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1、浅析矿井收缩性开采过程中防治煤层自燃发火的措施沈小青摘 要：李一煤矿目前已进入工广煤柱收缩性开采阶段，在矿井进入收缩性开采以来，井下多处地点不同程度的出现CO，为矿井安全生产工作带来巨大压力。经过采取一系列防火措施以后，各地点的发火隐患已根本得以消除，保证了矿井的安全生产，在以后的生产活动中，防治煤层自燃发火工作成为矿井安全生产的重中之重。关键词：煤层自燃发火；采空区；高冒点；漏风通道随着矿井井田范围内可采煤层的持续开采，矿井可采资源量逐渐减少，矿井必然进入收缩性开采阶段。由于受前期开采的影响，且收缩性开采根本位于工广煤柱内，收缩性开采过程中的瓦斯、防突管理压力相对减小，但由于前期开采所遗留下
2、来的巷道、采空区等，使矿井在采掘过程中产生煤层自燃发火事故隐患的概率加大，因此，做好防治煤层自燃发火工作是保证矿井收缩性开采过程中安全生产的重要保障。1、煤层自燃发火隐患存在地点根据煤层自燃发火机理可知，煤层自燃发火隐患主要分布在有碎煤堆积和漏风同时存在、时间大于自燃发火期的地方，矿井在收缩性开采过程中，开采煤层的上下及左右方都不同程度的存在一定的采空区，这些采空区都是矿井以前采掘活动留下的，保存时间较长，如果采掘时有漏风存在的话，很容易引起发火火源；在收缩性开采准备阶段，水平石门过煤层采空区地点及巷道采掘过程中发生高冒的地点，也容易产生自燃发火隐患。李一煤矿于2023年初开始施工工广煤柱收缩
3、性开采准备工程，2023年11月收缩性开采首采面构成，2023年全面进入收缩性开采阶段，截止2023年5月，矿井井下多处地点出现CO，统计情况见表1。表1：李一煤矿收缩性开采期间井下CO出现地点统计地 点最大CO(ppm)最高温度() -252m轨石B8采空区16632 -252m轨石B9高冒1628-252m回风石门B8采空区100039-252m回风石门B9采空区1324-252m回风石门B10采空区324 -252m回风石门B11采空区226-294m回风石门B7采空区424 -294m回风石门B8采空区624 -428m皮石B7采空区422 -428m皮石B9采空区1022 -428m
4、轨石B8高冒525-544m回风石门B7高冒423 -544mB8风巷高冒2323 -544m车场B7高冒821 -602m机轨石B8高冒222 -602mB9一道高冒2923 -602mB4轨巷高冒5622 由表1可以看出，CO出现地点多为水平石门过煤层采空区、水平石门过煤层时发生高冒地点、煤巷掘进时发生高冒的地点。这些地点均为采掘活动的主要进、回风路线，一旦发生煤层自燃发火事故，不仅会对井下人员生命安全构成严重威胁，对矿井的财产损失也是不可估计的。2、煤层自燃发火隐患分析2.1水平石门过煤层采空区矿井收缩性开采准备过程中所施工的水平石门，会穿过局部煤层的采空区，或从煤层采空区的下上部穿过。
5、穿过煤层采空区时，由于采空区保存时间较长，采空区内堆积的碎煤已完全处于窒息带内，如遇到供氧条件，将会进行氧化转化为散热带，因此，水平石门揭露采空区以后，如持续供氧，此段采空区根据供氧程度可能转化为自燃带，出现自燃发火隐患；水平石门从煤层采空区下部穿过时，有水平石门与采空区之间的煤岩体存在，理论上不会形成对采空区的供氧条件，但水平石门施工时对上部煤岩体的破坏及爆破时的震动，均有可能使此段煤岩体产生裂隙而对采空区形成供氧条件，出现自燃发火隐患。李一煤矿工广煤柱收缩性开采准备过程中共施工水平石门9条，各石门过各煤层情况见表2。通过表1及表2可以看出，在大多数的水平石门过煤层采空区地点均不同程度的出现
6、了CO。表2：李一煤矿收缩性开采水平石门过各煤层情况表-252石门-294m石门-428m石门-544m石门-602m轨道回风运输回风皮带轨道机轨回风机轨B4a煤层/煤煤/煤煤煤B4b煤层煤煤煤煤/煤煤煤B6煤层煤煤煤空煤/煤煤煤B7煤层煤煤煤空空煤煤煤煤B8煤层空空煤空煤煤煤煤煤B9煤层煤空煤煤空煤煤煤煤B10煤层煤空/煤煤/B11a煤层煤空/空煤/B11b煤层煤煤/煤煤/ 2.2高冒点巷道掘进过程中上部煤岩体发生冒落而在巷道上方形成的空洞我们称之为高冒点，此处专指石门过煤层段或煤巷掘进过程中的煤体冒落。矿井收缩性开采阶段，煤层倾角较大，李一煤矿收缩性开采范围内各煤层倾角都比拟大，在4007
7、00之间，掘进过程中很容易发生冒落，特别是上山掘进过程中，高冒的几率更大。形成高冒点以后，高冒点空洞内及顶部的煤体进行氧化，由于没有良好的散热条件，很容易形成热量积聚，在持续供氧的条件下，产生自燃发火隐患。李一煤矿井下出现CO的地点多为高冒点，巷道掘进过程中出现高冒以后，在很短的时间内便会出现CO，这说明高冒点处煤层的自然发火时间不能以煤层自燃发火期来判定，因为高冒点在富氧情况下有很好的热量积聚条件，煤层氧化速度非常快，有很大的自燃发火隐患。2.3工作面采空区根据统计，煤矿井下发生的火灾中采空区火灾占50%以上，多煤层联合开采和厚煤层分层开采时，自燃火源多位于停采线和上、下顺槽附近；中厚煤层采
8、空区火源大多位于停采线和进风道。但矿井收缩性开采过程中，工作面采空区在回采期间产生自燃发火隐患相对较小，因为收缩性开采阶段工作面的倾向及走向根本都不长，工作面推进速度快，效劳时间较短，采空区自燃带内遗煤还未氧化之前就进入了窒息带，不具备引发自燃发火的条件。但正因为收缩性开采采掘接替比拟频繁，通常会将一个走向比拟长的工作面进行分段掘进，来确保采掘的正常接替，在这种情况下，产生自燃发火隐患的几率就会增大，因为工作面采过前段煤体以后，通向工作面采空区的通道增加，如果这些通道中出现漏风，那么会直接对采空区进行供氧。随着工作面的推进，本来会进入窒息带的采空区区域，由于有漏风的存在，采空区会一直处于散热带
9、或自燃带，条件成熟时，采空区遗煤就会发生自燃。李一矿-544m-602mB8工作面走向长346420m，为保证采掘的正常接替，前期上风巷先从-544m北石门施工B8联巷，然后从联巷内施工煤上山至-505m标高后施工上风巷，到位后施工切眼；机巷先从-602mW1轨石拨门施工，然后与切眼贯穿形成回采工作面。后期从-544m轨石内拨门施工上山至-505m标高后施工上风巷与前期上风巷贯穿，从-602m机轨合一石门施工下顺槽与-602mW1轨石贯穿，构成整个块段的回采工作面。如以下列图所示：随着工作面向前推进，工作面采过上风巷煤上山及机巷轨石以后，存在着两个通向采空区的通道，如果这两个通道中存在漏风，那
10、么会形成对采空区的供养条件而产生自燃发火隐患。另外，工作面采过准备期间所作的辅助运输上、下山或工作面过老巷时，都会增加通向工作面采空区的通道，如果对这些通道封堵不严，会给工作面回采过程中带来自燃发火隐患。3、防治措施3.1水平石门过采空区的处理水平石门在设计时就必须要考虑到防治煤层自燃发火的因素，如果水平石门直接穿过煤层采空区，必然会向采空内供氧，形成自燃发火隐患，因此在设计时，上水平石门应设置在采空区下方，下水平石门设置在采空区上方，且要留有一定厚度的煤体作为隔断供氧的防火煤柱。水平石门在过煤层段应加强支护并进行喷浆封堵，喷浆厚度为全断面覆盖支护体，长度应根据煤层上下岩体的性质而定，一般在过
11、煤层段510m左右。如水平石门施工穿过煤层采空区，那么必须及时对过采空区段进行喷浆封堵，并对采空区进行压注水泥浆、黄泥浆或高分子材料等阻化剂，设点观察采空区内CO及温度的变化情况。CO及温度有升高趋势时，采取施工防火注浆钻孔的方法，在巷道周围形成大面积隔断采空区的保护屏障，从而隔断供氧通路，阻止采空区内氧化煤体继续氧化，到达消除自燃发火隐患的效果。李一煤矿-252m回风石门设计为穿过B8煤层采空区，施工至B8煤层时采用U型棚进行支护，施工穿过B8煤层顶板后对过B8煤层段进行了喷浆处理，并设置了观察孔及注浆孔。对采空区压注黄泥浆以后，日常检查中虽能检测出CO，但都稳定在35ppm之间，无异常现象
12、出现。直至2023年2月，检测到CO达1879ppm，矿立即在-252m回风石门B8顶板向B8采空区呈扇形布置了8个防火注浆钻孔，分别进行压注凝胶及水泥浆，累计压注水泥40t，水玻璃0.8t，化肥1.5t。压注以后，对以前的措施孔进行继续压注黄泥浆并对采空区前后10m的巷道进行了复喷浆，日常检测CO在500900PPm，并持续下降。直至3月中旬，检测到CO值开始稳定，在1013PPm左右，3月底开始检测不到CO。采取措施后，CO浓度随时间变化情况见图1。考虑到检测的局限性，对采空区又施工了3个观测孔，同样未检测出CO，说明发火隐患已完全消除。3.2高冒点的处理煤巷掘进或水平石门过煤层段发生高冒
13、以后，要及时对高冒点内的空洞用不燃性材料进行接顶、填充，外表进行喷浆处理，现场进行标记，然后设置观察孔及措施孔，进行日常的注浆及防火观察。由于高冒点范围固定，出现CO后的隐患点比拟清楚，因此采取措施时的针对性也比拟强，但由于高冒后巷道顶部存在裂隙较多，不容易准确地查找到漏风源，进行外表喷浆时范围应该加大；另外，如果是工作面上下顺槽发生高冒，受采动影响，喷浆后很容易产生开裂而出现漏风封堵不严的情况，要加强复喷浆工作。在注浆过程中，由于是在巷道的顶部，很容易出现跑漏浆的现象，注浆时的堵漏也是快速消除高冒点发火隐患的重要手段。收缩性开采过程中，受前期开采的影响，煤层自燃发火期通常会缩短，煤体吸氧速度
14、及活性都会提高，针对高冒点封堵情况，对已消除发火隐患的高冒点也要进行补浆，以防止高冒点内煤体重新氧化而产生热量积聚。李一煤矿在-602mB9机巷及-544mB8风巷掘进过程中，均产生了高冒，而且高冒点出现后的一个星期内便检测出了CO。通过对高冒点外表喷浆以后，进行单孔注浆，虽CO没有升高的趋势，但也未能将高冒点内的CO降低，由于两处高冒点均处于上山中，根据高冒高度，从高冒点上部巷道施工了23个注浆孔至高冒点内进行注水泥浆，注浆时，U型棚棚卡及喷浆后开裂处出现了大量跑浆的现象，通过使用黄泥及聚氨脂对跑浆处进行封堵以后，跑浆情况得到控制。在注浆结束后的第三天，CO就呈现明显下降趋势，三个星期后，-
15、602mB9机巷高冒点检测不到CO，直至B9工作面回采完毕，此高冒点也再未检测出CO。两处高冒点采取措施后，CO浓度随时间变化情况见图2。3.3工作面采空区漏风通道的封堵对于工作面采空区发火隐患的处理，关键点在于对漏风通道的漏风控制，阻断向工作面采空的供氧通路。在工作面回采结束以后，对上下顺槽的永久封闭是每个矿井防治煤层自燃发火的重要工作，一般要求是进行双墙封闭，然后在两墙之间压注水泥浆进行封堵隔断，再对采空区进行注黄泥浆或阻化剂。矿井收缩性开采期间，工作面在回采过程中通向采空区的通道比拟多，除了要做好正常的上下顺槽永久封闭工作外，对这些通道的封闭也是做好防治煤层自燃发火工作的重点。由于这些通道均处于工作面的上、下方，受采动影响较大，巷道周边裂隙多，很容易产生漏风通道，在封闭时首要的就是封闭墙掏槽，根据巷道岩性的不同，掏槽深度一般在20
