厚煤层分层开采煤层自然发火的综合防治

厚煤层分层开采煤层自然发火的综合防治山东省济宁市蔡园生建煤矿朱启宽在厚煤层分层开采过程中，煤层的自然发火是影响矿井安全生产的重要隐患之一，也是制约矿井高产高效建设的重要因素。

有效地预防煤层自然发火是厚煤层分层技术中研究的关键课题之一。

济宁市菜园生建煤矿自建矿以来，共发生煤层自然发火及隐患20余起，其中,1989年一采区发生的煤层自然发火导致整个矿井停产，最终把整个采区封闭，呆滞煤炭储量100余万吨，1996年至1997年间，2364、2372采面先后发生煤层自然发火，均导致采面停产5至7天，造成了极大地经济损失。

为此，我矿组织有关工程技术人员，针对矿井的现状，对厚煤层分层开采煤层自然发火的防治进行了系统研究，取得了有效地成果，从1997年至今，矿井没有发生影响矿井安全生产的火灾，为矿井的可持续安全生产奠定了基础。

1 矿井概况菜园井田位于滕县煤田的南部，地处山东省微山境内，该矿采用立井多水平分区式开拓，年生产能力达80万吨，目前开采山西组３上、３下两层煤，煤层厚度分别为5.1～5.6m和3.8～4.4m,煤的硬度为f=1.5，煤层易自然发火，自然发火期为4～6个月。

煤层分4个分层开采，采高为1.9～2.3m，回采巷道为沿空送巷，垂直布臵，区段之间、采区之间实现无煤柱开采。

采煤方法为倾斜分层、下行垮落、人工假顶、走向长壁采煤法，采煤工艺是爆破落煤、人工装煤、刮板输送机运煤，支护方式是单体液压支柱（DZ-25-25 /100型）配合铰接顶梁（HDJA-100型）正悬臂支护，顶板管理采用全部垮落法。

2 预防煤层自然发火采取的措施2.1 搞好矿井开拓设计，优化巷道布置在矿井建设初期，由于生产能力较小，建设资金相对匮乏，为尽早出煤，把采区的轨道上山、区段集运巷均沿3下煤底板布臵，这样造成了护巷煤柱由于受采动压力的影响，煤体相对破碎，不仅给巷道维护带来困难，而且使整个采空区长期处于漏风状态，不能有效封闭。

为此经过认真研究分析，我矿把采区的轨道上山、区段集运巷布臵在3下煤底板内，并留有足够的护巷岩柱，这样即保障了分层开采采面的正常接续，实现集中生产，又能采后完全封闭采空区，减少漏风，从系统上解决了引起煤层自然发火的漏风因素。

2.2 加强煤炭资源管理，提高煤炭资源回收率遗煤是厚煤层分层开采煤层自然发火的重要组成部分，它包括采后留下的浮煤、顶底煤及各种留设的煤柱等。

为减少遗煤的的损失，我矿采取了无煤柱开采技术、回收顶煤技术、带采技术，最大限度的回收遗煤，使我矿采区的煤炭回收率达到89％左右，尽量减少了引起煤层自然发火的物质基础。

2.2.1 采用无煤柱开采技术在采区、区段之间留设一定的保护煤柱，虽然在某种程度上起到阻止漏风的作用，但由于分层开采时，该煤柱要多次重复受采动压力的影响，若留煤柱较宽，往往造成资源浪费；若留煤柱较窄，则起不到阻止漏风的作用，一旦发生火灾，情况会更严重。

我们认为只要提高防火灌浆的质量，实现无煤柱开采是完全可以预防煤层自然防火的。

目前，我矿以基本实现了采区、区段之间的无煤柱开采。

2.2.2 采用顶煤回收技术在厚煤层分层开采过程中，经常遇到由于煤层赋存厚度不均，造成分层开采时不能全部采完，而不得不留顶煤或底煤状况。

这对预防煤层自然防火是极为不利的。

为此，在开采3上煤第二分层时，我们采用了回收顶煤技术，其原理是根据工作面矿山压力的规律，由于煤层顶板为再生顶板，均为泥岩组成，其顶板随采随垮，所以所留的顶煤与再生顶板便形成了二分层的顶板，顶煤在上覆岩石的压力下，一并垮落，又由于顶煤与岩石之间有金属网隔开，因此，顶煤在采空区有限的空间垮落到末排附近，易于人工扒煤。

通过实践，顶煤的回收率均达到75％以上。

2.2.3 采用带采技术在沿断层掘进过程中，我矿使用的是轻型输送机运煤，要求煤巷要严格按中线掘进，以利于输送机的铺设。

但由于断层走向有变化，一般不能正好沿着断层面施工，而不得不在断层附近留一些煤柱。

所以采面推进过程中，在溜尾采用带采技术，把断层煤柱一并回采出来。

2.2.4加强采面的浮煤回收在采面的推进过程中，为减少放炮时把煤抛向老塘，带来回收浮煤的困难，我们在采面上使用了玻璃钢挡煤板，把煤挡在人行道内，便于人工攉煤，减轻了攉煤劳动量，同时还加强了浮煤清扫管理工作，基本上采面消除了浮煤。

2.3 根据煤层自然发火的分布规律，通过轻型输送机的连续化运输，实现煤巷的快速掘进，缩短了因局扇增压造成采空区漏风的时间厚煤层分层开采煤层自然发火分布一般有两条规律，即发火的空间和时间分布规律。

发火的空间分布规律是指就发火点在采空区内的分布而言，采空区中部发火的几率低，采空区周边发火的几率高。

这是因为采空区周边，即两道两线，老顶及部分直接顶呈悬臂结构，该结构与煤壁，底板形成一个“冒落三角区”，冒落三角区沿采空区四周相互连通，且密实性较采空区中部冒落带底层要差许多，成为采空区内漏风的主要通道。

发火的时间分布规律是指就发火点的生成与工作面的回采关系而言，本分层回采时引起本分层采空区发火的几率低，下分层及邻采空区准备或回采时，引起上分层或相邻采空区发火的几率高。

这是因为下分层或邻区开采时，上分层或邻采空区的浮煤再次氧化，因其在开采期间既经初次氧化，浮煤温度要比原生煤体高，若其被再次氧化，那么从供氧之日到自燃之日所经历的时间要比原生煤体的自燃发火期短，因而表现在发火的难易程度上，下分层和邻区开采时比本分层开采时容易些，表现在发火频率上前者比后者高。

从上面的发火分布规律看出，加快采面的推进速度和巷道的施工速度可以降低采空区的发火几率。

特别是下分层或邻区的巷道的及时贯通，能形成全负压通风系统和外围的均压通风系统，对控制采空区的漏风极为有效。

从1996年始，我矿对回采巷道的施工组织进行了改革，改原来的木棚支护，竹笆护顶，绞车配合矿车运输为型钢支护，金属网护顶，SGH320/15轻型输送机运煤，加快了掘进速度，提高了工效，月进尺一般都在300m以上，使采面形成系统的时间由原来的3.5～5个月缩短为1.5～2个月，从而使采面的形成时间大大地小于煤层的自然发火期的时间。

2.4 采用均压通风技术均压通风技术是预防采空区自然发火的较有效、经济的措施，根据我矿的实际，通过采用均压调节风门，实施并联风路等方法，均有效的遏制了高温点的发生，如2364采面，各采面的停采线的封闭管理。

2.4 建立束管监测系统，加强对煤炭自然发火的预测预报工作根据我矿近年来的防灭火实践经验以及煤体氧化实验结果分析，进行煤炭自燃的多级预报，在自燃形成之前尽快采取措施加以防范，争取主动，能有效控制或消除灾情。

为此，2001年我矿安装了KSS－200煤矿束管监测系统，在微机控制下可将井下任意地点的气体，通过已敷设的束管连续不断地抽至井上气相色谱仪中对各种有害气体的含量及烷烯比进行精确分析和在线监测，实现了煤层自然发火三级预报制，从而为有效地火灾预报提供了依据。

2.5 加强采空区的注浆，防止浮煤自燃厚煤层分层开采时，为保证下分层安全回采，必须对采空区进行注浆，不仅可以利用泥浆填堵浮煤周围的漏风孔隙，杜绝浮煤氧化，而且还可以加速再生顶板的形成，减少下分层开采时向上分层和邻区采空区的漏风，尤其是对"两道一线"附近。

采面结束后应及时进行封闭（一周内完成），并保证封闭质量，而后对采空区进行集中灌浆处理。

2.6 采用注凝胶技术，堵截漏风通道，消除供氧条件，以达到灭火的目的实践证明，按水玻璃∶促凝剂∶水=1∶0.35∶10的配比配制的凝胶，耐热性能好，凝结速度易于控制，形成的隔离层弹性大，不易破碎，隔热性强，在现场应用时效果明显。

1996年1月在原2364工作面上切眼及－140进风大巷发生煤炭自燃火灾，主要原因是－140进风大巷上覆煤层受采动影响，煤体破碎，发生变形，形成漏风通道，煤炭自燃条件充分。

当时－140大巷约100米的范围内，煤体发热，最高煤体温度达72 ℃，局部CO浓度高达10000PPm，风流中CO浓度达112PPm。

经研究决定采用注凝胶堵塞－140大巷的漏风通道，随后我们每隔4米在同一断面上分别沿两帮斜上方及顶板垂直向上方向打3个1.5米深的钻孔，注入26吨凝胶（指水玻璃和添加剂的重量），12小时后，-140的风流中的CO降为54PPm，24小时后降为12PPm，3天后CO消失，且一直稳定下来。

2.7 抓住重点防火区域，做到有的放矢探煤上山原为我矿三采区工作面的主要进风巷，由于整条探煤上山保护煤柱反复受压，煤体已经酥碎，漏风比较严重，煤炭自然发火条件充分，发火隐患大。

针对这种情况，我们在探煤上山每隔10～15米的距离打了60多个钻孔，利用这些钻孔对探煤上山保护煤柱进行注阻化剂处理，分三次共注入阻化剂90吨（指卤片的质量，注入量按总量的75%计算）。

由于阻化剂具有很好的吸水特性，在煤的表面形成液膜，增大了煤的蓄水能力，同时又充填了煤柱的内部裂隙，而且水分蒸发又能吸热降温，因而大大延长了煤柱的自然发火周期，保证了三采区的顺利开采。

具体的注浆工艺是在地面注浆站，配制10～15%的阻化剂，利用注浆管路和打好的注浆钻孔，靠静压注入煤体，每次注3～5个钻孔，注至煤壁开始渗水为止，操作十分简单，也容易控制。

3、结论1、厚煤层分层开采煤层自然发火的综合防治是一项复杂的系统工程，它需要从巷道布臵、资源回收、通风系统、防灭火设施等各个方面综合考虑；2、任何自然灾害都是有规律可循的，只要我们努力探索，肯于钻研，总能找出解决的办法；3、做好煤炭自然发火的预测预报工作，最好建立气体束管等监测系统，以做到早发现，早处理；4、正确的矿井巷道布臵及采煤方法，其本身就有利于预防煤炭自然发火，因此，在进行矿井开拓及采区设计时，一定要充分考虑煤炭自然发火的防治工作，做到防患于未然；5、在利用均压方法防治煤炭自然发火时，一定要通盘考虑，以不影响矿井通风系统和全矿安全生产为原则；6、保证防灭火投入资金，大力引用新技术，用科学的理论来指导现场。