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厚煤层综放工作面火灾综合防治技术研究

2025-05-23 44 上传者：管理员

摘要：针对厚煤层综放工作面火灾危险性高、防灭火难度大等问题，以21914综放工作面为研究对象，针对性制定火灾综放防治技术方案并进行工程应用。21914综放工作面回采期间，合理使用惰化、阻化及封堵等措施，可使得采空区内遗煤与氧气隔绝，从而实现遗煤自然发火防治。现场应用后，21914综放工作面回采期间未出现采空区遗煤自然发火征兆，采面得以安全高效回采。研究结果可为本矿井其他工作面及其他矿井类似采面火灾防治提供经验借鉴。

关键词：
厚煤层
注浆
综放开采
自燃煤层
防灭火
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火灾是煤炭开采期间主要灾害类型之一,现阶段中国煤矿回采的煤层中约有90%以上属于自燃或易自燃煤层,煤体自燃(煤柱自燃､采空区遗煤自燃､密闭区遗煤自燃等)占矿用火灾总数的85%~90%[1-3]｡特别是厚煤层综放工作面回采时,由于一次开采煤层大､采空区遗煤量多以及采动压力影响范围广,采空区遗煤自然发火防治难度更高[4-5]｡本文以山西一煤矿21914综放工作面为工程背景,在分析采面煤层赋存､巷道布置及开采情况等基础上,针对性设计火灾综合防治技术方案并分析工程应用效果,现场应用后取得较好的火灾防治效果,研究成果可为后续矿井9#煤层工作面火灾防治提供经验借鉴｡

1、工程概况

1.1地质概况

21采区21914综放工作面东侧为采区集中巷道及矿井工业保护煤柱,西侧为23采区实体煤,北侧为圈定的21916工作面,南侧为回采完毕的21910采空区,采面上覆25~46m为7#煤层21714､21716工作面采空区｡根据邻近工作面回采､本工作面回采巷道掘进揭露以及已有物探及钻探资料,21914综放工作面回采范围内地质构造较为复杂,发育有多条落差1.4~4.0m的正断层,在断层影响区煤岩体及顶底板破碎,对煤炭回采有一定影响;在采面北侧存在有火成岩入侵区,从而导致采面布置不规则｡具体21914综放工作面位置如图1所示｡

21914综放工作面回采的9#煤层埋深均值为520m,煤层厚度为9.8m,煤体较为松软(岩石坚固性系数f=0.25~0.60),煤层顶底板岩性以粉砂岩､泥岩以及碳质泥岩为主;9#煤层经鉴定为Ⅱ类自燃煤层(发火期最短为45d),煤尘爆炸危险性指数为38.63%｡

图121914综放工作面位置示意图

1.2工作面自燃危险分析

1)21914综放工作面回采的9#煤层为Ⅱ类自燃煤层,煤体容易自燃且自然发火期较短｡采面采用综放开采方式,受采动压力影响煤体松散､裂隙发育｡受开采工艺显著影响,采空区内遗煤量较多,从而给采面煤体自燃创造良好条件｡

2)21914综放工作面回采范围内断层构造发育,存在有火成岩入侵区,在地质构造影响区内受煤岩截割难度大､采煤机截割效率低以及顶底板破碎等不利因素制约,采面推进速度较慢,会增大采空区遗煤自燃氧化时间,从而加剧采空区遗煤自然发火风险｡

3)在21914工作面西侧掘进有与本工作面回采巷道连通的23采区探煤巷,21914工作面回采后23采区探煤巷会形成漏风通道,增大采空区氧化带范围,甚至会使得氧化带扩散至整个采空区｡

4)21914工作面与上覆21714､21716工作面采空区间距为25~46m,采面回采后采动裂隙会与上覆采空区连通,从而导致漏风通道更为复杂｡

2、工作面火灾综合防治方案制定

为实现21914工作面火灾高效防治,结合相关研究成果及以往火灾防治经验,提出在现有的迈步式注氮基础上,进一步通过采空区惰化､封堵漏风裂隙以及阻化等技术进行火灾防治[6-7]｡

2.1漏风通道封堵

21914工作面回采巷道与23采区探巷连通,因此在采面回采前采用高水充填材料封堵12924进风巷､回风巷延伸段(超过切眼部分)及23采区探巷,并对上述巷道进行密闭处理,从而避免21914工作面回采后采空区漏风｡21914进风巷靠近切眼段采用小煤柱沿空掘巷方式,留设8m煤柱隔绝21912采空区,在采面回采后小煤柱可能形成漏风通道,因此,对21914进风巷靠近切眼段进行喷浆处理,提前封闭漏风通道｡

2.2采空区埋管注浆

在21914采空区埋入a､b2个注浆管道,将管道沿着采面回风巷铺设并埋入采空区15m以上,利用注浆管a､b对采空区进行迈步式注浆｡21914回风巷内注浆管路埋设情况如图2所示,通过交替关闭注浆管a､b阀门实现采空区持续注浆｡具体注浆过程为:1)当注浆管a出浆口进入到采空区后方15m时,关闭注浆管b的控制阀B同时开启注浆管a的控制阀A,利用注浆管a注浆;2)当注浆管b出浆口进入到采空区后方15m时,先关闭注浆管a的控制阀A同时开启注浆管b的控制阀B,利用注浆管b注浆;3)重复上述控制循环,利用注浆管a､b进行迈步式注浆｡在采面推进期间,可结合现场情况采用提升注浆量､增大浆液密度等方式改善注浆效果｡

图2回风巷埋管注浆示意图

2.3采空区注凝胶

在21914回风巷布置气动泵,利用插管向回风隅角､进风隅角位置注入凝胶,从而实现采空区及时密闭｡具体现场布置情况如图3所示｡

凝胶材料主要为水玻璃､小苏打混合液,质量比为1∶9,混合后的凝胶采用NJC-80/2型注胶泵注入到采面上下端头位置,注凝胶量控制在20m3/d以上｡具体采用注胶泵技术参数为:主泵､辅泵流量分别为80､3~8L/min,泵送流量可进行无极调节;泵送压力为0.5~2.0MPa;配套电机额定转速为1440r/min;功率为7.5kW｡

图3采空区注凝胶示意图

2.4封堵上下端头漏风通道

在21914工作面回风巷回风隅角､进风巷进风隅角位置铺设Φ19.05mm的钢管,钢管一端位于采空区边界位置,一端与注浆泵连接｡利用注浆泵将树脂催化剂､罗克休材料注入到回风､进风隅角位置｡待凝固后即可实现21914工作面回风隅角､进风隅角封堵,从而显著降低采空区漏风量｡具体上下端头漏风通道封堵如图4所示｡

图4上下端头漏风通道封堵示意图

2.5注三相泡沫

21914工作面采空区注入由三相发泡剂､泥浆､氮气等混合制备的三相泡沫,具体技术参数如表1所示｡利用回风巷内已有的注浆管注入三相泡沫,具体如图5所示｡

3、工作面火灾综合防治效果分析

在21914工作面回采期间漏风通道封堵､采空区埋管注浆､注凝胶､封堵上下端头漏风通道､注三相泡沫等防灭火技术措施成功落实后,有效解决了21914工作面火灾防治难度高､采空区遗煤自然发火危险性大等问题｡通过光纤测温､束管监测以及人工检查等方法监测采空区内温度､采空区CO､进风隅角及回风隅角CO等参数,发现采空区温度保持正常,采空区CO体积分数在0~3×10-6以内,进风及回风隅角未能检测到CO｡表明该防灭火措施效果明显,可有效抑制采空区遗煤氧化自燃,为21914工作面安全回采提供了可靠保障｡

表1三相泡沫技术参数

图5三相泡沫注入示意图

4、结束语

21914工作面回采区域煤层赋存较为复杂､地质构造发育,采空区遗煤存在较大的自然发火危险｡为此,矿井提出综合采用以惰化､封堵漏风裂隙､阻化等为主的综合防灭火技术方案｡通过注入三相泡沫,实现了采空区快速惰化,通过注浆､注凝胶､封堵上下端头､切眼后方23采区探巷及回采巷道等手段实现了采空区遗煤覆盖与采空区及时密闭｡

结合21914工作面现场情况,对各防灭火技术措施进行了设计并进行工程应用｡现场应用后,21914工作面进风巷及回风隅角等位置均未检测到CO,采空区内温度及CO体积分数均在安全范围内,防灭火效果较好｡

参考文献:

[1]姚奇龙,吴长艳.厚煤层及特厚煤层自然发火防治技术研究与应用[J].能源技术与管理,2023,48(3):106-108.

[2]吴艳,刘旭东,王海军,等.急倾斜煤层隐蔽致灾因素探查及防治技术[J].中国煤炭,2022,48(S2):17-27.

[3]王文成.特厚煤层小煤柱开采瓦斯-火灾协同防治技术[J].山东煤炭科技,2022,40(4):102-104.

[4]王振兴.榆北曹家滩煤矿易自燃特厚煤层采空区防灭火技术研究[D].西安:西安科技大学,2020.

[5]贾丽雯.特厚煤层综放工作面初采期间瓦斯和火综合防治技术[J].同煤科技,2019(3):24-26.

[6]王新旺.浅埋深特厚自燃煤层综放工作面火灾综合防治技术应用[J].科学技术创新,2018(21):155-156.

[7]梁运涛,田富超,景珂宁,等.特厚煤层综放工作面安全开采防灭火技术体系研究[J].同煤科技,2016(6):1-6.

文章来源:张立.厚煤层综放工作面火灾综合防治技术研究[J].能源与节能,2025,(05):263-265.