论文部分内容阅读
摘要：介绍在火区临层下段存在采空区漏风、长倾斜易发火煤层“悬移支架”放顶煤工作面，通过采取打钻、灌浆、注灰、注三相泡沫、外围堵漏、调风调压等综合防火措施，成功实现安全回采。
关键词：悬放、升温、堵漏、观测
中图分类号：TD822
一、采区概况：
1、采区要素
兴安煤矿三水平北18层一区二段底板层工作面走向长度305m（270m/340m）、平均120m（180m/60m）、煤层厚度10m、煤层倾角平均19度、可采储量52万吨。
2、邻区关系
上段是综采一队老火区（于2003年2月27日发火）、下段由251队已采完（2006年6月—2007年7月）、上部17层已采且三段是火区（通过地表渗入井下水流经上部火区，从二层总排石门及二水平北一石门直头出水温度28-36℃，判断该火区处于活跃状态）、下部21层尚未开采。
3、煤层赋存
由于受断层影响工作面呈“刀”型布置，切眼长度200m、停采线长度60m，煤层赋存呈现出走向南低北高的正坡开采。
4、开采工艺
首次采用悬移支架放顶煤开采工艺，在此之前采用Π型钢放顶煤工艺，该工艺优点是有效加强支护、减轻工人劳动强度。
二、防火不利因素分析：
1、工作面上下段均已开采结束，处于上下段之间成为“孤岛”地段，势必造成底板层机轨两道压力大，顶煤破碎易抽漏形成高顶，留下发火隐患；开采时采动压力与段间压力叠加后，机轨两道断面在压力作用下要缩小，增大通风阻力，造成巷道高顶破碎堆积、采空区遗留浮煤漏风强度，使发火隐患升级而发火；
2、机轨两道贴近断层施工，煤体破碎、压力大易抽顶难于维护，尤其是机道上帮三角煤，破碎易发火；
3、工作面上段、上部层17层均存在火区，上述火区未曾注销，采空区与上部17层三段两个机道石门相联通，采空区存在漏风汇点，难以形成有效窒自带，属于“Y”通风系统；
三、综合防治措施：
1、优化设计
1）、预留设与上段火区保护煤柱25-30m；
2）、对于切眼上部二水平17层三段机道石门，采取补送降标高斜轨道90m、增设保护煤柱长度平均25m，来防止与上部17层火区联通；
3）、在轨道石门开门施工21层顶板层消火灌浆道230m，同时探明了21层煤层赋存情况、将来可以用为三水平北21层一二区一段一分层机道，可谓是一举三得；
4）、机轨两道采取大断面12㎡，支护形式为锚网索、架“U”棚子、结合喷碹联合支护；
5）采取悬移支架放顶煤工艺，增大支护强度、减轻工人劳动，提高回采率。
2、防火措施
（一）巷道防火
1）掘进时采取大断面、锚网索架棚支护、超前打穿契、留肚子、镶棚子等防抽漏顶措施；
2）随掘送随滞后工作面不大于30m进行巷道喷碹防止高顶破碎顶煤漏风发火，有效延长发火期；
3）对底板层机轨道打注灰寸孔，每3-5米一排，每排3个钻孔，孔深7-8m/个，机道上帮增补一个钻孔；
4）对注灰钻孔采取循环注水，保持巷道高顶浮煤湿润，达到防止煤体氧化聚热升温，注灰是对巷道已抽漏高顶进行充填成一体，无空隙漏风断绝氧气氧化；
（二）采空区防火
1）利用21层分层消火灌浆道随采随对采空区补打钻孔、进行防火灌浆、注灰、注三相泡沫防火；
2）设专用阻化剂泵排专用管路到工作面，每刀一循环放煤后向软帮采空区仰角30-45°，用前头带尖6分钢管喷洒阻化剂防火；
3）机道下回头每缩一次溜子，轨道上回头每隔5m码一次全断面煤袋，要求码严码实，瓦检员监督执行；
（三）发火隐患升级处理
1）在切眼施工完毕机道已往北施工20m沿未贯通时，由于受断层影响轨道下40-100m段高顶CO浓度升级达到400-800ppm，经研究决定采取水淹法处理；
2）2008年10月下旬工作面采出36米时，软帮采空区轨道下40m范围内，发现CO浓度最大200ppm，乙烯2-4ppm。采取水淹法根据“U”型管原理，机道水淹至反上平台下底板15m、工作面底板轨道下30m，充灰1700m?、灌浆量23520m?；
3）底板层机道变向点南26m处高顶见烟，对高温度打钻寸孔注灰、注水，当时出水温度70°，持续时间半个班后降50℃、30℃、20℃。
四、防火难点攻克实践及技术关键：
（一）防火难点
1、采空区冒落后与上部17层巷道连通漏风，推进度达100m以上时工作面软帮气体化验分析氧气在12-14%之间，不能有效形成窒息带；
2、机道无健全的灌浆疏水系统，机道溜子尾负坡，灌浆出水淹溜子影响生产；
3、工作面倾斜长度最长达200m，月推进度达不到20m，开采周期长是发火期近3倍。
（二）技术关键
在于无论是机轨道两巷还是采空区防火上抓住防火关键环节中的一条，控制充分氧化破碎浮煤聚热升温，从而来实现有效控制发火隐患升级，达到成功防火的目的。
（三）实施方案
1、在对上部17层三段机道石门及总机道实施打钻、充沙堵漏效果不显著的情况下，在对比轨道堵漏钻孔与消火灌浆道上段采空区钻孔观测压差，发现上段一队火区与上部17层采空区已连通压差一致；
251工作面回风系统分别经中七和北七D回风井至地面，中七D回风路线短阻力小，通过控制北六层三四区回风、南七层一三区回风、四水平总回风巷等处分流，达到对251工作面回风系统减压，消火灌浆道上段压差由36mm水柱降至最小2mm水柱，一般维持在10-20间，有效减少“Y”型通风漏风量。 2、由于该工作面本身煤层赋存条件为开采方向正坡仰斜，灌浆出水灌后部空区形成水淹三角型，有利于后下部采空区防火，但存水量有限无法疏水是能否有效处理发火隐患关键。因此，采取对工作面采空区软帮20-50m近距离范围内，压注三相泡沫即解决大量灌浆出水淹留子尾影响生产，又实现有效充填采空区（粉煤灰、水、氮气三相通过发泡剂作为载体，以20-30倍的膨胀率实现对采空区浮煤间有效充填、严密作用），减少漏风尺快形成窒息带。实践证明注三相泡沫后采空区软帮内140m氧气化验分析为2.83%，工作面上隅角软帮轨道下12m、采空区50m范围内钻孔CO浓度稳定在100-200ppm间。
3、在生产组织上增加一组队伍260与251同时进行开采，三区260采工作面下半部、251采上半部，实现月推进度30-35m，有效缩短开采周期6个月。
五、发挥观测导向作用：
1、观测是导向
1）对巷道高顶注灰，灰寸孔、工作面上隅角、回风、软帮（5m、12m、20m）等及消火灌浆道内采空区各钻也需要定点、专人、连续进行气体取样化验分析数据，是发现发火隐患升级变化、采取控制措施及防火工作方向、各项防灭火方案制定的科学依据；
2）人工结合矿井火灾气相色谱仪束管监测监控系统，实现全方位、全天侯、实时监测监控，工作面上隅角、回风、工作面轨道下30m埋设束管4趟计6个点，连续抽气化验分析，做到发火隐患早期预测预报；
3）底板层轨道及消火灌浆道上部17层空区、18层一段空区观测孔，通过“U”型压差计观测反应出251采空区与上段、上部层空区间压力分布关系，层间、段间漏风关系，为下一步调风调压来减少工作面向上部层漏风，实现防火提供科学依据及效果检验手段。
2、早预报早处理
1）观测指导防灭火工作，通过观测发现发火隐患，采取防火措施处理，再由观测对处理效果进行检验；
2）切眼、开采后软帮、底板层机道三处发火隐患升级，都是在观测到后及进采取有效措施，成功消除隐患的。
六、结论：
1、随着矿井开采水平的逐步延深，煤层自身变质程度在增强，发火期会越来越短，近年实践中发现原来无自燃倾向性的后部层（如27、30层），进行三水平标高后在开采过程中均发现CO，兴安矿生力煤层11、17、18、21层均是一类发火煤层并伴随高瓦斯涌出，构成易发火、高瓦斯工作面，往往瓦斯与火交织在一起，防火难度越来越大、不安全因素越多；
2、通过三水平北18层一区二段底板层251工作面存在诸多不利于防火因素下，只要采取切实可行的优化设计、做好早期预测预报工作、先进科学防火措施、大胆创新精神，同样可以取得成功。
【作者简介】：李广彬，男，1971年10月出生，学历大学，毕业于黑龙江科技学院，现任龙煤鹤岗分公司兴安煤矿消火区区长。
关键词：悬放、升温、堵漏、观测
中图分类号：TD822
一、采区概况：
1、采区要素
兴安煤矿三水平北18层一区二段底板层工作面走向长度305m（270m/340m）、平均120m（180m/60m）、煤层厚度10m、煤层倾角平均19度、可采储量52万吨。
2、邻区关系
上段是综采一队老火区（于2003年2月27日发火）、下段由251队已采完（2006年6月—2007年7月）、上部17层已采且三段是火区（通过地表渗入井下水流经上部火区，从二层总排石门及二水平北一石门直头出水温度28-36℃，判断该火区处于活跃状态）、下部21层尚未开采。
3、煤层赋存
由于受断层影响工作面呈“刀”型布置，切眼长度200m、停采线长度60m，煤层赋存呈现出走向南低北高的正坡开采。
4、开采工艺
首次采用悬移支架放顶煤开采工艺，在此之前采用Π型钢放顶煤工艺，该工艺优点是有效加强支护、减轻工人劳动强度。
二、防火不利因素分析：
1、工作面上下段均已开采结束，处于上下段之间成为“孤岛”地段，势必造成底板层机轨两道压力大，顶煤破碎易抽漏形成高顶，留下发火隐患；开采时采动压力与段间压力叠加后，机轨两道断面在压力作用下要缩小，增大通风阻力，造成巷道高顶破碎堆积、采空区遗留浮煤漏风强度，使发火隐患升级而发火；
2、机轨两道贴近断层施工，煤体破碎、压力大易抽顶难于维护，尤其是机道上帮三角煤，破碎易发火；
3、工作面上段、上部层17层均存在火区，上述火区未曾注销，采空区与上部17层三段两个机道石门相联通，采空区存在漏风汇点，难以形成有效窒自带，属于“Y”通风系统；
三、综合防治措施：
1、优化设计
1）、预留设与上段火区保护煤柱25-30m；
2）、对于切眼上部二水平17层三段机道石门，采取补送降标高斜轨道90m、增设保护煤柱长度平均25m，来防止与上部17层火区联通；
3）、在轨道石门开门施工21层顶板层消火灌浆道230m，同时探明了21层煤层赋存情况、将来可以用为三水平北21层一二区一段一分层机道，可谓是一举三得；
4）、机轨两道采取大断面12㎡，支护形式为锚网索、架“U”棚子、结合喷碹联合支护；
5）采取悬移支架放顶煤工艺，增大支护强度、减轻工人劳动，提高回采率。
2、防火措施
（一）巷道防火
1）掘进时采取大断面、锚网索架棚支护、超前打穿契、留肚子、镶棚子等防抽漏顶措施；
2）随掘送随滞后工作面不大于30m进行巷道喷碹防止高顶破碎顶煤漏风发火，有效延长发火期；
3）对底板层机轨道打注灰寸孔，每3-5米一排，每排3个钻孔，孔深7-8m/个，机道上帮增补一个钻孔；
4）对注灰钻孔采取循环注水，保持巷道高顶浮煤湿润，达到防止煤体氧化聚热升温，注灰是对巷道已抽漏高顶进行充填成一体，无空隙漏风断绝氧气氧化；
（二）采空区防火
1）利用21层分层消火灌浆道随采随对采空区补打钻孔、进行防火灌浆、注灰、注三相泡沫防火；
2）设专用阻化剂泵排专用管路到工作面，每刀一循环放煤后向软帮采空区仰角30-45°，用前头带尖6分钢管喷洒阻化剂防火；
3）机道下回头每缩一次溜子，轨道上回头每隔5m码一次全断面煤袋，要求码严码实，瓦检员监督执行；
（三）发火隐患升级处理
1）在切眼施工完毕机道已往北施工20m沿未贯通时，由于受断层影响轨道下40-100m段高顶CO浓度升级达到400-800ppm，经研究决定采取水淹法处理；
2）2008年10月下旬工作面采出36米时，软帮采空区轨道下40m范围内，发现CO浓度最大200ppm，乙烯2-4ppm。采取水淹法根据“U”型管原理，机道水淹至反上平台下底板15m、工作面底板轨道下30m，充灰1700m?、灌浆量23520m?；
3）底板层机道变向点南26m处高顶见烟，对高温度打钻寸孔注灰、注水，当时出水温度70°，持续时间半个班后降50℃、30℃、20℃。
四、防火难点攻克实践及技术关键：
（一）防火难点
1、采空区冒落后与上部17层巷道连通漏风，推进度达100m以上时工作面软帮气体化验分析氧气在12-14%之间，不能有效形成窒息带；
2、机道无健全的灌浆疏水系统，机道溜子尾负坡，灌浆出水淹溜子影响生产；
3、工作面倾斜长度最长达200m，月推进度达不到20m，开采周期长是发火期近3倍。
（二）技术关键
在于无论是机轨道两巷还是采空区防火上抓住防火关键环节中的一条，控制充分氧化破碎浮煤聚热升温，从而来实现有效控制发火隐患升级，达到成功防火的目的。
（三）实施方案
1、在对上部17层三段机道石门及总机道实施打钻、充沙堵漏效果不显著的情况下，在对比轨道堵漏钻孔与消火灌浆道上段采空区钻孔观测压差，发现上段一队火区与上部17层采空区已连通压差一致；
251工作面回风系统分别经中七和北七D回风井至地面，中七D回风路线短阻力小，通过控制北六层三四区回风、南七层一三区回风、四水平总回风巷等处分流，达到对251工作面回风系统减压，消火灌浆道上段压差由36mm水柱降至最小2mm水柱，一般维持在10-20间，有效减少“Y”型通风漏风量。 2、由于该工作面本身煤层赋存条件为开采方向正坡仰斜，灌浆出水灌后部空区形成水淹三角型，有利于后下部采空区防火，但存水量有限无法疏水是能否有效处理发火隐患关键。因此，采取对工作面采空区软帮20-50m近距离范围内，压注三相泡沫即解决大量灌浆出水淹留子尾影响生产，又实现有效充填采空区（粉煤灰、水、氮气三相通过发泡剂作为载体，以20-30倍的膨胀率实现对采空区浮煤间有效充填、严密作用），减少漏风尺快形成窒息带。实践证明注三相泡沫后采空区软帮内140m氧气化验分析为2.83%，工作面上隅角软帮轨道下12m、采空区50m范围内钻孔CO浓度稳定在100-200ppm间。
3、在生产组织上增加一组队伍260与251同时进行开采，三区260采工作面下半部、251采上半部，实现月推进度30-35m，有效缩短开采周期6个月。
五、发挥观测导向作用：
1、观测是导向
1）对巷道高顶注灰，灰寸孔、工作面上隅角、回风、软帮（5m、12m、20m）等及消火灌浆道内采空区各钻也需要定点、专人、连续进行气体取样化验分析数据，是发现发火隐患升级变化、采取控制措施及防火工作方向、各项防灭火方案制定的科学依据；
2）人工结合矿井火灾气相色谱仪束管监测监控系统，实现全方位、全天侯、实时监测监控，工作面上隅角、回风、工作面轨道下30m埋设束管4趟计6个点，连续抽气化验分析，做到发火隐患早期预测预报；
3）底板层轨道及消火灌浆道上部17层空区、18层一段空区观测孔，通过“U”型压差计观测反应出251采空区与上段、上部层空区间压力分布关系，层间、段间漏风关系，为下一步调风调压来减少工作面向上部层漏风，实现防火提供科学依据及效果检验手段。
2、早预报早处理
1）观测指导防灭火工作，通过观测发现发火隐患，采取防火措施处理，再由观测对处理效果进行检验；
2）切眼、开采后软帮、底板层机道三处发火隐患升级，都是在观测到后及进采取有效措施，成功消除隐患的。
六、结论：
1、随着矿井开采水平的逐步延深，煤层自身变质程度在增强，发火期会越来越短，近年实践中发现原来无自燃倾向性的后部层（如27、30层），进行三水平标高后在开采过程中均发现CO，兴安矿生力煤层11、17、18、21层均是一类发火煤层并伴随高瓦斯涌出，构成易发火、高瓦斯工作面，往往瓦斯与火交织在一起，防火难度越来越大、不安全因素越多；
2、通过三水平北18层一区二段底板层251工作面存在诸多不利于防火因素下，只要采取切实可行的优化设计、做好早期预测预报工作、先进科学防火措施、大胆创新精神，同样可以取得成功。
【作者简介】：李广彬，男，1971年10月出生，学历大学，毕业于黑龙江科技学院，现任龙煤鹤岗分公司兴安煤矿消火区区长。