S₂905 綜采工作面自燃傾向處理實(shí)踐與分析　　

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大興礦? 徐世波 朱大志 龍海　　

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摘? 要： 大興煤礦S₂905綜采工作面火成巖侵入嚴(yán)重、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，自然發(fā)火期為17天。該工作面回采至42m，回順側(cè)邊采邊加支架時，架間采空區(qū)CO最大值達(dá)到387ppm，回風(fēng)CO最大值達(dá)到22ppm，工作面出現(xiàn)自然發(fā)火征兆，通過采取減風(fēng)堵漏、充填注水、注氮?dú)夂鸵簯B(tài)CO₂降氧降溫的治理措施，有效的防治了災(zāi)害的擴(kuò)大，并通過合理的技術(shù)措施將CO濃度降低到合理范圍。　　

關(guān)鍵詞：綜采工作面；自然發(fā)火 　 　

1 問題的提出　　

大興煤礦S₂905綜采工作面為南二采區(qū)主采工作面，2016年5月15日開始回采。5月31日南二905綜采工作面運(yùn)順回采42m、回順回采46m?，F(xiàn)場查工作面架間、上隅角高頂、老塘束管及5月22日束管（距切眼10.5m）等地點(diǎn)CH₄、CO濃度情況，發(fā)現(xiàn)從58^#支架至機(jī)尾支架架間均有CO，其中96^#～97^#架間CO濃度最高為312ppm、上隅角高頂CO濃度為225ppm、老塘束管CO濃度為257ppm、5月22日束管CO濃度為387ppm，采場回風(fēng)CO濃度為22ppm，呈現(xiàn)上漲趨勢。　　

2 工作面概況及特點(diǎn)　　

　 　 　 　 　 　 　 　

圖1? 巷道布置示意圖

　 　S₂905工作面位于南二采區(qū)東部。工作面大面長659m，傾斜寬190m；小面長290m，傾斜寬140m。工作面面積165810m²。工作面四周均為未采動區(qū)，工作面上鄰7-2煤層，北部未采動，南部為S₅719上采空區(qū)，7-2煤層厚度在1.36～4.93m之間，一般為2.96m，與9煤層間距在33.07～36.73m之間，一般為34.99m。工作面下鄰10-1煤層，煤層厚度在0.28～0.62m之間，一般為0.45m，不可采，與9煤層間距在9.69～28.07m之間，一般為11.21m。　　

S₂905 工作面從2016年5月15日開始回采，至2017年7月28日回采完畢。工作面煤巖形態(tài)為舒緩向斜構(gòu)造，采用走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法。回采期間，共實(shí)見九條斷層，斷層最短延伸長度為150m，最長延伸長度為700m；最小落差為0.4m，最大落差為3.1m。工作面共實(shí)見兩條火成巖巖墻，其中一條火成巖巖墻寬度為1.1m左右，回采至400m時開始出現(xiàn)，至850m尖滅；另外一條火成巖巖墻寬度3.5m左右，從564米進(jìn)入到工作面，延伸長度為560m，至回采結(jié)束?；夭芍?span lang="EN-US">1093m時，工作面實(shí)見一條火成巖巖床。工作面“陷落柱”構(gòu)造較發(fā)育，回采至804m、814m、868m、1010m時，共實(shí)見四處“陷落柱”構(gòu)造?！跋萋渲敝饕獮榻堑[巖、煤塊、火成巖塊組成，規(guī)模一般為3～20m不規(guī)則的圓形。 ? 　 　

本工作面煤的工業(yè)牌號為長焰煤，南部有少量不粘煤，煤層厚度在3.39～4.55m之間，一般為4.05m。本工作面煤層呈黑色，塊狀構(gòu)造，質(zhì)較純，以亮煤為主。煤的自燃發(fā)火期為17天，煤塵爆炸指數(shù)為33.81％。　　

3 生產(chǎn)基礎(chǔ)信息　　

S₂905 工作面煤炭產(chǎn)量為136.7萬t，塊段原始瓦斯含量為8.67m³/t、壓力為2Mpa；經(jīng)過采取順層預(yù)抽煤層區(qū)段瓦斯的區(qū)域防突措施，殘余瓦斯含量為5.18m³/t、殘余瓦斯壓力0.66Mpa（計(jì)算值）?；夭汕袄塾?jì)抽采純量484.81萬m³,回采期間累計(jì)抽采純量3415.1萬m³。絕對瓦斯涌出量16.4～98.5 m³/min，相對瓦斯涌出量在7.4～51 m³/t。2016年10月10日絕對瓦斯涌出量最大值為：122.5m³/min，相對瓦斯涌出量最大值為51m³/t，出現(xiàn)在2017年6月。　　

4 高溫點(diǎn)位置分析　　

本次 產(chǎn)生 自然發(fā)火傾向 隱患時 ， 工作面正處于擴(kuò)面邊采邊加支架期間，開采17天僅推進(jìn)42m，采空區(qū)氧化帶浮煤易達(dá)到其自然發(fā)火期而出現(xiàn)高溫點(diǎn)。根據(jù)工作面防火措施效果、CO氣體涌出特點(diǎn)與濃度變化及地質(zhì)條件分析， 可以判定產(chǎn)生自燃傾向 主要 原因是 回采期間工作面切眼前部10號支架附近斷層處遺留浮煤發(fā)生氧化自燃 ，其理由如下：　　

4.1 措施有效性分析　　

（1）6月8日～6月9日運(yùn)順切眼30m埋管充填期間， 6月8日回風(fēng)CO濃度最高達(dá)21.63ppm，6月9日回風(fēng)CO濃度降到7.96ppm?；仫L(fēng)CO濃度大幅下降（當(dāng)時5月29日埋深30m注氮管單點(diǎn)注氮），說明該充填點(diǎn)附近存在自然發(fā)火隱患。但由于充填量較大（6月9日當(dāng)日充填量為20m³/h），沒有及時減少下沙量、過早起壓，造成該點(diǎn)充填時間較短，自然發(fā)火隱患點(diǎn)附近沒有充分過水。　　

（2）7月1日工作面采取均壓通風(fēng)措施后，工作面CO涌出量186.9m³/d（回風(fēng)CO平均濃度38.16ppm）。7月2日工作面CO涌出量287.7m³/d（回風(fēng)CO平均濃度84.34ppm）。7月3日工作面取消均壓通風(fēng)，恢復(fù)負(fù)壓通風(fēng)，當(dāng)日CO涌出量336m³/d（回風(fēng)CO平均濃度128.38ppm）。CO涌出量及回風(fēng)CO濃度均大幅上漲，均壓措施失敗。　　

（3）通過采取注液態(tài)CO₂降氧降溫措施，稀釋降溫運(yùn)順側(cè)逆流出高于工作面環(huán)境溫度的高濃度CO。7月5日～9日工作面CO涌出量由248.3m³/d下降到14.2m³/d，回風(fēng)CO平均濃度117.63ppm下降到 2.56ppm。　　

（1）（3）兩項(xiàng)措施實(shí)施后，CO涌出量和回風(fēng)最大值都大幅下降；（2）項(xiàng)均壓措施實(shí)施后，災(zāi)情沒有得到控制，相反出現(xiàn)上漲趨勢。說明自然發(fā)火隱患點(diǎn)在本層采空區(qū)。　　

4.2 工作面上部空間標(biāo)志性氣體分析　　

通過905瓦斯道、上部的S₅719工作面采空區(qū)氣體取樣化驗(yàn)分析均沒有出現(xiàn)高濃度CO，說明S₂905工作面與上部的南五719、717工作面采空區(qū)聯(lián)通不是導(dǎo)致本次自然發(fā)火的主導(dǎo)誘因。　　

4.3 地質(zhì)條件分析　　

工作面切眼前部10^#支架附近及中部50^#支架處各有一斷層，回采期間斷層處遺留浮煤。　　

5 自燃傾向處理過程　　

本次S₂905 綜采工作面自然發(fā)火處理過程可分為兩個階段。　　

5.1 5 月31日～6月27日自然發(fā)火防治階段　　

工作面風(fēng)量1819 m³/min ，最大瓦斯涌出量 27.90m³/min ，最大瓦斯抽采量14.81m³/min。 自燃發(fā)展過程如本文開頭所述。　　

5.1.1 煤炭自燃防治綜合技術(shù)及實(shí)施　　

5.1.1.1 封堵漏風(fēng)主要技術(shù)措施　　

堵漏降壓減抽技術(shù)措施主要目的是為了減少采空區(qū)因內(nèi)外壓差引起漏風(fēng)供氧加劇高溫點(diǎn)氧化，主要內(nèi)容是為防止通風(fēng)系統(tǒng)對采空區(qū)漏風(fēng)影響。先后對工作面減風(fēng)，工作面風(fēng)量從1800m³/min逐漸減到1100m³/min。分別于5月31日、6月19日及6月21日，在運(yùn)順下隅角分別砌筑永久封堵墻，并在1^# ～ 2^# 架間注羅克休1t，4^# ～ 5^# 架間注羅克休1t。6月21日 ～ 6 月26日工作面停產(chǎn)，前30組支架噴漿。　　

5.1.1.2 充填砂帶主要技術(shù)措施　　

充填砂帶措施不僅能抑制采空區(qū)漏風(fēng)、降低采空區(qū)溫度，更能在架后形成砂墻， 減少工作面漏風(fēng)量, 防止災(zāi)害擴(kuò)大。S₂905工作面CO上升后， 針對切眼10^#支架及50^#架后斷層處遺留浮煤氧化自燃，從6月1日起，對采空區(qū)進(jìn)行連續(xù)充填。 5 月31日 ～ 6 月27日期間 對兩順及切眼埋管等9處埋管點(diǎn)進(jìn)行充填，充填總量達(dá)7085m³。　　

5.1.1.3 注氮降氧降溫主要手段　　

注氮對采空區(qū)能夠起到降溫、降氧的作用，隨工作面推進(jìn)分別在距切眼30m、74m、94m處埋管向運(yùn)順采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行注氮，注氮流量在2395 m³/h左右，共計(jì)注氮105.6萬m³，并根據(jù)CO變化趨勢對注氮管路出口進(jìn)行調(diào)整。　　

5.1.1.4 上部采空區(qū)注水降溫　　

在上部南五采區(qū)719、七層軌道采空區(qū)密閉，利用管路對7-2煤層采空區(qū)進(jìn)行注水，共計(jì)注水量6940m³。 5.1.2 防治效果　　

　 　 　 　

?　 　 圖2? 5月31-6月27日CO涌出量變化曲線圖?????????? ? 圖3? 5月31-6月27日回風(fēng)CO變化曲線圖 　 　 　?

　 　 　 　 通過采取各類措施后，工作面CO涌出量出現(xiàn)兩次波動（見圖2、圖3）。6月4日工作面CO涌出總量最大為170m³/d（回風(fēng)CO平均濃度23ppm），6月5日至6月17日，CO涌出總量逐漸下降并穩(wěn)定到80m³/d（回風(fēng)CO平均濃度13ppm）。從6月18日至6月22日，工作面CO涌出總量上漲，6月22日CO涌出總量最大達(dá)到410m³/d（回風(fēng)CO平均濃度128ppm），6月23日至6月27日工作面CO涌出量再次下降至58m³/d（回風(fēng)CO平均濃度8ppm）。　　

5.2 6 月28日 ～ 7 月9日自然發(fā)火防治階段　　

6 月28日四點(diǎn)班工作面恢復(fù)生產(chǎn)，7月4日 ～ 9 日工作面停產(chǎn)放假，運(yùn)順已回采133m、回順回采136.8m。　　

5.2.1 自燃發(fā)展過程　　

6 月28日工作面CO涌出總量47.5m³/d（回風(fēng)CO平均濃度7.08ppm），7月1日工作面采取均壓通風(fēng)措施后，工作面CO涌出量186.9m³/d（回風(fēng)CO平均濃度38.16ppm）。7月3日工作面取消均壓通風(fēng)，恢復(fù)負(fù)壓通風(fēng)，當(dāng)日CO涌出量336m³/d（回風(fēng)CO平均濃度128.38ppm）。7月4日工作面CO涌出量上漲最高達(dá)348.1m³/d（回風(fēng)CO平均濃度155.24ppm）。　　

5.2.2 煤炭自燃防治綜合技術(shù)及實(shí)施　　

5.2.2.1 工作面均壓通風(fēng)措施　　

在S₂九層軌道中巷設(shè)2組型號為2×55kW和1組型號為2×45kW的對旋式局部通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)額定供風(fēng)風(fēng)量為三臺運(yùn)轉(zhuǎn)、三臺備用。在距S₂905運(yùn)順口70m處、S₂905回順防火門處建設(shè)3道反向臨時風(fēng)門。在S₂905運(yùn)、回順風(fēng)門里側(cè)10-15m各設(shè)一個束管，引到最外側(cè)風(fēng)門外，連接壓差計(jì)及壓力傳感器。在S₂905瓦斯道閉前15m處建一道增阻框。　　

S₂905 工作面回采期間均壓風(fēng)筒末端風(fēng)量為1500m³/min左右，工作面風(fēng)量控制在1100m³/min左右，運(yùn)順側(cè)風(fēng)門外觀測壓差控制在100 ～ 120mmH₂O 。CO涌出量及回風(fēng)CO濃度均大幅上漲，均壓措施失敗。　　

5.2.2.2 恢復(fù)負(fù)壓通風(fēng)、堵漏主要技術(shù)措施　　

7 月3日 工作面取消均壓通風(fēng)， 工作面恢復(fù)負(fù)壓通風(fēng)。恢復(fù)運(yùn)順風(fēng)量至865 m³/min。同時在停產(chǎn)期間對工作面前三角點(diǎn)和前50組支架進(jìn)行噴漿。在6月30日、7月1日、7月4日分別對前三角點(diǎn)大墻空隙注羅克休3.1t。　　

5.2.2.3 兩順采空區(qū)埋管充填措施　　

6 月28日 ～ 7 月9日期間對 運(yùn)回順3處采空區(qū)埋管點(diǎn)進(jìn)行充填，總量達(dá)1440m³。　　

5.2.2.4 注氮措施　　

6 月28日-7月3日繼續(xù)對5月29日埋管、6月10日埋管、6月16日埋管向采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行注氮，日注氮量在1300 m³/h左右。本階段共計(jì)注氮39.3萬m³。　　

5.2.2.5 注液態(tài)CO₂降氧降溫措施　　

為快速有效置換S₂905綜采工作面采空區(qū)內(nèi)氣體，創(chuàng)造一個惰化采空區(qū)，對S₂905綜采工作面采空區(qū)、南五719采空區(qū)注液態(tài)CO₂。　　

7 月5日 ～ 9 日，對運(yùn)順5月29日埋管連續(xù)注入液態(tài)CO₂，共計(jì)55罐車、110m³。7月7日，利用南井充填系統(tǒng)對南五719回順閉過堂管路連續(xù)注入液態(tài)CO₂，共計(jì)2罐車、52t。　　

5.2.2.6 注水、注泥降溫措施　　

在上部南五采區(qū)719、七層軌道采空區(qū)密閉，利用過堂管路對7-2煤層采空區(qū)進(jìn)行注水，共計(jì)注水量6200m³。7月6日，對南五719回順閉注泥220袋。 　 　

5.2.3 煤炭自燃防治效果　　

通過采取以上措施工作面CO發(fā)展得到有效控制， 注液態(tài)CO₂起到了決定性作用。7月5日工作面CO涌出量248.3m³/d（回風(fēng)CO平均濃度117.63ppm）。7月6日工作面CO涌出量117.9m³/d（回風(fēng)CO平均濃度95.08ppm）。7月7日工作面CO涌出量55.1m³/d（回風(fēng)CO平均濃度22.92ppm）。7月8日工作面CO涌出量20.8m³/d（回風(fēng)CO平均濃度5.66ppm）。7月9日工作面CO涌出量14.2m³/d（回風(fēng)CO平均濃度2.56ppm）。　　

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圖4? 6月28日-7月9日CO涌出量變化曲線 圖5? 6月28日-7月9日回風(fēng)CO變化曲線

　 　 　 　 6 結(jié)論　　

5 月31日至7月9日，S₂905工作面累計(jì)充填河沙8525m?;、 注氮總量144.9萬m?;、注液態(tài)CO₂52t、注水13.1萬m?;、 注羅克休5.1t 。 　 　

邊采邊加支架、初采推進(jìn)速度慢等因素給防火工作增加難度。　　

常規(guī)注氮?dú)夥阑鸫胧┰跍缁疬^程中沒有發(fā)揮惰化和降溫作用。工作面正?；夭善陂g常規(guī)防火措施，必須堅(jiān)持使用氮?dú)夥阑鸫胧?。如出現(xiàn)自然發(fā)火隱患，需要根據(jù)發(fā)火點(diǎn)位置和CO變化趨勢，及時調(diào)整注氮位置。必要時，聯(lián)合注液態(tài)CO₂措施進(jìn)行防滅火工作。　　

針對切眼內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域，實(shí)施的防火工程量較少。應(yīng)加強(qiáng)對切眼內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域的防火管理，在切眼貫通后回采前，采取噴漿、施工消火孔注泥、動態(tài)取樣觀測、預(yù)埋效果管路等措施，確保工作面出切眼階段不留隱患。　　

均壓通風(fēng)技術(shù)缺少經(jīng)驗(yàn)， 對于均壓通風(fēng)技術(shù)在本次防治自然發(fā)火的實(shí)際應(yīng)用中是失利的，但不代表不能再其它工程上投入使用。　　

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作者簡介： 徐世波 （1985.10.29-），男，工程師，2008年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)安全工程學(xué)院，現(xiàn)任鐵煤集團(tuán)大興煤礦兩防辦副主任。聯(lián)系電話：15841028830。　　

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