宝日希勒第一煤矿厚煤层自然发火防治

  1概述

    宝日希勒第一煤矿隶属于宝日希勒煤业股份有限公司，该矿始建于1982年，设计年产量为45万t，1985年1月投产。

    该矿主要运输大巷、主胶带运输巷、回风巷全部布置在煤层中，矿井原设计通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式。矿井投产时回采工作面采用分层开采，矿井没投产巷道内煤炭就开始自然发火，回采工作面采完一分层，二分层刚开采，采空区及采煤工作面前后顺槽就开始自然发火；矿井从1985年投产到1989年底，井下所有的巷道全部被火区和高温点包围着。井下火区总数多达38处之多，有的几个火区已经连成一片。1989年12月，由于井下车场自然发火严重迫使矿井停产半年。因煤层自然发火影响冻结可采煤炭75万t，致使矿井生产和经营走向低谷。为了确保生产，宝一矿把防灭火工作放在首位，组建了270多人的专业防灭火队伍。投入了大量的防灭火设施，建立了2个黄泥灌浆站。到1994年井下火区还多达29处。1997年在辅助水平边界建了个新风井，矿井通风方式由中央并列式改造成中央并列式和中央分列式混合式通风。通过风井改造和采用新采煤方法（单休液压支柱，π型钢梁一次性采全高放顶煤）后，宝一矿厚煤层自然发火得到有效的控制。从而促进了宝一矿安全生产，2002年该矿生产原煤62.13万t，2003年生产原煤66.49万t。

    2厚煤层自然发火影响因素分析

    2.1通风方式对厚煤层自然发火的影响

    宝日希勒第一煤矿，煤炭自然发火期为3～6个，最短7～15 d就可自然发火，煤层可采平均厚度14m。1985年—1997年矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式。矿井主要轨道运输巷、集中胶带运输巷、回风总排都布置在煤层中，巷道与巷道之间隔离煤柱30m。该矿煤层层理发育，节理不发育。入风巷和回风总排布置在煤层里，这种设计给中厚煤层自然发火创造了条件。巷道粗料石砌碹壁后充填不实，存在裂隙；隔离煤柱层理发育裂隙较多存在漏风现象；入风巷与回风总排隔离煤柱存在较大压差，造成漏风为厚煤层氧化发热自然发火提供了充足氧气，因而造成巷道壁后自然发火。宝一矿虽然经采用多种方法灭火效果均不理想，截至1997年，厚煤层自然发火火区总数仍多达29处。

    2.2采煤方法对厚煤层自然发火的影响

    宝一矿矿井投产初期，采煤工作面是采用倾斜长壁金属网假顶分层开采，工作面倾斜长为440m，工作面宽度为120m。1个工面分5层开采，1个分层要采完需半年多。采完一分层，二分层刚开采，采煤工作面前后顺槽就开始自然发火，采二分层时火区跟着回采走。工作面前后顺槽都自然发火，火区经地面打钻孔灭火，井下辅以黄泥灌浆、打封闭等措施灭火仅能维持生产。采煤工作面采用倾斜长壁金属网假顶分层开采设计不合理：①工作面浮煤回收不净，浮煤暴露在采空区里慢慢氧化，积热自然发火。②工作面回采时间长是造成工作面煤层自然发火的主要原因。③采一分层后就准备下一分层备采工作面，易造成上分层采空区和下分层巷道漏风引起煤层自然发火。④多分层开采，工作面开切联络巷多，打临时封闭多，漏风较严重易造成联络巷口煤层自然发火。⑤为了控制主要入风巷、回风巷、采空区等火区供氧状态把回采工作面风量压缩在180～240m³/min之间。

    分层开采虽经多种方法灭火，但灭火效果均不理想。

    3厚煤层自然发火综合防治措施

    （1）地面黄泥灌浆系统。①宝日希勒第一煤矿在回风总排上建1个永久黄泥灌浆管路，套皮孔管为100mm，灌浆管路为100mm，灌浆用土用汽车从外地运来，灌浆用水使用井下水，灌浆成本较高，每立方土运到灌浆站费用为30元。②建多个临时黄泥灌浆站，直接从地面打套皮孔，把套皮窝入地下2m深，在套皮外套上防护过滤网，就地用水枪取土造浆，当造浆浓度不够时再深窝套皮孔。每个套皮孔能运送5000m³实方土就报废（煤矿地表50cm以下至20m深处全部是亚砂土，该地粘性不大较松散无其它杂质非常适合灌浆）。灌浆用水取矿井排水，井下用移动灌浆管路数量较少，取土成本降低，临时灌浆站灌浆比永久灌浆站灌浆总成本降低50％。

    （2）井下黄泥灌浆系统。井下的套皮孔至自然发火地点铺设100mm灌浆管路系统，管路长度一般为600m（灌浆管路超过600m管路灌浆前后及易堵管）为好，接头采用快速接头，拐弯处采用螺纹胶管，自然发火地点预埋灌浆管（壁后管），灌浆管四周开口（灌浆时黄泥浆沿不同方向流动），用螺纹胶管和灌浆管路系统连接。不同地点需灌浆时移动灌浆管路及螺纹接头即可。

    （3）地面用钻机向火区打钻孔灭火。井下自然发火地点确定后，把火区坐标点填到井上下对照图上，根据井上下对照图在地面选点打钻孔，用钻孔灌黄泥浆把火区范围圈住使火区不向外蔓延，然后在火区中心打钻直接灌黄泥浆灭火。当火区范围较大时，使用多个钻机同时打钻孔灭火；钻机灭火围封火区非常有效，可堵住火区使其不能向外蔓延，从而有效控制火区范围，为有效灭火创造条件。

    （4）井下巷道喷浆防止自然发火。对井下所有巷道进行喷浆（表面喷200^#混凝土），喷浆厚度平均在3cm ，粗料石砌碹的巷道经喷浆后，减少了巷道空隙，减少了漏风，从而减少了向煤层供氧，减慢了煤层的氧化速度。巷道喷浆后，裂隙减少，当巷道壁后灌黄泥浆时，减少了跑漏浆现象。巷道喷浆后为预防巷道壁后厚煤层自然发火创造了有利条件。井下密闭墙进行喷浆，既防止了采空区漏风，又有效地预防了采空区煤层自然发火。

    （5）改变采煤方法防止自然发火。1985年—1994年宝一矿工作面一直采用分层开采，火区始终跟着回采工作面，灭火和采煤互相影响，因煤层自然发火经常造成工作面停产，甚至连回采工作面设备都无法撤出。因此宝一矿开始认真考虑改变采矿方法，预防采煤工作面煤层自然发火。1994年开始试验用单体液压支柱π型钢梁一次性采全高放顶煤采煤方法，1995年该采煤方法试验取得成功，试验工作面巷道布置在煤层底板，工作面联络巷道减少，回采巷道暴露时间短，降低了采煤成本。采空区自然垮落快，采空区漏风少，采过联络巷道及时封闭。经过1a试验，采煤工作面任何地点无高温点更没有发生煤层自然发火。宝一矿经改变采煤方法后，1995年—2002年采煤工作面杜绝了煤层自然发火。

    （6）改造矿井通风方式，预防煤层自然发火。1985年—1997年宝一矿矿井通风方式为中央并列式，入风巷和回风巷之间存在漏风现象，井下所有巷道壁后煤层全部自然发火，虽经采用多种方法灭火，效果均不理想。1997年经矿井通风方式改造后，矿井通风方式为中央并列式和中央分列式混合式通风，中央主要通风机风量降至350m³/min。边界主要通风机风量在1700m³/min。轨道运输巷和胶带运输巷同时入风，风经工作面前顺槽进入采煤工作面，由采煤工作面至后顺槽和集中回风材料巷到风井。从而杜绝了中央并列式通风回风材料巷交叉通过集中胶带巷和轨道运输巷道。减少了交叉巷道漏风从而降低了巷道壁后煤层自然发火次数。中央风井风量减少，风压降低，减少了巷道漏风，从而减少了巷道壁后煤层自然发火。边界风井投入使用后，通风距离比中央并列式通风距离缩短，通风阻力减少，整个矿井风压差减少，集中胶带巷和轨道运输巷都入风实现了均压通风，从而控制了集中胶带巷和轨道运输及联络巷壁后煤层自然发火。截止到2002年，井下煤层自然发火火区全部灭掉，没有出现新的煤层然发火高温点。

    4经济及社会效益

    4.1经济效益

    计算依据：2002年比1989年多生产原煤22.13万t；2002年产量62.13万t，1989年产量40万t，吨煤售价60元，吨煤生产成本43.23元，税率17％。净增利润：371.12万元。

    2003年比1989年多生产原煤26.49万t；利润444.24万元。

    减人提效：1989年防灭火人数270人，2003年防灭火人数20人，裁员250人，每人年工资1万元，2003年节资250万元。

    总效益：371.12+444.24+250＝1065.36万元。

    4.2社会效益

    该项目的实施，有效地恢复了宝日希勒第一煤矿的安全生产，稳定了矿区人民的正常生活，该项目实施初期在1989年12月，企业有职工近4000人，人均年工资在1000元以内，企业连年亏损，有时连续半年开不出工资，工人每月开1张白票子（欠条），矿区职工生产生活极不稳定。通过实施宝日希勒第一煤矿厚煤层防灭火的综合治理项目后，矿井厚煤层自然发火逐步控制，安全生产逐年好转，促使矿井焕发了青春，产量逐看提高，经济效益稳步向前发展，到2003年，宝日希勒第一煤矿人均年工资突破1万元，一举跨入本地区煤炭行业前列。

    5结论

    宝日希勒第一煤矿煤层灭火的综合治理，对于今后探索厚煤层矿井通风设计、采煤方法设计起了示范作用。同时探索出矿井厚煤层开采预防煤层自然发火要从多方面考虑，首先要考虑矿井通风方式是否合理，矿井采煤方法是否有力于防止煤层自然发火。其次再考虑其它方法预防厚煤层自然发火，如建立矿井黄泥浆系统、均压通风、利用氮气充填采空区等。该矿所采用的厚煤层综合防治自然发火系统，其优点是工程造价低，防灭火见效快，防治自然发火投入成本少，社会效益明显。