杨东方

（潞安矿业集团〈有限〉责任公司古城煤矿，山西长治 046100）

潞安化工集团某煤矿C3-5特厚煤为主采区，经色谱吸氧鉴定，发现煤的平均吸氧量为0.6cm3/g，自然发火倾向为II 级，最短点火时间为83d，因特厚煤以综合综放式为主，采场空间大，易发生采空区漏风，顶煤回收率低。由于采空区存在大量剩余煤炭，给矿井生产带来了极大的困难，尤其是在终采阶段。以潞安化工集团某矿8117 综放区为实例，介绍了在末采期实施的综合防火设计与运用。

1 工程概况

潞安化工集团公司8117 工作面开采长度为1064m，坡长281m，煤层厚度为13.8m，采高3.8m。采用一次全厚的低位放顶法，采出率为1∶2.63。采煤层为石炭系C3-5，煤种为1/3焦煤，深度434～479m。工作面采用三巷布局，即：进风巷、回风巷、顶板高抽巷，“U+I”通风布局，如图1所示。

图1 8117工作面布置示意

根据煤层中氧含量的大小，将其划分“三带”：不燃烧区含氧量18%以上，燃烧区含氧量5%～18%，窒息区含氧量为5%以下，根据现场测量结果，可以得到工作面煤层自燃的“三带”的区域，见表1。

表1 采空区自燃“三带”范围

该工程的末开采期共分三个阶段，计划工期29d，即：从距停采线17m的工作面上铺上吊网钢索，到距停采线9.6m 的末端，预计工期4d；第二个阶段是从顶板支护到机道维修完毕，施工场地已具备撤离的条件，预计工期10d；第三个阶段是从设备准备撤离到撤离工作面的所有支撑，完成了对工作面的封闭，预计工期15d，以保证8117 工作面的末开采安全；需要对消防安全进行全面的规划和仔细的研究，并制订防火方案[1]。

2 方案设计

2.1 设置阻化隔离带

在工作面进入非放煤期30m处，应加强采煤作业，保证放煤的精放细放，并尽量减小在该区域内坍塌的残余煤块；确保煤层与后部采空区之间有一条煤层隔离带。采用MgCI2 阻燃剂喷雾装置，在采空区进行不间断喷淋、阻化，采用氯化镁与水的比例为1∶4，浓度为20%，每日喷水量不少于250kg，保证在工作面后方暴露的煤层全部喷洒。在日检时，在首、尾、后采空区集中使用大约215kg的阻化剂，形成一条大约20m长的阻化带，阻挡采空区氧化区的浮煤。当支架停止前进后，对工作面的两端和后方暴露的煤体，要及时应用阻化剂进行全面的喷洒。MgCI2 阻化剂防火方案具有工艺简单、投资少、阻化剂来源广泛、阻化率高等优势。由于成本低，为了节约矿山的水资源和降低环境污染，所以使用MgCI2型阻燃剂进行灭火较为合适。

2.2 封堵端头减少漏风

为了减少采空区的漏气，将采场推进到非放煤层（与停采线间距17m)，在工作面的两个末端分别设置一堵粉煤灰，然后用5m一次封闭，直至停采线处，一共设置了5个挡板。在建筑施工时，要采取下宽上细的措施，以避免施工中出现的坍塌，采用红砖砌筑，如表2所示。对上、下端头封堵墙、支架停止推移时，后溜煤层的暴露部位喷上瑞克物料，必须进行严格的喷涂，以避免漏气。

表2 末采期间粉煤灰封堵墙构筑

2.3 采空区低温注氮

在进风巷选择适当的部位设置低温氮气注入装置，对进风巷内的氮气注入管线进行改造，对采空区进行不间断的氮气注入；在回风巷采用3条预埋式管线进行多点注氮，其氮气总量达到500m3/h以上。在铺网施工后，高抽巷抽采装置停止运行，对高抽巷进行氮气注入，保证氮气质量不少于200m3/h，并根据高抽巷的气体浓度，进行氮气注入，使巷内气体浓度控制在2%以内。

注氮管路预埋方案:采到距停采线120m时，开始采出工作面的停采后进和回风巷注氮管线的设计，如表3所示。保证开采到停采线，进风巷氮气管道的出口位置在采空区内20m、30m、50m、80m 和120m 的地方，回风巷的氮气管道在采空区内30m、50m、80m的地方，该系统不仅可以满足工作面在开采过程中的正常注氮需求，而且还能保证采空区氧化带在工作面停止开采后的有效惰化。

表3 采空区预埋注浆管路要求

2.4 施工措施孔

由于邻近工作面在以前的停采过程中，曾经出现过支架顶部和后面的煤层自燃，为了提高防火安全系数，采取增加措施孔的方法，防止火灾的发生。也就是说，在支架停止移动后，采用ZLJ-700 钻机，在机道顶部的顶板向后，分别安装1个用于测温、注氮、注阻化剂或注水的钻孔。第一个井眼在5 号和6 号井架之间进行，总共16 个井眼。该钻孔孔径∅73mm，斜角43°，长14m，水泥封孔长度0.5m。钻孔位于机道顶部板架之间，钻机位于前刮板输送机的中轴线，钻孔后的井高1.2m，最终钻孔的位置是在支架的切顶线后5m，所有的钻孔高度都达到了煤层的顶板。钻完后，不要再抽出中空钻柱，由瓦斯员轮流轮流对钻杆中的CO、O2进行检查，测量T值等参数，观察煤层的自燃情况，如有高温、CO 等自燃征兆，应及时采取注氮、注水等方法，对异常部位采取注氮、注水等措施。措施孔施工示意见图2。

图2 措施孔施工示意

2.4.1 低流量注氮系统

进风巷安全出口的喷氮管在采空区120m 处断开，并与沿工作面煤壁铺设的108mm 注氮管相对接，沿煤壁间隔20m插入一根异径三通（108mm变42mm）,∅42mm胶管一端与变径三通相连接，一端与外漏钻杆接头相接，形成了一套低压注氮系统。还可以在注水系统中使用橡胶软管，工作面倾斜长度281m，可插入14根三通，1根四通，所有16孔对接。各措施孔的氮气注入量为100m3/h，注入的氮气可以将空气从煤层裂缝中挤出来。

2.4.2 注水系统

沿工作面煤壁再铺设1 根108mm 的钢丝缠绕钢管，沿煤壁间隔20m 处插1 根异径三通（108mm 变42mm)，如果需要注水，可将橡胶管与注水变径三通对接。注水泵采用工作面上的乳化液泵，以变直径的方式将乳化液泵与108mm的煤壁注水管连接起来。根据同类型工作面的施工经验，将各大注水孔的注水流量分成15m3/h，每孔注水量为1m3/h，并对井内注水情况进行单独调整，对漏水严重的井，减少注水量，注气压力不得大于8MPa。

2.5 加强气体监测

在8117 工作面采用采空区预采样束，并与气相色谱法联用，监测和分析了采空区的瓦斯成分。这次重点分析了氧化区的瓦斯浓度，特别是在进回风巷向采空区布束管，进风巷3个束管，回风巷3个束管。采用2″厚的钢管作为保护套管，并在采空带内部50m、30m、20m处进行采样，对已进入监测区域的采空区实施连续监测。从工作面上的停采起，每天都要用束管对8117 工作面的瓦斯进行采样，并派救护人员对工作面的瓦斯进行采样，一旦有异常，立即采取相应的措施。见表4。

表4 8117工作面末采阶段束管埋设及人工检查取样位置和要求

3 现场应用效果

根据上述的综合防治措施，本煤矿8117 工作面的最终开采时间为30d，在最终开采阶段，采区内CO的最高浓度为9×10-6，最低为5×10-6，平均浓度为7×10-6，没有发现其它具有自燃的典型气体如C2H4、C2H2。结合本盘区16个采煤工作面终采过程中的瓦斯浓度历史数据（最大值70×10-6，最小值13×10-6，平均值为23×10-6）进行了对比分析，结果表明，最大浓度降低61×10-6、最小浓度降低8×10-6、平均浓度下降16×10-6，防治措施在技术上取得了较好的效果，为采区末采时的安全生产提供了有力保障。

4 结语

（1）在超厚煤层综放工作面末采时，采用一体化的防火防救方案，能较好地预防工作面发生自燃、着火危险，消除隐患，遏制火灾事故，有效地保证了8117 综放工作面的收尾工作的顺利进行。

（2）该系统的总体设计思想是：以煤的自燃三个基本因素为切入点，对煤的自然点火进行控制，减少采空区残余煤，减少采空区漏风和低温注氮气采空区，以达到控制煤的自燃的目的。

（3）此次的综合消防设计中，增设了施工控制孔洞，提高了消防安全性能。采取的措施孔可应用于煤矿深层测温、低温低流量注氮、注阻化剂或注水井等，为系统的消防安全提供了有力的支持。