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【摘 要】煤炭自然发火是矿井安全生产一重大威胁，如果不及时采取合理通风和综合防治措施，自然发火将严重影响煤矿的安全生产， 还会浪费国家的煤炭资源。煤炭自然发火多发生在采空区，其中前进式采煤等不合理的采煤方法最容易发火。前进式开采煤层自然火灾防治技术主要从技术和管理两方面进行。技术方面主要是防治漏风、注浆、注水、均压。管理方面主要是加强通风管理、监测监控、知识培训等。
【关键词】前进式；防火
煤炭自然发火是煤矿主要灾害之一，如果不及时采取合理通风和综合防治措施，自然发火将严重影响煤矿的安全生产， 还会浪费国家的煤炭资源。煤炭自然发火多发生在采空区，其中前进式采煤等不合理的采煤方法存在发火危险。白源煤矿2584工作面前进式采煤时采空区出现有80ppm的CO，出现自燃预兆，通过采取防治漏风、注浆、注水、均压、合理通风、监测监控等措施，成功避免了工作面前进式采煤时的火灾事故。
一、概述
1.1 2584工作面慨况
2584工作面位于205采区南翼2584、2582皮带道对应之上部，上至2584回风巷，下至2584溜子道，南起2584切割，北至2584的3号煤斗与2582的3号煤斗之间的连线（停采线），开采标高为：-380～ -400m；该工作面走向长度250米，倾向长度100米，可采斜面积25000米2（见图1）。工作面采用走向长壁前进式采煤法，全部陷落法管理顶板。
1.2 煤层特征
2584工作面开采82煤层，其煤层特征黑色，煤层结构复杂，主要由炭质泥岩夹煤互层及矸石层组成，最下层为半亮型块煤组成，平均煤厚2.2米，煤层厚度变化比较大，煤层倾角平均15°。82煤层为主焦煤，属低瓦斯、自燃煤层，煤尘具有爆炸性。
1.3 煤层自然氧化情况
经鉴定82煤层具有自燃倾向性，发火期为4-6个月，煤尘具有爆炸性，其爆炸指数为25.9-28.27%。2584保前进式溜子道和风巷工作面开采3个月后，在前进式风巷内检测到有15ppm的CO，采空区最高有80ppm的CO，采空区遗留煤炭存在氧化现象（见表1和图2）。
1.4 保前进式开采的原因
（1）205盘区勘探报告提供的资料与实际揭露相差甚远。地质储量变化大；地质构造复杂，断层多，中常褶皱出现频繁；煤层不稳定厚度变化大，且煤间夹矸变化大；钻孔稀少（500米以上），煤层断裂、形态、厚度等基本上没有控制，实际揭露比一、二水复杂得多，经常出现预想将准备巷道布置在煤层底板中，但掘不到100米就进入了煤层顶板中，故严重影响了采掘工程施工进度，给2584皮带道、溜子道、风巷和2582皮带道（2584风巷）的施工带来困难，影响了施工进度，使工期延后。
（2）由于矿井属单一煤层开采，又长期追求产量，导致开拓、准备工程滞后，使矿井采掘接替非常紧张，尤其是采掘三区接替的205盘区，若将2584溜子道和2584风巷继续由南向北施工150米到位，再施工切割75米与风巷贯通形成系统，至少需要2.5月，采掘三区将有2.5个月无工作面开采，这将导致白源煤矿产量急剧下降，职工收入显著下降，全年的产量、经营指标完不成集团公司下达的任务。势必影响矿区的和谐稳定。
二、自然发火因素分析
通过对该工作面自然发火因素分析，易导致煤层自然发火主要有以下几个方面的原因：
（1）采面回收率低。工作面采用放顶煤开采技术，放顶后采空区残留大量浮煤混在冒落的顶板岩石中，浮煤不容易被压实，漏风缓慢渗入，这样为采空区的残留浮煤提供了足够的氧气，增加了煤与氧气结合的机会。
（2）工作面地质构造复杂，顶底板起伏不平，大部份风巷底板标高低于溜子道标高。传统的洒浆、从前进式风巷向采空区采用插管注浆的方法，黄泥浆直接返回到前进式风巷中，而不能进入采空区充填煤岩裂隙及其孔隙的表面，增大氧气扩散的阻力，减少煤与氧的接触和反应面，达不到防火的目的。
（3）工作面溜子道、风巷采用了不合理的保前进式采煤方法；工作面经回采后，顶板自行垮落所形成的采空区，矸石和浮煤松散，空隙多，容易向采空区漏风，引起采空区余煤氧化，从而在采空区区域形成“三带”（散热带、氧化带、窒息带），三带的范围与工作面的风量、工作面保前进式的时间长短及采空区的范围有直接关系，风量越大、保前进式的时间越长、采空区的范围越大，氧化带的区域将越宽，煤层的自然发火的危险性就越大。
（4）保前进式采煤工作面采空区空隙较多，风流经过溜子道、风巷和回采工作面时空气便渗入这些空隙形成漏风通道，使采空区中的浮煤与空气中的氧气进行缓慢氧化，生成热量，这部分热量又不易被风流带走，从而使热量积聚，煤温升高，当超过临界温度后，煤层氧化急剧加速，最后将导致煤层自然发火。
三、自然发火综合防治的技术实践
针对前进式采煤工作面发火点位置难以确定的特点和自然发火因素分析，我们认为，要完全阻止煤与氧气结合是很难实现的，但尽可能地减少煤与氧结合的机会则是可以做到的。2584前进式采煤工作面采取的防治自然发火的措施如下：
（1）尽量提高采面煤炭回收率，减少采空区余煤。在确保溜子平稳的情况下尽量跟好煤层底板，尽可能将采空区煤采出，余煤出干净，确保采出率达90%以上；开采过程中不得随意留煤柱和留顶、底煤。
（2）完善了2584注浆系统， 对2584注浆管路进行了改造。 主管路从1023风巷经1391大巷、西翼总回风巷、2051下山全部安装为4寸钢管1500米，2582皮带道、2584风巷安装2寸钢管480米，在2584工作面内放顶前每隔50米预埋一趟1寸钢管至2584溜子道确保了注浆系统能正常注浆，对2584工作面采用洒浆、插管注浆、埋管注浆和通过预埋的1寸钢管从溜子道向采空区注浆等相结合防治煤炭自然发火（见图1）。
（3）加强了防火注浆。每天对2584工作面進行洒浆、插管注浆，通过前进式风巷和预埋在2584工作面采空区内的1寸钢管从溜子道和风巷向采空区实行插管注浆和埋管注浆。 （4）在前进式风巷及前进式溜子道钉竹席或旧风筒挡风帘，减少向采空漏风；在前进式溜子道安装喷雾器，向采空区喷雾，湿润煤体，增加煤的外在水分，吸热冷却煤岩，延长自然发火期，达到阻燃、降温的目的。
（5）完善了监控系统，在2584回采工作面安装瓦斯、风速、馈电、一氧化碳和温度传感器，24小时进行监测监控，当一氧化碳浓度达到24ppm或温度达到260c时报警断电。
（6）对2584工作面、回风巷、采空区和2584附近密闭定期检查和取样化验分析，每天至少检测一次，每周取样化验一次，将所有检测分析结果记录在专用防火记录台帐内（见表1和圖2），发现自然发火指标超过或达到临界值等异常变化时，立即发出自然发火预报，采取措施进行处理。
（7）工作面配备合理的风量， 在满足瓦斯管理、环境温度和工作面最低风速的前提下， 尽可能减少工作面供风量， 以减少采空区扩散漏风范围。
（8）加快工作面的推进度， 尽量减少采空区余煤接触氧气的时间。
（9）2584回采工作面收尾结束后，及时将材料、设备等撤出，在15天内将通向采空区内的所有进回风巷设置永久密闭。永久密闭严密不漏风，并留有观测孔和放水孔，并预埋好注浆管，回采工作面结束后进行密闭注浆。
表1 2584工作面有害气体涌出量汇总表
检查项目
时间 CH4（%） CO（ppm） C2H6（ppm）
采空区 风巷 采空区 风巷 采空区 风巷
2011年4月3日 0.062 0.056 8.186 5.214 0.87 0
4月8日 0.053 0.042 9.045 3.214 0.46 0
4月13日 0.0272 0.015 0 0 0 0
4月17日 0.28 0.159 5.423 0.711 0 0
4月21日 0.0062 0.0078 10.73 0 0 0
4月27日 0.0094 0.0078 23.31 0 13.72 0
4月28日 0.0118 0.0049 11.42 0 16.51 0
4月30日 0.0062 0.0054 102.42 0 16.16 0
5月1日 0.0139 0.017 58.43 0 14.37 0
5月3日 0.0066 0.0009 58.9 0 10.41 0
5月5日 0.0059 0.0075 87.79 0 10.81 0
5月7日 0.0065 0.0031 67.92 0 9.28 0
5月9日 0.0045 0.0059 63.65 0 9.33 0
5月12日 0.0117 0.0078 63.58 0 9.08 0
5月16日 0.0056 0.0065 58.96 0 9.72 0
5月20日 0.0062 0.0019 26.86 0 6.64 0
5月23日 0.0025 0.0018 30.18 0 7.8 0
5月27日 0.0024 0.0021 35.75 0 5.9 0
5月29日 0.0038 0.0011 38.17 0 6.11 0
5月31日 0.0077 0.0034 48.99 0 5.23 0
6月4日 0.0085 0.0015 32.21 0 6.87 4.915
6月6日 0.0023 0.0012 36.117 0 0 0
6月9日 0.0047 0.0034 31.66 0 0 0
6月12日 0.0028 0.0021 33.68 0 5.83 0
6月16日 0.0031 0.0019 36.88 0 5.51 0
6月21日 0.0035 0.0022 24.25 0 0.0997 0
6月26日 0.0030 0.0017 16.83 0 0.23 0
6月30日 0.0021 0.0015 0 0 0 0
四、效果
通过对2584前进式溜子道、风巷工作面自然发火因素的分析，掌握其变化规律与特征，在溜子道、风巷保前进式开采期间，有针对性地相继采取注浆注水、向采空区喷雾、风量控制、均压技术、监测监控、永久密闭等技术措施后，前进式开采期间防治自然发火收到显著效果。2584工作面在溜子道、风巷保前进式开采过程中未出现一氧化碳超限事故（见表1和图2），安全采出煤炭4.8万吨。该工作面溜子道、风巷保前进式开采的成功实践，积累了本矿防治煤炭自然发火的宝贵经验，取得了理想的经济效益和社会效益。
【关键词】前进式；防火
煤炭自然发火是煤矿主要灾害之一，如果不及时采取合理通风和综合防治措施，自然发火将严重影响煤矿的安全生产， 还会浪费国家的煤炭资源。煤炭自然发火多发生在采空区，其中前进式采煤等不合理的采煤方法存在发火危险。白源煤矿2584工作面前进式采煤时采空区出现有80ppm的CO，出现自燃预兆，通过采取防治漏风、注浆、注水、均压、合理通风、监测监控等措施，成功避免了工作面前进式采煤时的火灾事故。
一、概述
1.1 2584工作面慨况
2584工作面位于205采区南翼2584、2582皮带道对应之上部，上至2584回风巷，下至2584溜子道，南起2584切割，北至2584的3号煤斗与2582的3号煤斗之间的连线（停采线），开采标高为：-380～ -400m；该工作面走向长度250米，倾向长度100米，可采斜面积25000米2（见图1）。工作面采用走向长壁前进式采煤法，全部陷落法管理顶板。
1.2 煤层特征
2584工作面开采82煤层，其煤层特征黑色，煤层结构复杂，主要由炭质泥岩夹煤互层及矸石层组成，最下层为半亮型块煤组成，平均煤厚2.2米，煤层厚度变化比较大，煤层倾角平均15°。82煤层为主焦煤，属低瓦斯、自燃煤层，煤尘具有爆炸性。
1.3 煤层自然氧化情况
经鉴定82煤层具有自燃倾向性，发火期为4-6个月，煤尘具有爆炸性，其爆炸指数为25.9-28.27%。2584保前进式溜子道和风巷工作面开采3个月后，在前进式风巷内检测到有15ppm的CO，采空区最高有80ppm的CO，采空区遗留煤炭存在氧化现象（见表1和图2）。
1.4 保前进式开采的原因
（1）205盘区勘探报告提供的资料与实际揭露相差甚远。地质储量变化大；地质构造复杂，断层多，中常褶皱出现频繁；煤层不稳定厚度变化大，且煤间夹矸变化大；钻孔稀少（500米以上），煤层断裂、形态、厚度等基本上没有控制，实际揭露比一、二水复杂得多，经常出现预想将准备巷道布置在煤层底板中，但掘不到100米就进入了煤层顶板中，故严重影响了采掘工程施工进度，给2584皮带道、溜子道、风巷和2582皮带道（2584风巷）的施工带来困难，影响了施工进度，使工期延后。
（2）由于矿井属单一煤层开采，又长期追求产量，导致开拓、准备工程滞后，使矿井采掘接替非常紧张，尤其是采掘三区接替的205盘区，若将2584溜子道和2584风巷继续由南向北施工150米到位，再施工切割75米与风巷贯通形成系统，至少需要2.5月，采掘三区将有2.5个月无工作面开采，这将导致白源煤矿产量急剧下降，职工收入显著下降，全年的产量、经营指标完不成集团公司下达的任务。势必影响矿区的和谐稳定。
二、自然发火因素分析
通过对该工作面自然发火因素分析，易导致煤层自然发火主要有以下几个方面的原因：
（1）采面回收率低。工作面采用放顶煤开采技术，放顶后采空区残留大量浮煤混在冒落的顶板岩石中，浮煤不容易被压实，漏风缓慢渗入，这样为采空区的残留浮煤提供了足够的氧气，增加了煤与氧气结合的机会。
（2）工作面地质构造复杂，顶底板起伏不平，大部份风巷底板标高低于溜子道标高。传统的洒浆、从前进式风巷向采空区采用插管注浆的方法，黄泥浆直接返回到前进式风巷中，而不能进入采空区充填煤岩裂隙及其孔隙的表面，增大氧气扩散的阻力，减少煤与氧的接触和反应面，达不到防火的目的。
（3）工作面溜子道、风巷采用了不合理的保前进式采煤方法；工作面经回采后，顶板自行垮落所形成的采空区，矸石和浮煤松散，空隙多，容易向采空区漏风，引起采空区余煤氧化，从而在采空区区域形成“三带”（散热带、氧化带、窒息带），三带的范围与工作面的风量、工作面保前进式的时间长短及采空区的范围有直接关系，风量越大、保前进式的时间越长、采空区的范围越大，氧化带的区域将越宽，煤层的自然发火的危险性就越大。
（4）保前进式采煤工作面采空区空隙较多，风流经过溜子道、风巷和回采工作面时空气便渗入这些空隙形成漏风通道，使采空区中的浮煤与空气中的氧气进行缓慢氧化，生成热量，这部分热量又不易被风流带走，从而使热量积聚，煤温升高，当超过临界温度后，煤层氧化急剧加速，最后将导致煤层自然发火。
三、自然发火综合防治的技术实践
针对前进式采煤工作面发火点位置难以确定的特点和自然发火因素分析，我们认为，要完全阻止煤与氧气结合是很难实现的，但尽可能地减少煤与氧结合的机会则是可以做到的。2584前进式采煤工作面采取的防治自然发火的措施如下：
（1）尽量提高采面煤炭回收率，减少采空区余煤。在确保溜子平稳的情况下尽量跟好煤层底板，尽可能将采空区煤采出，余煤出干净，确保采出率达90%以上；开采过程中不得随意留煤柱和留顶、底煤。
（2）完善了2584注浆系统， 对2584注浆管路进行了改造。 主管路从1023风巷经1391大巷、西翼总回风巷、2051下山全部安装为4寸钢管1500米，2582皮带道、2584风巷安装2寸钢管480米，在2584工作面内放顶前每隔50米预埋一趟1寸钢管至2584溜子道确保了注浆系统能正常注浆，对2584工作面采用洒浆、插管注浆、埋管注浆和通过预埋的1寸钢管从溜子道向采空区注浆等相结合防治煤炭自然发火（见图1）。
（3）加强了防火注浆。每天对2584工作面進行洒浆、插管注浆，通过前进式风巷和预埋在2584工作面采空区内的1寸钢管从溜子道和风巷向采空区实行插管注浆和埋管注浆。 （4）在前进式风巷及前进式溜子道钉竹席或旧风筒挡风帘，减少向采空漏风；在前进式溜子道安装喷雾器，向采空区喷雾，湿润煤体，增加煤的外在水分，吸热冷却煤岩，延长自然发火期，达到阻燃、降温的目的。
（5）完善了监控系统，在2584回采工作面安装瓦斯、风速、馈电、一氧化碳和温度传感器，24小时进行监测监控，当一氧化碳浓度达到24ppm或温度达到260c时报警断电。
（6）对2584工作面、回风巷、采空区和2584附近密闭定期检查和取样化验分析，每天至少检测一次，每周取样化验一次，将所有检测分析结果记录在专用防火记录台帐内（见表1和圖2），发现自然发火指标超过或达到临界值等异常变化时，立即发出自然发火预报，采取措施进行处理。
（7）工作面配备合理的风量， 在满足瓦斯管理、环境温度和工作面最低风速的前提下， 尽可能减少工作面供风量， 以减少采空区扩散漏风范围。
（8）加快工作面的推进度， 尽量减少采空区余煤接触氧气的时间。
（9）2584回采工作面收尾结束后，及时将材料、设备等撤出，在15天内将通向采空区内的所有进回风巷设置永久密闭。永久密闭严密不漏风，并留有观测孔和放水孔，并预埋好注浆管，回采工作面结束后进行密闭注浆。
表1 2584工作面有害气体涌出量汇总表
检查项目
时间 CH4（%） CO（ppm） C2H6（ppm）
采空区 风巷 采空区 风巷 采空区 风巷
2011年4月3日 0.062 0.056 8.186 5.214 0.87 0
4月8日 0.053 0.042 9.045 3.214 0.46 0
4月13日 0.0272 0.015 0 0 0 0
4月17日 0.28 0.159 5.423 0.711 0 0
4月21日 0.0062 0.0078 10.73 0 0 0
4月27日 0.0094 0.0078 23.31 0 13.72 0
4月28日 0.0118 0.0049 11.42 0 16.51 0
4月30日 0.0062 0.0054 102.42 0 16.16 0
5月1日 0.0139 0.017 58.43 0 14.37 0
5月3日 0.0066 0.0009 58.9 0 10.41 0
5月5日 0.0059 0.0075 87.79 0 10.81 0
5月7日 0.0065 0.0031 67.92 0 9.28 0
5月9日 0.0045 0.0059 63.65 0 9.33 0
5月12日 0.0117 0.0078 63.58 0 9.08 0
5月16日 0.0056 0.0065 58.96 0 9.72 0
5月20日 0.0062 0.0019 26.86 0 6.64 0
5月23日 0.0025 0.0018 30.18 0 7.8 0
5月27日 0.0024 0.0021 35.75 0 5.9 0
5月29日 0.0038 0.0011 38.17 0 6.11 0
5月31日 0.0077 0.0034 48.99 0 5.23 0
6月4日 0.0085 0.0015 32.21 0 6.87 4.915
6月6日 0.0023 0.0012 36.117 0 0 0
6月9日 0.0047 0.0034 31.66 0 0 0
6月12日 0.0028 0.0021 33.68 0 5.83 0
6月16日 0.0031 0.0019 36.88 0 5.51 0
6月21日 0.0035 0.0022 24.25 0 0.0997 0
6月26日 0.0030 0.0017 16.83 0 0.23 0
6月30日 0.0021 0.0015 0 0 0 0
四、效果
通过对2584前进式溜子道、风巷工作面自然发火因素的分析，掌握其变化规律与特征，在溜子道、风巷保前进式开采期间，有针对性地相继采取注浆注水、向采空区喷雾、风量控制、均压技术、监测监控、永久密闭等技术措施后，前进式开采期间防治自然发火收到显著效果。2584工作面在溜子道、风巷保前进式开采过程中未出现一氧化碳超限事故（见表1和图2），安全采出煤炭4.8万吨。该工作面溜子道、风巷保前进式开采的成功实践，积累了本矿防治煤炭自然发火的宝贵经验，取得了理想的经济效益和社会效益。