易燃厚煤层综放开采防灭火技术探讨

　　摘要：分析采用传统沿煤层底板布置巷道开采易燃厚煤层易发火的时间与空间，提出了兼顾回采率与火灾防治的新型巷道布置系统，并结合时段与区域发火特点采取相应对策，以期达到安全、经济生产的目的。
　　
　　关键词：易燃厚煤层，综放开采，错层位，三段式回采工艺
　　
　　1引言
　　
　　自然发火是制约厚煤层开采工艺发展的因素之一，也是煤炭工作者多年来致力解决的一个课题。本文通过采用错层位巷道布置系统[1]，结合传统防治火灾的技术，分析其可行性。
　　
　　2现场条件
　　
　　以某矿现场实际条件为例，工作面长144m，采深230-240m。平均煤厚11.5m，最大煤厚14m，平均倾角12°，煤层构造较简单，煤层松软，硬度系数f=1.4，容重为14.5kG/m3，煤层极易自燃，发火期平均为20天，最短为7天。含有厚0.2～0.4m的夹矸1层。煤层直接顶为砂质泥岩，平均厚1.5m，老顶为中厚层状细砂岩，厚14m。
　　
　　3自燃发火类别分析
　　
　　发生自燃的因素包括浮煤的存在，煤体破碎，与氧气接触并有蓄热条件和时间。生产中无论采用何种方式方法，破碎煤体的存在以及与氧气接触是不可避免的，但是如能减少破碎煤体的存在并缩短其蓄热时间，自然发火的几率将会大大降低。在这一指导思想下，对传统放顶煤巷道布置系统易发生自燃的区域以及易发生自燃的时段进行分析。按照放顶煤回采系统下各区域发生自燃的几率大小进行等级划分：（1）容易发生自燃区域巷道揭露的相邻原高温区域或老火区、巷道顶板局部冒落区、巷道变坡顶板破碎区，巷道揭露相邻沿空侧的停采线、溜煤眼、联络巷及其它硐室等处。（2）较易发生自燃区域巷道顶煤离层破碎区、沿空侧煤柱破碎区。（3）可能发生自燃区域巷道巷帮破碎区以及工作面采空区。根据对综放开采时自然发火事故出现的频繁程度，确定火灾易发地点依次为巷道及开切眼、末采收作线、邻近采空区、工作面端头，（如图1所示）。自然发火防治工作的另一重点就是从不同的时期进行分析，各个时期的防治工作要从其产生的根源着手，有四个时期最易发生自燃，分别是：（1）掘进期间。巷顶易形成高冒区以及碎煤裂隙带发育带，局部通风机正压作用加剧了氧气在煤体中扩散，深部产生的热量散发困难，是自然发火的隐患之一；
　　
　　（2）工作面安装期间。切眼时大量碎煤存在于支架上方，综放工作面安装时间比较长，在安装完毕前，可能会导致煤层自燃发火；（3）回采期间。首先，开切眼到初次放顶，时间间隔长，支架顶煤的蓄热时间长；其次，工作面刚安装完，需要磨合设备，导致推进速度慢；再次，上下端头放下的碎煤大量堆积；还有，放顶过程中，顶板会大面积下沉，可能会受到外部客观条件的影响，形成导风通道；（4）拆除期间。综放工作面，拆除时间肯定长；支架上方煤体裂隙发育，与氧气接触面积大；架后煤多且松散。以上自然发火因素，影响着煤矿正常安全的生产，寻求更合理的开采生产系统便是解决上述问题的重要研究途径。
　　
　　4方案分析
　　
　　4.1方案的提出
　　煤矿的生产始终围绕安全、经济、回采率三方面展开，该生产条件下煤层开采受到自燃发火的影响，传统放顶煤沿煤层底板布置巷道以及留煤柱护巷已不能适应生产需要，亟需采用既能提高回采率，又能保证安全生产的无煤柱巷道布置以及相应的回采工艺，本文提出采用错层位巷道布置系统和三段式回采工艺来实现无煤柱开采[2]，（如图2所示）。
　　
　　
　　
　　该系统综合集成放顶煤、上分层铺网放顶煤和下分层网下放顶煤三种回采工艺于一个工作面，三种工艺用于工作面的不同位置，形成独特的三段式回采工艺。图中的a段，即工作面在沿顶板布置的进风巷道一侧采用分层放顶的上分层回采工艺，需要铺网，为下一工作面巷道的掘进与回采作准备。图中的c段，即在距离相邻采空区侧的工作面采用网下放顶煤回采工艺，这一段不需要铺网，但需要控制好采煤机割煤高度，防止漏矸。图中的b段，中部工作面采用放顶煤回采工艺。
　　
　　4.2与传统放顶煤对比
　　
　　是否能有效防治自然发火是判定方案可行性的重要依据，为此在防治自然发火方面对错层位巷道布置与传统放顶煤沿底板布置巷道[3]（如图3）进行了比较：
　　
　　
　　1.区段运输平巷；2.区段回风平巷；3.损失的顶煤与区段煤柱；4.上区段运输平巷位置；
　　
　　（1）错层位巷道布置系统将进风巷与回风巷分别布置在煤层顶板与上一区段采空区下，进风巷、回风巷顶板分别为岩石和少量煤皮，基本上避免了巷道高冒区的出现，可以降低自燃发火率；传统放顶煤沿煤层底板布置巷道，巷道上方是厚煤层，在压力作用下易冒落形成孔隙，存在自燃发火隐患。据统计，综放开采2/3的火患都发生在巷道高冒区。（2）错层位巷道布置系统进风巷巷帮受到应力作用，但是由于该巷直接位于岩石顶板之下，不会出现巷道顶煤高冒，进而加剧巷帮的破坏，不易形成发育的碎煤裂隙，同底板布置的煤巷巷帮比较，发火几率小，而且易于维护；回风巷优势更为明显，因为布置在采空区下的回风巷处于免压区，对巷帮不会造成强烈的挤压，可以降低发火几率。（3）错层位巷道布置系统下，相邻工作面之间只有少量三角煤柱的存在，而且处于免压区内，不易出现传统放顶煤中留有大量“T”型煤柱处在应力集中区内而被压裂压酥导致巷旁向采空区漏风的情况，不但有利于相邻采空区的防治自燃，而且有利于降低煤柱自身的发火几率。（4）上一区段进风巷一侧是上分层铺网放顶煤工艺段，此段的浮煤存在于网下，下一区段进行回采时可以回收，减少了采空区内浮煤的数量，而且上一区段边回采边灌浆，有利于形成人工假顶或产生一定的胶结效果，在下一区段网下回采时，减少了向采空区的漏风，所以特殊的回采工艺也是降低自然发火的有利条件。对比得出，采用错层位巷道布置系统，在易自然发火条件上有了根本性的改善。
　　
　　5工作面防灭火
　　
　　错层位巷道布置系统同传统沿煤层底板布置放顶煤相比，自然发火的隐患大为降低，但防治火的工作绝不能掉以轻心。在自然发火的防治过程中，具体的防灭火工作在不同时期、不同地点采取不同的对策。
　　
　　5.1工作面上、下巷工作面随着成巷时间不同，巷道顶帮压裂松动破碎的程度由内到外逐渐发展，随着巷道顶帮破坏日益严重和巷壁半径的扩大，巷道自然发火隐患也从内向外逐渐增大，同时，井下条件不能及时把氧化产生的热量散发，在掘进工作中就要采取对策，预防火灾的发生。

      （1）严格顶板控制，严防冒顶，若发生冒顶及时铰架，打闭板抹泥，用不燃材料进行充填。有发火预兆地点，要及时打钻糊顶进行灌浆、注粉煤灰或注胶，消灭高温点。

     （2）预埋灌浆管，间歇灌浆工作面上下巷铺设灌浆管路，每50m设一处三通阀门，要保证能随时进行灌浆，灌浆不仅可以带走热量，而且对裂隙处起着充填封闭作用，可以考虑在适当距离设一处注浆钻孔。

      （3）均压措施定期进行一次工作面上下巷之间漏风情况，若上下巷串风，应在上巷建调节风窗实行均压措施，减少上下巷之间及采空区漏风。
　　
　　5.2初采期间受各方面综合影响，巷道断面大，初采速度缓慢，压力大，造成顶煤破碎漏风，形成发火隐患，应采取相应的技术措施，防治自然发火。

　　（1）煤层厚度大，在掘进切眼时留有大量顶煤，应加大注浆孔的密度和充填的力度。注浆孔的分布要保证整个初采期间顶板都能被注浆覆盖。对初采期间的顶帮可以用不燃物进行封闭处理，确保不出现发火征兆。
　　
　　（2）架间打眼注浆，防止架后浮煤局部发火。
　　
　　（3）工作面的切眼形成后，应在回风巷向上分层打钻注水或浆，每隔一定距离布置一个钻孔，钻孔落点必须进入上分层采空区的合理位置，不注水钻孔或无效孔必须封严，防止漏风，回风巷见水可停止本钻孔注水或浆。
　　
　　5.3回采期间回采期间防灭火的重点在工作面两端头，虽然错层位回采率比传统放顶煤有很大提高，但端头过渡支架不放顶煤，难免还会有少量浮煤随工作面推进落入采空区，存在发火隐患，进风巷一侧含氧量高，存在煤炭发生自燃隐患。而氧化产生的有害气体随风流上行流动，易在回风一侧测到。