易自燃高瓦斯煤层综放工作面火区启封技术研究

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【摘 要】针对易自燃高瓦斯煤层综放工作面，采用锁风启封、采空区上部隔离、注高塑材料封阻、工作面顶部插管注防火材料等一整套1504工作面火区启封的方案，加强了监测，并制定了启封过程中出现任何可能隐患的预案，实现工作面的安全启封。

【关键词】自燃；高瓦斯；综放工作面；火区；启封技术

1 研究区域概况

1.1 矿井概况

正行煤矿年设计生产能力300万吨，属资源整合矿井，井田面积10.4692 km2，南北走向长约5.643 km，东西倾斜宽约3.807 km。矿井开拓方式为斜井开拓，中央并列式通风，走向长壁采煤法，综合机械化采煤工艺，属煤与瓦斯突出矿井。井田位于沁水盆地的东部即和顺矿区南部，地处波状褶曲带北部；井田内构造简单，整体呈一单斜构造，走向北北东，倾向北西，倾角5°～12°。可采煤层为太原组下段14、15号煤层，层间距为6.37m。14号煤平均煤厚1.07m，最大厚度1.3m，最小厚度0.85m，属易自然煤层。15煤厚4.7～7.22m，平均厚度6.2m。14、15煤层属易自燃煤层。

1.2 1504工作面概况

1504工作面位于井田南翼，北为回风下山保护煤柱；以南为石巷煤矿保护煤柱；以东为原小煤矿采空区；以西为未采掘新区。地面为山坡，山梁沟谷，无建筑物，地面标高1310～1400m，工作面标高1040～1080m。走向长618.7m，倾向长150m，面积为93502m2，煤层总厚度5.4～7m，平均6.2m，容重为1.4m3/t，工业储量为81.2万吨，回采率为93%，可采储量75.5万吨，煤层倾角7°。

2008年2月4日早班10点，1504工作面回风出现CO超限，至2月4日22点CO达到最大值，1504工作面上隅角及工作面回风发火现大量烟雾涌出，随即矿上做出撤人，注水灭火方案。

2 着火原因分析

（1）正行煤矿所开采的15煤以及上部的14号煤层都是易自燃煤层，且煤层自燃发火期较短。

（2）采空区丢煤过多，煤炭破碎呈松散状态堆积达到一定的厚度，为自然发火提供了充足的物质基础。综采放顶煤开采，回采率较低，采空区内丢有大量遗煤，15煤与上方的14煤层距较近（7 m左右），随着工作向前推进与顶板的破碎垮落，15煤上部1 m厚以上的14煤层也被丢入采空区，增加采空区遗煤量的同时，增加了采空区空隙率，增加了漏风量，最终导致采空区遗煤氧化自燃。

（3）由于15煤层瓦斯含量大，回采工作面采用综采放顶煤开采方式，产量大，瓦斯涌出不均匀性高，回采过程中工作面回风流瓦斯浓度经常超限，根据发火前1个月内瓦斯检测记录，瓦斯多次超限（回风巷最瓦斯浓度高达1.5%，上偶角最高达5%），导致瓦斯报警停电，影响了回采推进速度（1个月仅推进23m），造成采空区遗煤没有迅速进入窒息带而停留在氧化带中，最终导致采空区遗煤停留在采空区内时间大于煤层在该条件下的实际发火期，引起采空区遗煤自燃。

3 综放工作面火区启封技术研究

3.1 启封条件

从火区封闭到上风巷恢复性工作，约6个月时间，在恢复上风巷过程中，利用抽采管道抽气样送救护大队实验室化验封闭区域内气体成份，结果显示：O2浓度为3.2%，CH4浓度为91%，CO浓度为0 ppm，C2H4浓度为0ppm；封闭区域出气、水温度都与发火前基本一样。

为了进一步证实火区情况，在工作面上风巷两道密封墙建立一个星期后对封闭墙内气体进行抽样，送救护大队实验室化验分析，分析结果见表1。

从上面结果可以看出，封闭区域是一高浓度瓦斯库，氧浓度在3%左右，CO与C2H4浓度为0ppm，出水、出气温度与发火前一样，这一切说明，封闭区域内气样化验结果都满足《煤矿安全规程》中火区启封的条件，现决定尽快进行1504工作面的启封与恢复生产。

3.2 启封前期工作

正行煤矿目前正在进行1504工作面封闭火区的启封准备工作，当前急需解决下列几方面问题：

（1）加快1504工作面下风巷的瓦斯排放工作，准备好下风巷锁风用的两道临时密闭墙材料；

（2）加快落实工作面配风巷的掘进工作；待配风巷至距工作面20m处，通过打钻向工作面上隅的可能着火采空区进行先灌浆后注罗克休处理。

（3）加快措施巷的掘进工作，力争在1504工作面恢复生产时，措施巷能够掘进到位。

3.3 启封安全措施

（1）由于封闭火区中现存有高浓度瓦斯、CO2及其它多种有害气体，待救护队员侦察后，首要工作就是进行工作面有害气体的排放工作，必须制定工作面害气体排放方案与安全措施，并组织有关技术人员与研究单位专家进行审查，火区有害排放工作应在工作面下风巷进行，在排放过程中，应防止可燃气体遇火源爆炸，火区有害气体伤人事件发生。

（2）在1504工作面支架检修、更换过程中，必须有矿山救护队在现场，检测采空区涌出的气体成分，并配备足够隔离式自救器与呼吸器。在工作面恢复工作过程一旦出现CO浓度持续升高，并出现复燃征兆，现场工作人员应立即撤退，并进行工作面封闭。

（3）工作面在支架检修、更换过程中，保持工作面适当供风量，以工作空间瓦斯浓度不超限为原则，风量不要过大。

（4）工作面在支架检修、更换过程中在靠近采空区一侧增设挡风帘，减少向采空区供风，用软管接到检修支架的之间，向采空区喷注氮气与雾化的阻化剂（盐类阻化剂），人员工作时一定向采空区注入用氮气产生的惰性泡沫，减少工作空间气体流入采空区，具体注入量根据现场采空区侧气体测定结果而定，但启封前，防灭火措施必需到位。

（5）在支架清理、更换过程中应不断用水枪将向顶板、采空区冲刷，保持足够的湿度，防止产生火花而引爆瓦斯事故发生。

（6）用砂袋垒墙封阻工作面下隅角，并用罗克休进行喷注防漏。

4 结论

火区启封过程中采用火区熄灭指标预测达标、火区探测、在准确预测采空区曾发火位置及封闭过程可能出现瓦斯爆炸位置等信息基础上，采用锁风启封、采空区上部隔离、注高塑材料封阻、工作面顶部插管注防火材料等一整套1504工作面火区启封的方案，加强了监测，并制定了启封过程中出现任何可能隐患的预案，实现工作面的安全启封。

参考文献：

[1]张广福.煤峪口煤矿307盘区火区启封技术研究与应用[J].煤炭科学技术，2013（41）.

[2]吴兵，何敏，吴有增等.增氧观测为前提的启封火区实例分析[J].煤矿安全，2013（8）.