过巷道顶板0.5m以上，阻断采空区主漏风源和汇。

通风系统优化：稳定性提升措施通过合理设置调节风门、优化通风网络，减少采空区间歇性漏风的频繁多变，提升工作面通风系统稳定性，从根本上抑制遗煤自燃隐患点被恶化的危险性。应急处置流程

火情确认与报警响应接到报警后，立即通过束管监测、气体检测（如CO浓度超标）及温度监测确认火情，同步启动矿内应急广播系统，通知受威胁区域人员撤离，并上报矿调度中心及上级主管部门。

现场人员疏散与警戒按照预先制定的撤离路线，组织工作面及周边区域矿工有序撤离至安全避难硐室或地面，同时在火区周边设置警戒栅栏与警示标志，严禁无关人员进入，防止次生事故发生。

初期火情控制措施立即采取均压通风调节风压，降低采空区漏风；同时启动注氮系统，向火区注入高浓度氮气（氧含量降至8%以下）抑制燃烧，配合局部注浆封堵漏风通道，控制火势蔓延。

火区封闭与后期治理若火势扩大，采用快速密闭材料构筑防火墙封闭火区，封闭后持续监测墙体内气体成分与温度变化；待火区稳定后，实施钻孔注浆（如黄泥浆、凝胶）或三相泡沫充填，彻底消除火源隐患。

应急救援与效果评估应急救援队伍携带灭火器材（如灭火器、高倍数泡沫发生器）待命，根据火情发展实施救援；火区治理后，通过束管检测与钻孔取样分析，确认CO浓度、温度恢复正常，方可解除警戒。08技术创新与发展智能化监测系统

多参数传感器网络部署在采空区不同位置布设温度传感器、气体传感器（氧气、二氧化碳、甲烷等）及烟雾探测器，形成立体监测网络，实时采集关键参数变化。束管气体分析技术应用采用JSG8煤矿火灾束管检测系统，通过直径