综放工作面拆架期间煤层自燃的综合治理

综放工作面拆架期间煤层自燃的综合治理CONTENTS目录01矿井及工作面概况02煤层自燃现状与危害03拆架期间自燃原因分析04自燃综合防治技术体系CONTENTS目录05拆架期间专项防控措施06火区探测与治理实践07安全管理与培训要求01矿井及工作面概况矿井基本情况矿井瓦斯与通风系统阳泉煤业集团五矿属高瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量为59.95m3/t。采用分区式通风，主斜井、副立井、排矸井、南风井进风，双井筒回风，桑沟主要通风机担负全矿井通风任务，当前入风量10630m3/min，回风量10731m3/min，负压3480Pa。煤层赋存特征主采15#煤层，平均厚度7m，倾角3°～10°（平均6°），软硬程度不一，节理层理发育，含2～3层夹矸，主矸石层位于中上部0.7m，以泥岩和砂质泥岩为主。煤岩类型以光亮型为主，易破碎成块状，孔隙多、表面积大。生产布局概况矿井现有2个综采队、3个掘进队、3个开拓队，当前仅西北翼生产，地质条件复杂，综采放顶煤工艺为15#煤高产高效的主要途径，但综采设备安装拆除时间长，尤其支架拆除需至少1个月，存在煤层自燃风险。15#煤层赋存特征

煤层厚度与倾角15#煤层平均厚度为7m，倾角范围3°～10°，平均6°，属于近水平煤层，为综放开采提供了基础条件。

煤体物理性质煤层软硬程度不一，最软呈粉粒状，大部分为中硬性，节理层理发育，结构复杂，含2～3层夹矸，主矸石层位于中上部0.7m，以泥岩和砂质泥岩为主。

煤岩类型与自燃倾向性煤岩类型以光亮型为主，易破碎成块状，孔隙较多、表面积大，属Ⅰ级自然发火煤层，最短发火期仅10d，自燃风险极高。综放工作面生产布局

矿井开拓与通风系统设计阳泉煤业集团五矿采用分区式通风，主斜井、副立井、排矸井、南风井进风，双井筒回风，桑沟主要通风机担负全矿井通风任务，全矿井入风量10630m3/min，回风量10731m3/min，负压3480Pa。

采区开采设计要求新采区投产前，地质部门需提供煤层自燃倾向性鉴定资料并报相关单位备案；采区设计中必须明确防火墙基础位置、自然发火观测站（点）及监测系统，施工单位按设计构筑防火墙基础并储备封闭材料。

巷道布置与煤柱留设规范回采巷道设计和施工中不得任意留设设计外煤柱和顶煤，因设计或施工原因留设顶煤的，将追究相关人员责任；选择合理开采程序，回采工作面压茬时间不小于6个月，压茬距离不小于200米。

采掘队伍配置与生产组织阳泉五矿当前配置2个综采队、3个掘进队、3个开拓队，针对15#煤层（平均厚度7m，倾角3°～10°）采用综采放顶煤工艺，生产布局需充分考虑煤层节理发育、易破碎特性，减少浮煤遗留。02煤层自燃现状与危害15#煤层自燃倾向性鉴定

煤层自燃倾向性等级阳泉煤业集团五矿15#煤层属Ⅰ级自然发火煤层，最短发火期仅为10d，具有自燃倾向性强、发火速度快的特点。

煤质特性与自燃风险该煤层平均厚度7m，节理层理发育，结构复杂，含2-3层夹矸；煤岩类型以光亮型为主，易破碎成块状，孔隙多、表面积大，为氧化反应提供充足条件。

鉴定执行与备案要求根据矿井防治煤层自然发火管理制度，新采区投产前，由地质部门提供煤样送国家授权单位鉴定，结果需报区煤炭局和集团公司备案，作为防灭火措施制定的基础依据。历史自燃事故统计分析

自燃事故总体情况阳泉煤业集团五矿15#煤层自投产以来，掘进期间发火5次，回采期间发火29次，其中综放工作面拆架期间发火问题尤为突出。

典型工作面事故案例8110工作面在拆架期间共发火18次，发火时段从开始做拉架道机头持续至拆完支架，反映出拆架期间自燃防控的严峻性。

发火点分布特征支架上方和采空区是主要发火区域，此类发火点位置隐蔽，难以精准定位，导致灭火措施实施难度大，严重影响工作面正常拆除进度。拆架期间自燃典型案例

阳泉五矿8110工作面拆架发火案例该工作面在拆架期间共发生18次自燃火灾，发火点主要位于支架上方和采空区，因发火位置隐蔽难以定位，严重影响拆架作业正常进行。

神宁公司综放工作面回收发火案例针对自然发火期22天的容易自燃煤层，工作面回收期间通过采取液态氮和液态二氧化碳灌注、注胶技术，有效治理了自然发火问题。

兖州矿业兴隆庄4324孤岛面发火案例该孤岛综放工作面采空区切眼上部出现高温火点，通过封堵漏风、注胶体泥浆、注氮等综合措施，使火区得到有效抑制，烯烷比下降，CO浓度稳定。自燃事故的主要危害01威胁作业人员生命安全煤层自燃产生大量有毒有害气体，如CO等，易导致人员中毒窒息，严重时引发爆炸，造成重大人员伤亡。02破坏矿井生产系统自燃火灾会烧毁设备、破坏巷道及通风系统，迫使工作面停产甚至封闭，影响矿井正常生产接续，造成巨大经济损失。03浪费煤炭资源采空区浮煤自燃导致大量煤炭资源被烧毁，降低资源回采率，尤其对于高价值煤层，资源浪费问题更为突出。04引发次生灾害火灾可能引发瓦斯爆炸、顶板垮塌等次生灾害，扩大事故影响范围，增加救援难度和治理成本。03拆架期间自燃原因分析综采面回采率与浮煤残留

回采率低的现状综采放顶煤工艺在实现高产高效的同时，存在回采率较低的问题，导致大量浮煤残留于采空区。

浮煤的赋存状态残留浮煤混杂在顶板冒落的矸石中，在支架后方难以被压实，形成松散堆积状态，为煤氧接触提供了条件。

浮煤自燃的供氧条件漏风缓慢流经浮煤堆积区域，为浮煤的氧化自燃提供了充足的氧气，增大了煤与氧结合的机会，是煤层自燃的重要物质基础。拆架周期与发火期匹配关系拆架周期现状综放工作面从做拉架道至拆完支架至少需要1个月，此期间支架不推进，采空区浮煤处于静止氧化状态。煤层发火期特征阳泉五矿15#煤层属Ⅰ级自然发火煤层，最短发火期仅为10d，远小于拆架所需的1个月周期，存在严重时间差风险。时间匹配矛盾分析拆架周期（≥30d）远超煤层最短发火期（10d），导致采空区浮煤在拆架期间氧化热量不断积聚，极易达到自燃临界温度引发火灾。典型案例警示8110工作面拆架期间因周期匹配矛盾，从开始做拉架道机头至拆完架共发火18次，凸显拆架周期与发火期不匹配的严重危害。采空区漏风规律与"三带"分布拆架期间采空区漏风特征拆架期间通风系统被破坏，采空区漏风加大，风量从进风隅角沿采空区流向回风，为浮煤氧化提供氧气。采空区"三带"划分及特征采空区形成"散热带、氧化带、窒息带"三带：散热带氧浓度高但热量易扩散；氧化带氧浓度适宜（5%-15%）、蓄热条件好，是自燃高发区；窒息带氧浓度低于5%，难以自燃。风量对"三带"范围的影响风量越大，漏风越多，氧化带区域越宽，自燃风险越高，需通过控制风量优化"三带"分布，缩小氧化带范围。煤质特性与自燃倾向性煤层物理特性

五矿15#煤层平均厚度7m，倾角3°～10°，节理层理发育，含2～3层夹矸。煤体软硬不一，最软成粉粒状，易破碎，破碎后多成块状，孔隙较多，表面积较大，为氧化反应提供条件。煤岩类型与自燃性关系

该煤层煤岩类型以光亮型为主，此类煤种通常具有较高的挥发分和活性基团，更容易与氧气发生氧化反应，加剧自燃风险。自燃倾向性等级

五矿15#煤层属Ⅰ级自然发火煤层，最短发火期仅为10天，自投产以来大部分工作面均发生过自燃现象，其中掘进发火5次，回采发火29次，拆架期间发火问题尤为突出。04自燃综合防治技术体系矿井设计与生产布局防控

煤层自燃倾向性鉴定与备案新采区投产前或延深新水平时，地质部门需提供煤样和资料，送国家授权单位进行煤层自燃倾向性鉴定，鉴定结果报区煤炭局和集团公司备案。

防火墙基础设计与构筑采区开采设计中，生产技术部必须设计防火墙基础位置。采煤工作面投产和通风系统形成后，施工单位按设计构筑防火墙基础，对基础内外及5m范围内巷道喷浆堵漏，并储备足够封闭材料。

开采程序与压茬参数控制选择合理开采程序，正确确定工作面压茬时间与距离。回采工作面压茬时间不得小于6个月，压茬距离不得小于200米，以减少采空区遗煤氧化风险。

巷道设计与煤柱留设规范回采巷道设计和施工中，不得任意留设设计外煤柱和顶煤。因设计或施工不到位留设顶煤的，将追究相关人员责任，从源头上减少自燃隐患。

自然发火观测站（点）设置采区开采设计中，明确选定自然发火观测站或观测点位置并建立监测系统，实时监控采空区气体成分与温度变化，为早期预警提供数据支持。日常防灭火管理制度

01防火墙构筑与维护管理永久性封闭必须采用不燃性材料砌筑，墙体厚度不小于0.6米，临时封闭可采用木段、木板砌筑。墙体周边要掏槽（掏槽深度不小于0.3米，坚硬岩石锚喷巷道除外），见硬底、硬帮、硬顶与煤岩接实，并抹不小于0.2米的裙边，确保墙面平整、无隙缝、灰浆饱满。

02消防材料库设立与管理井下按制度设立消防材料库，配齐消防材料，并要定期检查与更新，材料、工具不得挪作他用，确保在发生火情时能够及时取用。

03自然发火观测站（点）设置在采区设计和编制采掘工作面作业规程时，必须明确选定自然发火观测站或观测点的位置并建立监测系统，以便实时监测煤层自然发火情况，及时发现隐患。

04防灭火措施编制与审批在采区开采设计和编制采掘工作面作业规程时，必须充分考虑自然发火因素，制定综合预防煤层自然发火措施，措施的编制由采煤副总、掘进副总、通风副总、安全副总负责审查落实，报矿总工程师批准后，由采煤矿长和掘进矿长负责实施。惰性气体防灭火技术

氮气防灭火技术特性氮气具有惰性强、稳定性好、无腐蚀的特性，汽化膨胀倍数约800倍，能快速降低采空区氧气含量并吸收热量，惰化采空区速度快，适用于煤矿任何条件下的火灾处理及自燃预防。

液氮与液态CO₂技术对比液氮温度-195.8℃，易积聚在采空区上部空间，随漏风释放较快；液态CO₂温度-30～-40℃，膨胀倍数600倍，密度大易积聚在下部空间，煤吸附能力强，释放较慢，二者可联合使用实现全空间覆盖。

注氮系统组成与工艺系统主要由地表钻孔、液氮储罐车、DN50不锈钢管、煤柱钻孔、参数监测仪表及安全装置构成，工艺流程为液氮储罐车→储罐增压装置→耐低温不锈钢管→地面钻孔套管→采空区，流量可达5～20t/h。

工程应用案例效果孤岛综放工作面治理中，采用地面固定注氮机与井下移动式注氮机联合注氮，封闭前共注入氮气69万立方米，有效惰化采空区，抑制火势发展，使火区烯烷比下降，CO浓度稳定，实现火区有效控制。胶体与泡沫防灭火技术胶体防灭火技术特性胶体类材料携带大量水，能快速移热、覆盖隔氧，对于明确火源位置的小范围火区治理效果显著，适用性强。绿色塑性凝胶及衍生的泡沫凝胶材料解决了普通凝胶塑性差的弱点，发挥了泡沫运移充填能力强和凝胶高含水、包裹隔氧性好的优势。泡沫防灭火技术分类常用泡沫材料类型包括三相泡沫、阻化泡沫、凝胶泡沫等，其具有流动性强、体积大、快速充填空间、惰性等特点，可快速充填大空间，实现对隐蔽火源的全覆盖治理。阻化泡沫作用机制阻化剂与泡沫复配形成阻化泡沫，能化学破坏煤体中易氧化活性基团，抑制煤自燃初期阶段。利用惰性气体对含化学阻化剂发泡液发泡并输送至大空间隐蔽区域，有效均匀覆盖浸润煤体，达到隔氧、降温、保湿、防复燃和物理化学综合阻化的作用。应用场景与工艺胶体防灭火可通过注浆系统实现对小空间确源火区的直接覆盖灭火；泡沫类材料可通过管式发泡器等设备发泡，适用于大空间隐蔽火区的充填治理，二者常与注氮、注液态CO2等技术结合使用，形成综合防灭火体系。堵漏风技术与材料应用

物理封堵技术采用木段、木板砌筑临时封闭，墙体周边掏槽深度不小于0.3米，见硬底、硬帮、硬顶并接实，抹不小于0.2米裙边；永久性封闭使用不燃性材料，墙体厚度不小于0.6米，墙面1平方米内凹凸不大于10mm，确保无隙缝、重缝、空缝。

化学注浆堵漏技术通过施工短钻孔向漏风通道压注胶体泥浆、艾格劳尼等材料，如进风端头施工短钻孔注胶体泥浆，工作面上部向架后施短钻孔压注胶体泥浆，有效封堵架后及煤柱裂隙漏风通道，减少采空区漏风量。

无机固化泡沫材料可堆积无机固化发泡充填堵漏材料具有发泡倍数高、不燃、产热量低、固化速度快的特点，适用于对冒落区和顶板裂隙等位置进行充填堵漏，能有效阻断漏风路径，提高堵漏效果。

骨料型堵漏材料以改性粉煤灰/纤维为骨料的自限温骨料型有机矿用固化材料，通过物理相变和化学吸热降低反应热，实现有机无机融合，解决传统高分子材料产热量大、易燃、易开裂和成本高的难题，适用于复杂漏风环境的堵漏。05拆架期间专项防控措施拆架前准备工作优化停采位置与顶煤管理合理确定工作面停采位置，综放工作面在距停采线50米控制顶煤厚度不超过2m，减少采空区遗煤量，降低自燃风险。完善通风系统与漏风控制优化拆架期间通风设计，合理控制工作面配风量，减少采空区漏风供氧；提前检查并加固通风设施，确保风流稳定。防灭火材料与设备储备储备足量的氮气、液态CO2、阻化剂、胶体材料等防灭火物资，配备注氮机、注浆泵、束管监测系统等设备，确保应急使用。编制专项防灭火方案制定拆架期间防灭火专项措施，明确监测指标、预警阈值及应急处置流程，由技术、通风、安全等部门联合审查批准。回撤通道优化与支护加固采用锚网或锚网索联合支护回撤通道，增强顶板稳定性；对顶板破碎区域，采用整体柔性树脂纤维网等工艺，提高回撤效率。提高拆架效率技术措施

优化回撤通道设计与支护根据不同地质条件，对顶板条件好的工作面采用采煤机施工回撤通道；回撤通道采用锚网或锚网索联合支护，增强顶板强度，为快速拆架提供安全作业空间。

改进回撤工艺与装备顶板破碎、采高大于2.0m的工作面回撤挂网时，采用整体柔性树脂纤维网；大倾角工作面应用成套机械化回撤设备，提升设备拆解与搬运效率。

优化劳动组织与平行作业改变传统劳动组织模式，收尾期间提前在下一采面风巷施工后溜回撤通道，实现后部刮板输送机快速回收，缩短回收工期，减少拆架作业总时长。

创新运输方式与路径规划对于胶轮车运输线路较长的工作面，采用接力搬运方式；合理规划设备运输路径，减少交叉作业干扰，确保拆架设备快速转运至指定地点。采空区气体监测系统监测系统组成与布置系统由地面监测中心、井下传感器网络、数据传输线路及分析软件构成。按规定在采空区关键位置（如进回风隅角、支架后方）设置监测点，建立自然发火观测站及监测系统，实时采集气体数据。核心监测指标与标准重点监测O₂、CO、C₂H₄、C₂H₆等指标气体。依据煤自燃规律，CO浓度突变（50-70℃时增速加快）、C₂H₄/C₂H₆比值变化及O₂含量（低于12%为窒息带）是判断自燃征兆的关键标准。数据传输与预警机制监测数据通过束管或无线网络实时传输至地面中心，软件自动分析处理。当指标超限时（如CO浓度异常升高），系统立即触发声光报警，为快速响应和火源定位提供依据，确保及时采取防灭火措施。应急灭火处置流程火源探测与判断通过磁异常、电异常、氡异常等多手段叠加分析，结合钻孔测温、三维成像技术，精准定位火区位置及范围，为灭火方案制定提供依据。确源火区直接灭火对已确定位置的小范围确源火区，直接采用注浆、注胶类材料进行灭火，快速包裹火源，隔绝氧气并降低温度。隐蔽火区惰化处理针对采空区等大空间隐蔽火源，利用三相泡沫、阻化泡沫、氮气、液态CO₂等气/泡材料快速充填，实现全覆盖隔氧、降温、抑制氧化。火区封闭与监控若火势无法直接扑灭，立即构筑防火墙封闭火区，墙体采用不燃性材料，厚度不小于0.6米，周边掏槽见硬底硬帮；建立观测站监测O₂、CO等指标气体变化。06火区探测与治理实践火区探测技术方法

磁-电-氡多参数综合探测通过磁异常、电异常、氡异常等矿井异常信息叠加分析，反演火区三维分布特征，为井下精准探测提供井上指导。

采空区钻探三维成像利用基础钻孔测温、探火巷及专项钻探手段，结合三维成像技术，精准确定火区位置、范围及温度分布情况。

指标气体监测法通过监测采空区及工作面CO、C2H4、C2H6等气体浓度变化，结合烯烷比（C2H4/C2H6）等指标，判断煤自燃氧化阶段及火区发展趋势。

直接探测法对于确源火区，可直接通过钻孔观测或利用测温仪器接触煤体，获取火源点的精确温度数据，为直接灭火提供依据。开放式火区治理案例

案例背景：兴隆庄矿4324孤岛综放面该工作面为孤岛工作面，上邻4322综放面采空区，下邻4326综放面采空区，煤层自然发火期3~6个月，最短发火期32天，火源点位于采空区开切眼附近，距工作面煤壁深约30米。

核心治理措施：多维度漏风封堵通过挂风帘、打砂袋闭和板闭、喷艾格劳尼等方式封堵工作面进风端头；施工短钻孔注胶体泥浆封堵进风端头及工作面上部架后漏风通道，完成后工作面烟雾消失。

协同灭火技术：注胶与注氮结合在上顺向采空区施工钻孔注胶体，同时利用地面固定注氮机和井下移动式注氮机向采空区注氮，封闭前共注入氮气69万立方米，有效惰化采空区并抑制火势。

效果验证：指标气体监测分析治理后火区漏风量削减，烯烷比（C2H4/C2H6）快速下降，CO浓度趋于稳定，表明火区得到有效抑制，为后续安全启封奠定基础。封闭火区管理与启封

火区封闭施工标准永久性封闭采用不燃性材料砌筑，墙体厚度不小于0.6米，周边掏槽深度不小于0.3米（坚硬岩石锚喷巷道除外），见硬底、硬帮、硬顶并接实，抹不小于0.2米裙边，墙面平整（1平方米内凹凸不大于10mm），灰浆饱满，无隙缝、重缝、空缝。

火区日常监测要求在采区设计中明确自然发火观测站或观测点位置并建立监测系统，定期监测火区内气体成分（如O₂、CO、C₂H₄等）、温度及压力变化，确保数据准确及时，为火区状态评估提供依据。

火区启封条件与程序启封前需通过磁-电-氡测定及钻孔验证等手