易自燃煤层综放工作面注水预裂及防灭火研究

1、    易自燃煤层综放工作面注水预裂及防灭火研究    孙建贞摘    要：易自燃煤层在开采过程中，相对危险性比较高尤其是综采放顶煤工艺开采的自燃煤层往往存在大量采空区（浮煤），一旦处理不当，很可能诱发易自燃煤层出现火灾等安全事故，因此加强易自燃煤层综放工作面防灭火处理十分必要。本文结合实际案例分析易自燃煤层综放工作面防灭火技术，希望可以起到一定借鉴意义。关键词：煤层;工作面;防火;灭火;易自燃1  引言随着放顶煤技术发展，特厚煤层放顶煤技术已成为主要煤矿开采的形式之一。近年来，大采高与综放开采技术应用越来越广泛，一般开采企

2、业在14.00m20.00m特厚煤层开采上，会采用一次采全厚大采高综放开采的方式，特厚煤层采用此种方式具有生产效率高、集约化等特点，有利于实现相关企业高产高效。但，此种综合开采形式同样存在防灭火压力大等不足。2  工程概况潘津工业煤矿属于中型矿井，约1.82km2矿区井田面积，主要煤炭采煤煤层为22#、23#25#、26#等，其中22#煤层3.91m平均厚度，23#25#煤层17.02m平均厚度，26#煤层30.43m平均厚度。当前，23#25#煤层属于特厚煤层（煤层厚度在12.49m20.87m范围内），该煤层间距一采区开采煤层均距离约42.69m，属于易自燃煤层，煤尘爆炸危险性比

3、较高。23#25#煤层+550m+716m标高（开采），开采区域内以丘陵、山地为主，+770m+980m地面标高，185m285m埋深，220m平均埋深。根据理论与实验，开采企业确定开采23#25#煤层采用一次采全高放顶煤采煤方法，其工作面主要为2301。2301工作面17.03m平均煤厚（根据2301工作面上下顺槽巷道揭露），2.8m平均割煤高度，14.23m平均放煤高度，15.00m工作面收尾長度。3  注水预裂技术当前许多煤层综放工作面会利用煤层注水技术，但使用该技术往往目的在于降尘，注水层位相对比较高，对于顶煤的松动软化的效果并不是十分明显，根据潘津煤矿2325#煤层而言，运

4、用注水方式扩大顶煤裂缝，提升煤层开采效率。根据2325#煤层实际情况，采用注水软化手段。煤层具有裂隙，导致煤体内常常出现多种独立与连通的多个空闲系统，这些空间系统为气、水的储存提供大量空间。技术人员通过向煤层注水方式，加速水在媒体空间第扩展、运移、储存，从而达到提升煤体含水率降低顶煤强度目的，同时利用水运动张力，进一步扩大顶煤裂缝扩张，为顶煤开采创造有利条件。注水时水在压力作用下会首先沿煤体裂隙和大裂隙的渗透，继而（同时）水在毛细管力和表面现象等物理化学作用下的自运动。在水的基础上增加软化剂，可以使水在软化剂的作用下，增加毛细管力从而增加自运动来增加含水率、降低顶煤强度。4  230

5、1工作面易自燃煤层综放工作面防灭火技术4.1  注氮防灭火技术注氮防灭火技术主要原理为采用非助燃气体抑制燃烧，此种方式在井下煤层开采中应用比较广泛。根据该工程作业面具体采煤情况，当工作面回采20m时，启动注氮防灭火措施。为了提升整体防灭火质量，采用综合注氮、注浆措施，具体如下：（1）当月煤层作业面推进度在40.00m以内时，启动注氮、注浆防灭火措施。（2）对采空区的co进行监测，当其含量经连续观测一直处于升高趋势，并超过24ppm时，且co增加量速度为20ppm/d，出现1ppm级的c2h4时，相关技术人员需要立即采取间歇性注氮、注浆作业。（3）当上隅角co达到100ppm，且co增

6、加量速度为50ppm/d，并出现1ppm级的c2h4、c2h2时，开采技术人员应不放顶煤，快速推进开采作业，并采取24h注氮、注浆作业。4.2  注水防灭火技术为确保作业面防火质量，采用注水防灭火技术，在安全出口（上、下巷道）外30m区域内煤层添加注水孔，进行注水作业，保持回采煤体的湿润，一定程度上延长自燃发火期。另外出于对该工程采煤层考虑，注水时增加阻化剂，控制阻化剂含量在2%1。防灭火注水孔设计在巷道顶部，按照3×3m扇形布局进行排布，钻孔施工一直到顶板（煤层）。具体注水时间控制为采煤施工后需要进行一次注水，此外开采企业每日根据具体回采进度，适当提前对待回采媒体进行注水

7、作业，一方面可以降低煤体温度，另一方面可以避免采空区局部温度过高等。根据该工程实际情况，开采企业除了需要注水防灭火之外，还需要在特殊时期进行阻化剂喷洒作业。例如在过断层、停产等情况时需要提前喷洒阻化剂或者当上隅角co达到24ppm，可判定浮煤处于缓慢氧化阶段时，需每天向采空区喷洒阻化剂。4.3  注浆防灭火技术注浆防灭火技术属于煤层开采防灭火主要应用技术之一，一般注浆防灭火技术分井下移动注浆与地面注浆两种方式，不同方式具有不同特点。地面注浆工艺尽管具有包裹煤体、大流量封堵通道（漏风）等特点，但一般工程较复杂、投资较大，所以在煤层防灭火中很少使用。井下移动注浆与地面注浆相比其操作性要更

8、简单一些，所需要成本相对也低一些，且井下移动注浆具有移动性、材料广泛等特点，可以为防灭火提供便利，提升煤层防灭火质量。采矿企业结合该工程具体情况选择井下移动注浆工艺，当工作面回采达到30m时，注浆防灭火相关措施启动2。如需采后封闭灌浆或者出现自燃隐患时对工作面进行封闭插管注浆处理，以保证注浆防灭火质量。根据该工程具体情况，企业明确注浆材料选择上需要符合下述原则：（1）控制比重在2.42.8之内;（2）控制塑性指数914之内;（3）注浆材料少含或不含可燃和助燃材料;（4）胶体混合物比例控制在25%30%之内;（5）注浆材料具有一定稳定性并且易于脱水。4.4  2301工作面易自燃煤层综

9、放工作面防灭火管理措施为了保证整个工程作业面安全，避免火灾等问题出现，开采企业采用综合监测系统对煤层采矿环境进行监测，以便于全面掌握采空区实际状况。开采企业根据工程实际情况选择采用智能监控与人工监控相结合综合监测系统，全面保证监测质量。首先，人工监测。监测范围包括工作面回风隅角、上隅角、支架后部（20#与40#）、10m附近风流等，其中风流监测需要检测一氧化碳、瓦斯、二氧化碳、氧气等气体浓度，且需要重复检测2次，确保检测准确度。一旦检测中发现co温度异常需要立即上报矿调度室，由通防队、生产技术科进行科学处理。人工检测所需设备为co鉴定管、温度计、红外测温仪、光干涉瓦斯鉴定器等。其次，智能监测。智能检测系统主要通过温度、浓度等多种传感器来实现对作业面区域监测工作。每一个传感器对采煤层采空区、巷道等位置进行监测，并将数据实时回传给传感器的另一端计算机，实现实时监测。例如，2301轨道工作面距顺槽煤壁0m10m位置，安装一台一氧化碳传感器，报警值控制为p24ppm。并按照距帮在200mm以上，距顶板300mm以下的要求进行安设，实时回传一氧化碳浓度监测结果3。5  结束语综上所述，易自燃煤层综放工作面防灭火技术较多，开采企业需要根据工程具体情况，适当选择相应防灭火技术，并制定完善防灭火措施，全面确保开采区生产安全，促进企业良性发展。参考文献：1 刘东亮.易自燃煤层综放工作面防