常 江

(大同煤矿集团有限责任公司晋华宫矿安监站，山西 大同 037000)

引 言

煤炭资源目前仍是我国经济和社会发展过程中无法替代的一次能源。现有正开采的煤矿中存在很多高瓦斯厚煤层煤矿，具有自燃性且自燃周期短的特点。针对此类型煤矿，一般采用综采放顶煤技术进行开采和挖掘[1]。综采放顶煤技术具备很多优势，如开采成本低、开采效率高、巷道掘进量小、单产能力大、对煤层适应能力强等，因此得到广泛应用。但由于煤矿为厚煤层，贮藏着大量瓦斯气体，在开采过程中，由于一次性开采体量大，会导致瓦斯大量涌出，同时采空区遗煤多、漏风严重，导致综采工作面防治瓦斯和防灭火的危险度和难度大幅增加[2]。因此，非常有必要对高瓦斯易自燃煤层工作面防瓦斯防灭火技术进行研究。

针对工作面基于综采放顶煤技术开采产生的上述问题，本文对工作面回采不同阶段的防瓦斯、防灭火技术展开了针对性深入研究，建立了一套可应对回采不同阶段的防瓦斯、防灭火技术方案，实现了工作面的安全生产。

1 工作面瓦斯、火灾事故发生影响因素分析

1.1 火灾事故影响因素分析

煤矿综采工作面火灾事故发生的原因包括外因和内因两个方面。

1)外因：包括人为因素和设备因素两个方面。人为因素主要是指工作人员的违规操作造成的火灾；设备因素是指井下机械设备运转过程中因故障产生火花造成的火灾；

2)内因：主要是指煤炭自燃现象。矿井煤层吸收一定量的氧气会使井下温度逐渐聚集并保持在很高水平，当达到煤炭自燃点时，如若不及时治理，便会发生火灾。

根据统计资料发现，因外因造成的火灾比例较小，但仍需重视防止此类情况发生；而因内因造成的火灾要占到90%以上，而且主要发生在采空区。

1.2 瓦斯事故影响因素分析

井下工作面瓦斯大量积累主要来源于以下几个方面[3]：

1)瓦斯预先抽放时间短，虽然一定程度上降低了瓦斯的压力和含量，但煤体瓦斯总体含量仍然高，仍会涌出大量瓦斯；

2)回撤期瓦斯涌出量大，与正常采煤期相比还要高，回风瓦斯浓度增加，特别是上隅角瓦斯浓度明显增加。

2 防治瓦斯和防灭火主要技术和措施分析

高瓦斯易自燃厚煤层环境下，工作面瓦斯治理和防灭火之间存在一定的矛盾。瓦斯治理要求进行瓦斯抽采以及加强通风，而防治火灾要求减少采空区漏风，防止井下温度达到自燃点，因此必须统筹兼顾好瓦斯治理和防灭火措施。

2.1 回采初期防瓦斯、防灭火技术分析

利用高抽巷进行瓦斯抽采，调整高抽巷瓦斯抽采流量，可降低工作面回采过程中的瓦斯浓度，同时减少采空区漏风。

在工作面通过地面固定式灌浆站集中灌浆。灌浆的主要工作流程框图，如图1所示。

图1 灌浆主要工作流程框图

灌浆流程为：将定量的黄泥进行粉碎过筛，经胶带输送机将其运送到胶体制备机，然后通过滤浆机将其制成浓度范围在1：4～1：2之间的黄泥浆，并运送到缓冲池中，通过泥浆泵和注浆管道输送至防灭火地点。为实现灌浆防灭火，可在工作面每隔50 m铺设一组灌浆管。

2.2 回采中期防瓦斯、防灭火技术分析

2.2.1 对工作面上下隅角进行封堵

如图2所示，为工作面上下隅角位置图。上下隅角之间存在风力压差，容易造成采空区漏风情况发生。因此，对于工作面的上下隅角必须进行封堵。上下隅角采用隔段封堵方式，这样可以缩小氧气覆盖的范围，减小氧化带范围。

图2 工作面上下隅角示意图

封堵方式：采用袋子墙封堵方式，将袋子墙堆砌工作面上下隅角的端头支架后部。袋子墙阻燃防爆、密封性能好、施工快、经济适用，而且当顶板有压力时，压力越大密封性能越好。

2.2.2 注入凝胶形成隔离带

在工作面支架后注凝胶：凝胶可以封堵煤层缝隙，阻断空气流动，同时凝胶可吸收采空区遗煤表面产生的热量，抑制煤层温度的升高。注凝胶工艺流程示意图，如图3所示。

图3 注凝胶工艺流程

2.2.3 注氮惰化采空区

现场采用移动式膜分离制氮设备进行氮气生产，同时通过Ф108无缝钢管将氮气运输到工作面。在综采工作面，沿倾斜方向每隔15 m～20 m铺设1趟注氮花管，贯通整个综采面。回采期间，注氮周期为间隔4 h一次。如果要进行停产检修，那么需要24 h不间断注氮。

2.2.4 喷洒阻化剂系统。

采用移动式喷射泵来喷洒阻化剂。将阻化剂通过Φ13高压胶管运输到工作面，并需要每天用其喷洒端头。

2.2.5 灌注三相泡沫

灌注三相泡沫时可不需要安装新的运输系统，可采用原有灌浆运输系统将其直接运输到工作面，到达工作面后，需在注浆管路上安装发泡器，并与注氮管路连接，使氮气与浆液充分发泡后灌注至采空区。

2.2.6 建立监测监控和预测预报系统

在胶带顺槽、胶带顺槽与煤壁之间、回风隅角等关键部位分别安装CO传感器、CH4传感器、氧气传感器、温度传感器，利用监测系统来传输相关数据，使其传到调度指挥中心，进行预警。

2.3 回采末期和回撤期间防瓦斯、防灭火技术分析

1)加强洒水。这个阶段需要进一步通过加强洒水来对顺槽端部的遗煤进行润湿，抑制煤体的氧化速率。

2)增强监控功能。在回采末期和支架回撤期间，通过各类传感器要实时对工作面采空区的空气参数变化进行监测。

3)风量调节。回采结束之后，将风量调节到800 m3/min左右，并维持不变，支架回撤成为掩护架之后，作业面应当采取轨道顺槽局部供风。

4)注凝胶。在支架回撤之后，作业面顶板塌落会有碎煤掉落并成为遗煤，应立刻注入凝胶。

2.4 回采后封闭期防瓦斯、防灭火技术分析

对于回采后封闭期，为防止采空区发生自燃性火灾：

1)可采用移动式液态CO2防灭火装置直接灌注到易发生火灾地点。CO2防灭火措施可采用两种注入方式：地面液态CO2压注灭火方式和井下移动式压注灭火方式[3]。

2)对工作面气体进行定时监测。采空区封闭之后，要定时采集束管及密闭内外的样品进行检测，对采空区内部气体的状态变化做到心中有数。

3)对采空区温度进行监测。利用感温光缆或者相关温度检测设备对采空区的温度变化进行实时监测，通过温度的变化情况采取针对性的措施。

3 实际防治效果总结与分析

上述各项防治技术和措施均已应用到综采工作面。经过一定时间的防治之后，在综采过程中，通过对采空区气体采样分析发现，袋子墙内、上隅角采空区、采空区CO浓度均有显著下降，有效阻止了采空区遗煤进一步氧化升温，同时在防治期间采空区煤炭并没有发生自燃情况，表明所提出的技术和措施科学有效，具有较好的防灭火效果，为以后其他煤层综采防灭火、防瓦斯提供了宝贵的经验。

4 结语

本文针对高瓦斯易自燃厚煤层煤矿采用综采放顶煤工艺后存在的诸多缺点与不足，根据综采面不同回采阶段的特点，即回采初期、回采中期、回采末期和回撤期、回采后封闭期，对防瓦斯、防灭火技术进行了深入探讨，并给出具体的、科学的、合理的、有效的防瓦斯、防灭火技术。目前，防灭火技术已经应用到煤矿安全生产过程中，经过实际运行与应用，减小了煤矿火灾的发生率，其而且成本低廉、防火效果明显，值得广泛应用。