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綜放面過斷層慢速推進(jìn)時(shí)的防火技術(shù)實(shí)踐

文檔作者：崔峰1，張明富2 文檔來源： 1．河南大有能源股份有限公		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年05月01日
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第39卷第1期
2017年1月
能源與環(huán)保
China Energy and Environmental Protection
Vol_39 No．1
Jan． 2017
綜放面過斷層慢速推進(jìn)時(shí)的防火技術(shù)實(shí)踐
崔峰1，張明富2
(1．河南大有能源股份有限公司石壕煤礦，河南陜縣472123；
2．河南大有能源股份有限公司耿村煤礦，河南澠池472400)
摘要：耿村煤礦所采2．3煤為易自燃特厚煤層，2—3煤12220綜放工作面過F，。斷層期間，月推進(jìn)度18
m左右。在推進(jìn)速度較慢、頂板破碎并經(jīng)常冒頂?shù)那闆r下，必須采取綜合防范措施，防止采空區(qū)遺煤
不發(fā)生自然發(fā)火，以保證工作面安全回采。通過分析采空區(qū)煤炭自然發(fā)火的主要影響因素，采取針對(duì)
性措施如監(jiān)測(cè)預(yù)警、采空區(qū)堵漏控氧、注氮減氧、注漿注漿濕潤煤體(高抽巷注漿、工作面上下隅角外
施工防火工程注漿、進(jìn)回風(fēng)巷每30 m鉆場(chǎng)施工防火深孔注漿)方式以消除發(fā)火隱患。結(jié)果顯示，治理
效果良好，直至推過斷層，采空區(qū)遺煤未發(fā)生自燃現(xiàn)象，工作面安全順利平穩(wěn)推進(jìn)。
關(guān)鍵詞：綜放面；過斷層；慢速推進(jìn)；自然發(fā)火；防火技術(shù)
中圖分類號(hào)：TD753 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003—0506(2017)01—0170—04
Practice of fire prevention technology in slow advance of fully-mechanized
top coal caving face passing through fault
Cui Fen91，Zhang Mingfu2
(1．Shihao Mine Henan Great Energy Limited Share Co．，Ltd．，Shanxian 472123；
2．Gengcun Mine Henan Great Energy Limited Share Co．，Ltd．，Mianehi 472400)
Abstract：The 2-3 coal seam of Gengcun Coal Mine is extremely thick and easily spontaneous combustion coal seam，in the process of
12220 fully—mechanized caving face in 2-3 coal seam passing through F16 fault，the advancing speed is。18 meters per month．It should
take comprehensive control method in the conditions of slow advancing speed and fractured roof and frequent roof fall，SO as to prevent
the coal spontaneous combustion in gob and ensure the safe coal winning on working face．Through analysing the main influencing fac—
tors of coal spontaneous combustion in gob，aimed countermeasures were carried out，including monitoring and early warning of goal，
control oxygen by plugging in goaf，and nitrogen injection for reducing oxygen，grouting for wetting coal(high drainage roadway grouting，
grouting outside the upper and low comers on working face，grouting by using deep holes constructed in air roadways with the space of
30 m)，to eliminate fire hazards．Results show that，the control effect is good，until the fault has been passed，there does not exist left
coal spontaneous combustion in goaf，and has realized the safe and smooth advancing of working face．
Keywords：fully—mechanized caving face；passing through fault；slow advance；spontaneous combustion；fire prevention technology
O 引言
河南大有能源股份有限公司耿村煤礦位于義馬
煤田中部，始建于1975年，1982年正式投產(chǎn)回采，
設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬t／a。目前只開采單一煤層2—3
煤，煤層厚度5～20 m，平均厚度11 m，傾角10。～
12。，采用放頂煤工藝開采。2—3煤層為易自燃煤層，
發(fā)火期一般1個(gè)月，最短7 d。工作面正常生產(chǎn)期
間，每月推進(jìn)度在50 m以上，即使采空區(qū)內(nèi)煤炭產(chǎn)
生高溫點(diǎn)，由于其移動(dòng)速度小于工作面推進(jìn)速度，也
不會(huì)引發(fā)煤炭自燃。但工作面進(jìn)入F1。斷層(落差
10 13q)影響范圍內(nèi)回采時(shí)，開采地質(zhì)和技術(shù)條件發(fā)
收稿日期：2016—11—06；責(zé)任編輯：陳朋磊DOI：10．19389／j．cnki．1003—0506．2017．01．035
作者簡(jiǎn)介：崔峰(1990一)，男，河南焦作人，助理工程師，2013年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，現(xiàn)從事生產(chǎn)技術(shù)工作。
引用格式：崔峰，張明富．綜放面過斷層慢速推進(jìn)時(shí)的防火技術(shù)實(shí)踐[J]．能源與環(huán)保，2017，39(1)：170-173．
Cui Feng，Zhang Min如．Practice of fire prevention technology in slow advance of fully—mechanized top coal caving face passing through fault
[J]．China Energy and Environmental Protection，2017，39(1)：170·173．
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萬方數(shù)據(jù)
2017年第1期崔峰，等：綜放面過斷層慢速推進(jìn)時(shí)的防火技術(shù)實(shí)踐第39卷
生變化：煤厚度變化較大，最厚處50 m且破碎，頂板
不易控制。回采過程中，經(jīng)常出現(xiàn)冒頂、支架倒架等
現(xiàn)象，采空區(qū)內(nèi)丟煤較多，月推進(jìn)度放慢。而根據(jù)義
馬礦區(qū)煤層自然發(fā)火防治經(jīng)驗(yàn)：正規(guī)回采過程中，應(yīng)
保證月推進(jìn)度，綜放工作面防火月推進(jìn)不能低于50
ITI?，當(dāng)工作面不能正常推進(jìn)時(shí)，不能依靠推進(jìn)速度
來防火，同時(shí)又由于采空區(qū)高溫點(diǎn)隱蔽，很難判斷高
溫區(qū)域，采空區(qū)漏風(fēng)開放，火災(zāi)范圍大、滅火難度
大嵋J，滅火時(shí)間長，一次滅火時(shí)間需7 d左右，如
2011年9月2—3煤12180綜放面下隅角以里10 m
巷道出現(xiàn)高溫點(diǎn)，9月5日滅火開始到9月10日結(jié)
束，用時(shí)6 d口o。為保證工作面安全生產(chǎn)，在月推進(jìn)
度放慢情況下，防治采空區(qū)遺煤自然發(fā)火成為關(guān)鍵。
1工作面概況
2—3煤12220工作面位于井田西部西二采區(qū)下
部，東鄰井田東翼，西側(cè)為2．3軌道、2．3膠帶、專用
回風(fēng)巷，上部12200工作面已回采完畢，下部為未開
采的2-3煤實(shí)體。該面走向長890 m，切眼長195
m，采用走向長壁綜采放頂煤開采方法，工作面配風(fēng)
量950 m3／min，絕對(duì)瓦斯涌出量19．1 m3／rain。該
面在回風(fēng)巷推過50 m后遇到F，。斷層，連續(xù)6個(gè)月
月推進(jìn)度為18 m左右，工作面推進(jìn)緩慢。綜放工作
面布置如圖1所示。
k 回風(fēng)巷，F(xiàn)·s斷層
2—3 2-3
＼二
譬， 軌
專If；， ，，
道
用。嶁12220綜放工作面次一一
巷巷
回
風(fēng)
：、、一巷，，
| 過∥進(jìn)風(fēng)巷7
圖1綜放工作面布置示意
Fig．1 Layout of fully—mechanized caving face
2采空區(qū)遺煤自燃影響因素分析
2．1煤炭發(fā)生自燃的機(jī)理
經(jīng)過學(xué)者對(duì)煤自燃導(dǎo)因的研究，先后提出黃鐵
礦說、細(xì)菌導(dǎo)因說、酚基導(dǎo)因說及煤氧復(fù)合作用導(dǎo)因
說，其中大家一致認(rèn)同煤氧復(fù)合作用是煤自燃的基
本原因H J。煤氧復(fù)合作用就是煤炭同氧氣相互作
用，通過煤炭對(duì)氧的吸附進(jìn)行氧化，破碎的煤體因氧
化而產(chǎn)生的熱量大于放散的熱量時(shí)，就開始蓄積熱
量，煤溫升高，氧化速度加快，達(dá)到燃點(diǎn)后來便開始
燃燒b J。所以，煤炭發(fā)生自燃必須同時(shí)具備3個(gè)條
件：①具有自燃傾向的煤呈破碎堆積狀態(tài)(即在常
溫下有較高的氧化活性)；②連續(xù)的通風(fēng)供氧條件，
維持煤炭氧化過程的發(fā)展；③積聚氧化生成的熱量，
使煤的溫度升高∞J，3個(gè)條件同時(shí)存在，缺一不可。
2．2工作面架后遺煤自燃原因分析
2．2．1內(nèi)部因素
耿村煤礦所采2-3煤煤巖成分以亮煤為主，亮
煤脆性大，易破碎，因此氧化面積大，著火點(diǎn)溫度低，
自然發(fā)火嚴(yán)重；同時(shí)2-3煤絲碳含量較多，煤質(zhì)較
差，由于絲炭的孔隙度大，吸氧性強(qiáng)，容易發(fā)生氧化
和自燃o(jì) 7。，屬于易自然發(fā)火煤層，發(fā)火期1個(gè)月，最
短發(fā)火期7 d。
2．2．2外部因素
(1)工作面推進(jìn)度慢。工作面支架受力不均勻
經(jīng)常發(fā)生倒架，扶架清煤造成每班不能按正規(guī)循環(huán)
組織生產(chǎn)，耿村煤礦所采2-3煤層為強(qiáng)沖擊傾向性
煤層，工作面進(jìn)回風(fēng)巷防沖工程(如施工卸壓鉆孔、
安裝微震監(jiān)測(cè)、鉆屑取樣等)的施工也影響工作面
的推進(jìn)。由于以上多種因素制約，工作面每月推進(jìn)
18 m左右，氧化自燃帶的煤需4。9個(gè)月才能進(jìn)入窒
息帶，遠(yuǎn)大于煤的1個(gè)月的自然發(fā)火期。實(shí)測(cè)耿村
煤礦(2-3)12220工作面三帶寬度∽1為：散熱帶0—
12．05 m；氧化自燃帶12．05～100．35 m；窒息帶>
100．35 m(表1)。為保證始終在采空區(qū)氧化自燃帶
內(nèi)注入氮?dú)猓芸诰嘀Ъ芤岳?3 111開始注氮。
表1 12220工作面三帶寬度
Tab．1 Width of Three Zone on 12220 working face
(2)采空區(qū)有大量破碎煤體存在。過斷層期
問，由于工作面經(jīng)常片幫，前部支架頂煤經(jīng)常塌冒，
后部基本不放煤，采空區(qū)遺煤多。進(jìn)回風(fēng)巷沿底掘
進(jìn)，巷頂煤厚度7 m左右，由于處于斷層附近，煤體
破碎，受采動(dòng)以及礦山壓力的影響，巷道變形快，巷
道頂煤破碎氧化發(fā)熱，當(dāng)氧化聚熱不能及時(shí)散放時(shí)，
容易出現(xiàn)隱蔽的高溫煤體，如果其落入采空區(qū)后，會(huì)
誘發(fā)采空區(qū)遺煤發(fā)火19 J，所以防止進(jìn)回風(fēng)巷頂煤產(chǎn)
生高溫氧化煤體也是一個(gè)重點(diǎn)。
·171·
萬方數(shù)據(jù)
2017年第1期能源與環(huán)保第39卷
(3)采空區(qū)漏風(fēng)大。該面絕對(duì)瓦斯涌出量19．1
m3／min，回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯0．3％，風(fēng)排瓦斯2．85
m3／min左右，其余16．25 m3／min瓦斯通過抽放排
走。為防治瓦斯，工作面回風(fēng)巷鋪設(shè)三通+315 mm
的抽放管抽放采空區(qū)瓦斯(3臺(tái)流量120 m3／rain的
抽放泵分別通過高位抽放巷、上隅角插埋管、低位鉆
場(chǎng)高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯)，造成采空區(qū)漏風(fēng)進(jìn)
一步增大，采空區(qū)內(nèi)遺煤自然發(fā)火壓力增大。
3防火技術(shù)
通過以上分析，12220工作面過斷層期間，推進(jìn)
速度慢，架后采空區(qū)大量破碎的煤進(jìn)入窒息帶時(shí)間
長，采空區(qū)漏風(fēng)量大，煤炭自燃發(fā)生的條件均具備。
為了保證12220工作面在過斷層期間慢速推進(jìn)時(shí)不
發(fā)生自燃事故，根據(jù)煤氧復(fù)合作用原理和煤炭發(fā)生
自燃需要同時(shí)具備的3個(gè)條件，從易控制的角度考
慮，主要破壞煤炭發(fā)生自燃的后2個(gè)條件，即盡量減
少采空區(qū)氧氣的供給、煤體氧化產(chǎn)生的熱量必須散
盡。所以，在采取的綜合防滅火措施中，采空區(qū)堵漏
控氧和注氮減氧是重點(diǎn)防漏風(fēng)措施；注漿濕潤煤體，
杜絕產(chǎn)生高溫煤體，同時(shí)起到散熱作用。
3．1采空區(qū)堵漏控氧
防火對(duì)通風(fēng)的要求：風(fēng)流穩(wěn)定，漏風(fēng)量少。沒有
不斷供給的氧氣，煤的氧化就不能發(fā)展，漏風(fēng)風(fēng)速很
大時(shí)，煤氧化所產(chǎn)生的熱量被帶走，不會(huì)發(fā)生自燃事
故，只有在風(fēng)流流通、漏風(fēng)風(fēng)速又不大情況下，煤才
發(fā)生自燃¨?。根據(jù)漏風(fēng)分析，12220采空區(qū)具備自
燃條件，必須加強(qiáng)對(duì)采空區(qū)漏風(fēng)的堵漏風(fēng)工作。
(1)堵嚴(yán)上下隅角，封堵采空區(qū)漏風(fēng)通道。在
工作面上下隅角打設(shè)煤袋墻，每推進(jìn)一排打設(shè)一道，
排頭排尾架后部也用煤袋充填嚴(yán)實(shí)。
(2)注膠封堵。根據(jù)國家規(guī)定，星期天不生產(chǎn)，
利用每星期天三班時(shí)問對(duì)袋墻處頂板，上下排頭排
尾架架后進(jìn)行注膠封堵。注膠材料采用水玻璃和碳
酸氫銨，兩者反應(yīng)后生成膠體，膠體的主要成分是
水，水占膠體總量的90％以上¨1|，起到吸熱降溫和
封堵漏風(fēng)通道的作用¨引，降低工作面向采空區(qū)的漏
風(fēng)量，縮小煤自燃氧化帶的范圍。
(3)下隅角掛3道擋風(fēng)簾，引導(dǎo)風(fēng)流從工作面
空問通過。第1道掛在支架四立柱之間，從第10架
向下至進(jìn)風(fēng)巷下幫；第2道掛在后部刮板輸送機(jī)電
機(jī)處到進(jìn)風(fēng)巷下幫；第3道緊貼下隅角袋墻，上部掛
至排頭架尾梁處，下部至進(jìn)風(fēng)巷下幫。
．172·
(4)采空區(qū)注氮減氧。氧氣的充分供給是煤炭
氧化自燃發(fā)生和持續(xù)發(fā)展的必要條件¨3|，注氮是實(shí)
現(xiàn)煤炭對(duì)氧氣的一種隔絕和屏蔽，消除煤炭氧化所
需氧氣¨4|，氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，注入采空區(qū)具有
擴(kuò)散范圍大、能使注人范圍區(qū)缺氧從而防止煤炭氧
化。為控制注氮地點(diǎn)，提高注氮效果，采用拉管方式
注氮¨5|，在下隅角采空區(qū)內(nèi)預(yù)埋設(shè)+100 mm注氮
鋼管，向采空區(qū)不間斷注氮?dú)猓⒌苡娩摻z繩綁在
巷道支架上，隨支架前移。
3．2注漿濕潤煤體
預(yù)防性灌漿是將水、土按4：1的比例混合制成
漿液，由地面注漿站經(jīng)注漿管路通過高抽巷預(yù)埋的
注漿管、鉆場(chǎng)鉆孔向采空區(qū)注漿，通過兩巷超前30
m防火工程濕潤兩巷巷頂破碎煤體，起到堵塞漏風(fēng)、
隔絕氧氣、冷卻煤體的作用¨6|。
(1)在高位抽放巷內(nèi)鋪設(shè)一趟100 mm聚氯乙
烯管當(dāng)作注漿管，聚氯乙烯管隨著工作面頂板垮落
被砸裂，從而能不間斷地注黃泥漿，使高抽巷附近采
空區(qū)遺煤及支架上的頂煤充分濕潤【17]。
(2)兩巷低位鉆場(chǎng)注漿濕潤煤體：在工作面運(yùn)
輸巷每30 m施工一個(gè)鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)朝向采空區(qū)施
工8個(gè)注漿鉆孔，堅(jiān)持注漿；回風(fēng)巷利用低位抽放鉆
場(chǎng)內(nèi)的抽放孔注漿，當(dāng)鉆場(chǎng)距工作面小于10 m，抽
放孔瓦斯?jié)舛刃∮?％停止抽放，改為注漿鉆孔，通
過鉆孔向采空區(qū)注漿，濕潤工作面上下部30 m采空
區(qū)遺煤。
(3)針對(duì)進(jìn)回風(fēng)巷頂煤易形成高溫煤體的情
況，為杜絕隱蔽高溫煤體，在進(jìn)回風(fēng)巷內(nèi)自隅角土袋
墻向外30 m施工防火鉆孔，每2 m一排，每排3個(gè)
孔。巷頂孔的坡度45。，朝向采空區(qū)；上幫孔坡度
45。，朝向采空區(qū)，偏向巷道上幫50。，覆蓋上幫煤體
5 m；下幫孔坡度45。，朝向采空區(qū)，偏向巷道下幫
30。，覆蓋上幫煤體3 m。隨著工作面的推進(jìn)，保持
超前40 m，防火工程要經(jīng)常注漿，保持巷道煤體濕
潤㈨。
3．3監(jiān)測(cè)預(yù)警
掌握自然發(fā)火預(yù)兆，及時(shí)進(jìn)行發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，把
煤炭自燃消滅在初始狀態(tài)119I。煤炭自燃過程中產(chǎn)
生一氧化碳，因此以一氧化碳監(jiān)測(cè)為重點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)
預(yù)警。
(1)每天安排專人對(duì)上隅角、高抽巷抽放管內(nèi)
氣體取樣，分析取樣氣體成分，繪制氣體變化曲線
圖，對(duì)一氧化碳發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析預(yù)判；瓦檢員每班
萬方數(shù)據(jù)
2017年第1期崔峰，等：綜放面過斷層慢速推進(jìn)時(shí)的防火技術(shù)實(shí)踐第39卷
對(duì)工作面每20架的一氧化碳進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)上隅角、
架間、高抽巷抽放管內(nèi)一氧化碳濃度超過10×
10～，10×10一，150×10“時(shí)，立即采取措施處
理[劃。
(2)在工作面第12架、第50架支架后立柱處
安裝一氧化碳傳感器，與上隅角一氧化碳傳感器、工
作面風(fēng)流傳感器共同監(jiān)測(cè)工作面一氧化碳的變化，
當(dāng)變化量超過5×10“時(shí)，查找原因。
4效果分析
12220綜放工作面在未過斷層前，平均每月推
進(jìn)50 1TI左右，高抽巷內(nèi)的CO氣體濃度一直維持在
80×10～～100×10～，工作面上隅角CO濃度一直
維持在10×10“左右，在過斷層期間每月平均推進(jìn)
度在18 m左右，推進(jìn)速度慢，防滅火任務(wù)艱巨。
通過分析采空區(qū)煤炭自然發(fā)火的主要影響因
素，制定針對(duì)性措施并積極落實(shí)。主要從降低采空
區(qū)的氧氣濃度出發(fā)，采取監(jiān)測(cè)預(yù)警、空區(qū)堵漏控氧、
注水注漿濕潤煤體等多種手段，加大了采空區(qū)堵漏
貧氧降溫技術(shù)的實(shí)施力度和范圍后，每天從工作面
取氣樣分析的結(jié)果來看，高抽巷內(nèi)的CO氣體濃度
一直維持在45×10～～86 x 10～，上隅角CO濃度
一直維持在5×10。6以下，高抽巷內(nèi)CO濃度和上隅
角CO濃度比正常生產(chǎn)期間還小，消除了發(fā)火隱患，
取得了良好的治理效果，保證了工作面的安全回采。
5結(jié)語
通過對(duì)2—3煤12220綜放工作面過斷層慢速推
進(jìn)時(shí)采空區(qū)易發(fā)生自燃的因素進(jìn)行分析，確定針對(duì)
性防治技術(shù)措施：監(jiān)測(cè)預(yù)警、空區(qū)堵漏控氧，注漿注
水濕潤煤體，消除了發(fā)火隱患，確保了工作面安全回
采，目前該面順利通過F，。斷層。
參考文獻(xiàn)(References)：
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