摘 要：瓦斯事故和自然发火事故是煤矿在生产过程中存在的主要自然灾害，严重威胁矿井安全生产，并且在很多矿井的同一工作面两种灾害共存，合理的统筹好瓦斯防治和防灭火工作就显得尤为重要。中煤新集二矿210107工作面为近距离采空区下回采工作面，存在回采期间瓦斯、火灾综合防治的难题，通过对工作面回采期间瓦斯、火灾防治和现场管理工作进行阐述，分析总结近距离采空区下煤层开采的瓦斯和防灭火综合治理经验，为类似条件下回采工作面灾害治理提供技术和实践经验。

关键词：采空区下；瓦斯防治；防灭火

1 矿井概况

中煤新集二矿位于淮南市凤台县城西约12km，井田面积约22km2，核定生产能力为2.9Mt/a。矿井采用立井、主石门、多水平、集中运输大巷开拓方式，矿井开采方式为采区前进式，采面为走向长壁后退式采煤方法，全部垮落法管理顶板。矿井为煤与瓦斯突出矿井，绝对瓦斯涌出量87.05m3/min，相对瓦斯涌出量12.91m3/t；矿井主采煤层均为自燃煤层，自然发火期为3-6个月；矿井为地质类型极复杂，水文地质类型复杂。

2 工作面概况

2.1 工作面基本情况

210107工作面位于新集二矿二水平1煤东翼2101采区，为该采区1煤层首采工作面，上覆1上煤层210108工作面于2014年1月采毕，工作面内1煤层上距1上煤（已基本采毕）0.8～1.6m，平均1.0m。

210108工作面回采后工作面下伏1煤已充分卸压，且210108工作面采用底抽巷施工穿层钻孔抽采工作面瓦斯，工作面所属1煤组均通过钻孔进行抽采，预计工作面最大绝对瓦斯涌出量为 4.61m3/min。

2.2 工作面地质情况

1煤：黑色，粉末状为主，块状次之，内生裂隙较发育，局部裂隙充填黄铁矿膜，弱玻璃光泽，以亮煤为主，暗煤次之，少量镜煤，属半亮型煤；煤层结构简单，工作面内1煤平均3.6m，属较稳定煤层。

直接顶：原始状态下1煤层直接顶为泥岩，厚0.8～1.6m ，平均1.0m。受上覆1上煤层采掘影响，工作面回采范围内1上煤基本被回采完毕，局部地段1煤也被回采，造成现1煤直接顶板为泥岩、砂质泥岩及回采1上煤顶板冒落形成的再生顶板，其中再生頂板岩性包括砂岩、泥岩、砂质泥岩及部分未能回采的1上煤。

3 工作面综合瓦斯治理措施

工作面瓦斯治理措施主要采用合理的配风量及抽采方式的调整治理工作面正常瓦斯涌出以及可能出现的采空区瓦斯异常涌出的问题。

3.1 工作面通风系统

210107工作面通风采用上行通风方式。综合工作面气象、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人数等条件计算，工作面配风量为1096m3/min时，能够满足工作面措施要求并符合《煤矿安全规程》的规定。

3.2 工作面瓦斯抽采措施

210107工作面采用上隅角埋管及顶板孔超前抽采相结合的抽采方法。工作面各抽采分支均安设有高低负压切换装置，工作面回采期间可根据工作面实际瓦斯抽采情况适时调整抽采系统。

3.2.1 工作面上隅角埋管抽采

在210107风巷上隅角闭墙预埋瓦斯抽采集流装置，对闭墙内瓦斯积聚点进行针对性抽采，即将瓦斯抽采集流装置根据封闭墙施工的宽度，均匀地布置在上隅角挡墙内，根据集流装置内的瓦斯情况进行抽采量的调整。

上隅角预埋瓦斯集流装置具有以下特点：一是改变采空区气体流场，减少采空区瓦斯沿工作面涌出的情况；二是抽采管路安装变径控制闸阀，对采空区内抽采气流进行有效控制、调整，减少采空区内遗煤氧化速率；三是集流装置在闭墙施工时，采用人工向外拖动，进行反复利用，降低了投入成本。

3.2.2 工作面风巷顶板孔

工作面回采期间210107风巷自开切眼至停采线范围内每10m布置一个垂直于顶板方向施工的钻孔，钻孔孔深已打透上部210108采空区为基准，工作面超前50m对顶板钻孔进行连管抽采，通过超前预抽改变采空区流场，防止210108采空区瓦斯向工作面异常涌出。顶板钻孔施工必须超前工作面进度不小于50m，不大于60m。

3.3 工作面综合瓦斯治理措施效果分析

通过合理的配风量及抽采方式的不断调整优化，工作面自开采以来，工作面瓦斯始终保持较为稳定，保证了工作面回采期间的瓦斯安全。尤其采用的上隅角预埋集流装置对采空区闭墙进行抽采，不仅成功处理了上隅角闭墙内瓦斯容易积聚的难题，而且抽采量的控制减少了带动采空区内遗煤氧化问题，取得了较好地效果。

4 综合防灭火技术

4.1 减少采空区漏风措施

一是工作面上下隅角封堵措施。工作面回采期间，上、下隅角用“双抗”编织袋装煤（矸）各施工一道编织袋挡墙，并用黄泥抹实。最大限度减少工作面漏风。

二是工作面全程铺网措施。工作面做到全程铺设柔性网，利于工作面支架端头顶板管理防止超前垮冒，同时利于对上覆老空区再生顶板的控制。工作面移架后，在柔性网的作用下上覆再生顶板由传统垮落变为整体下沉，最大限度的保证了采后再生顶板的完整性。

三是实施工作面煤超前注水措施。在采煤工作面内打垂直于煤壁的短钻孔进行注水。同时从工作面风巷施工钻孔进入前方采空区，对超前工作面10m范围内老空区进行注水。通过工作面及老空区超前注水润湿煤体，提高煤体塑形防止煤壁片落造成工作面超前冒顶。同时通过老空区注水降低老空区的温度。

4.2防灭火灌浆措施

黄泥灌浆是煤矿最主要的防灭火手段之一，其原理是泥浆中的水分吸收大量热，起到灭火降温的作用，黄泥覆盖浮煤表面，起隔氧阻止氧化的作用。工作面回采过程中在工作面上隅角预埋的灌浆管路，随着工作面的回采，灌浆管路交替埋设，管路出浆口保持进入采空区的长度在20m-40m范围。为了提高灌浆效果，在浆液中掺入三相发泡剂，利用三相发泡剂发泡后体积大、易堆积、易流动、粘着力强的防灭火特性，对采空区遗煤起到很好的包裹作用，达到阻止煤体氧化、降低煤体温度和充填采空区的目的。

4.3 注氮防灭火措施

工作面下隅角挡墙后方预埋管路，管口高度在距离巷道底板向上1m，埋深在15-30m。工作面回采期间，通过下隅角预埋的注氮管路对采空区实施持续性注氮措施。

4.4 凝胶雾化防灭火措施

凝胶防灭火技术在矿井生产中已经得到普遍应用，并取得很好的成效。传统凝胶工艺为将MEA-1粉末同水均匀混合（或其他材料混合）逐步反应形成胶体，使用注浆泵注入煤体空隙形成凝胶的状态，充填空隙包裹煤体起到降温隔氧作用。新集二矿改变了传统凝胶使用工艺，在工作面实施了凝胶雾化技术。将MEA-1粉末通过雾化器雾化，由工作面下隅角（或工作面支架间缝隙处）向采空区喷洒，雾化粉末随采空区漏风带风流在采空区裂缝内呈下而上漂动，雾化粉末吸附粘黏到采空区暴露煤岩体表面。吸收采空区水份后形成凝胶膜，凝胶膜起到包裹煤岩体作用隔绝采空区氧气，同时凝胶过程吸收热量降低了采空区温度，达到了防止采空区煤炭自燃的效果。

凝胶雾化工艺同传统防灭火凝胶使用上具有以下特点：

一是改变了凝胶的使用方式。由传统凝胶压注充填变成凝胶膜覆盖，雾化工艺没有材料混合搅拌过程，操作简单。二是改变了凝胶形成顺序。传统工艺是在两种凝胶材料充分搅拌混合后，在形成凝膠的过程中压注到目标位置凝固形成固态胶体。凝胶雾化工艺则是将凝胶材料雾化后，以采空区漏风流为载体吸附粘黏到采空区煤岩体上，通过吸收采空区水份逐步胶化形成凝胶膜。三是扩大了凝胶影响范围。传统凝胶工艺压注点扩散能力有限，影响范围小。雾化工艺则是以采空区漏风为载体，凝胶可进入漏风流经的所有地点，影响范围广。

4.5 综合防灭火措施分析

通过综合防灭火措施的实施，210107工作面作为特殊再生顶板条件下近距离采空区下煤层开采的首个工作面，自开采以来采空区及回风流均未检测到一氧化碳，有效杜绝了煤炭自燃事故的发生，保证了工作面的安全回采。灌浆措施限于采空区和水流特点只能浸入采空区底部遗煤体不能做到采空区全覆盖，对于采空区上部遗煤无法起到作用。采空区注氮措施，受采空区漏风影响造成气体惰化很难达到预想目标。凝胶雾化措施很好弥补了上述问题，通过持续实施实现了采空区凝胶全覆盖，达到了防止采空区煤炭自燃的效果。

5 结论

通过利用裂隙带钻孔引流采空区瓦斯流场、采空区上隅角辅助埋管抽采的方法防范工作面瓦斯异常涌出，避免了回采工作面上隅角瓦斯积聚、降低了瓦斯抽采工程成本；通过对采空区进行风巷灌黄泥浆、机巷注氮气、采空区煤体侧凝胶雾化措施，构成了工作面防治自然发火管控体系。通过上述措施的制定和落实，210107工作面实现安全顺利回采，标志着中煤新集二矿在近距离采空区下煤层开采瓦斯、火灾综合防治取得了良好的效果，也积累了一定的经验，同时也为类似条件下回采工作面灾害治理提供技术和实践经验。

参考文献：

[1]张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.7.

[2]王德明.矿井火灾学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.

[3]于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京：煤炭工业出版社.2005.

作者简介：

吴明（1987- ），男，本科学历，安全工程师，现担任中煤新集公司安全监察局驻新集二矿安监处主任工程师，主要从事煤矿一通三防及安全技术工作。