自燃倾向煤层防火措施

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安徽淮北矿业朱仙庄煤矿位于安徽省宿州市东13km处，井田面积26.3km2。1983年4月投产，原设计生产能力120万t/a，1988年改扩建为180万t/a，目前核定生产能力为245万t/a。矿井开采方式以综放为主，采煤机械化程度达到100%。矿井开拓方式是竖井石门水平开拓，井田划分一、二两个水平，地质条件复杂。朱仙庄煤矿主要可采煤层为10煤层（平均厚度2.3m）、8煤层（平均厚度9.98m）和7煤层（平均厚度1.5m），煤层间距分别是75 m和20m，倾角12°～40°。矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井，矿井南翼8层煤曾经发生过瓦斯动力现象。矿井地压大，煤尘有爆炸危险，爆炸指数在31.4%～50.81%之间。煤层具有自燃倾向性，发火期在3个月左右，为一级自然发火矿井。建矿以来，朱仙庄煤矿不断吸取事故教训，采取了科学预防综合治理，有效杜绝了煤层自燃发火，确保了矿井的安全生产。

近年来，综采工作面收作期间防火工作成为收作期间安全工作的重中之重。朱仙庄煤矿根据工作面收作的具体情况，制定了《综放工作面收作防自燃发火安全技术措施》，明确规定职责以及技术要求，严格施工管理，确保工作面的防火安全。

埋设管线 灌注泡沫

朱仙庄煤矿II861综放工作面于2010年5月正式回采，于2011年10月停采开始收作。该工作面位于II86采区一阶段，工作面东至补4勘探线向里100m，西至F11断层煤柱边界，上为十二采区（未开采），下为Ⅱ863工作面（已回采）。当工作面推进至停采线70m，组织人员每隔10m施工一道隔离垛墙，垛墙厚度2m以上，采用袋装碎煤添装快砌材料对上、下隅角进行封堵，范围在下隅角由机巷下帮至第1架架尾，上隅角由风巷上帮至第90架架尾，减少采空区漏风供氧，减缓采空区遗煤的氧化速度，以达到防灭火的目的。从工作面风巷至停采线70m开始，测气员现场监督和指导施工人员在正常回柱期间对上、下隅角洒高分子阻燃材料。工作面推进至停采线60m，从下隅角预埋一趟2寸注氮管路，之后每隔20m预埋一趟，预埋管最里端的1m用花管并用钢丝网缠绕保护，以利于氮气的溢出及扩散。风巷预接一路2寸注氮管，管口与发泡器相联，做好注三相泡沫的准备，并保证注氮机始终处于良好状态，具备随时开启制氮机条件。注氮期间，安排专人检查注氮管路情况，防止出现管路漏气现象，同时确保注氮机出口氮气浓度不低于97%。从风巷距离停采线60m处开始，进一步加强灌浆管理，保留原交替埋设的2趟灌浆管对上隅角采空区灌浆外，每推进20m距离再加埋1趟灌浆管路，其中分别在60m、40m和20m的位置加埋的灌浆管路延伸至工作面内部，并及时利用所埋灌浆管路，对停采线后部采空区和上隅角进行灌浆或灌注三相泡沫，消除采空区浮煤的蓄热环境。

工作面自架尾链板机拆除后，立即安排人员进入相对狭窄的架尾空间，对采空区从上至下进行带打尖头花孔的6分撞管，间距2m左右，撞入深度4～6m，倾角30°左右（根据现场情况）。架尾使用MCA水玻璃凝胶，即MCA高分子促凝剂和泡化碱。MCA水玻璃凝胶成胶强度、胶体韧性、抗受动压性、保水性、煤壁黏附性和耐温阻燃性等方面的相应性能较高，并且胶体具有较好的黏度，凝固时间和硬度可根据现场情况调节，不易流失，是目前效果较好的一种新型防火材料。注胶设备为ZQD-24/6气动泵，流量24L/min，压力5MPa；注胶管为6分软管，长约20m，在和气动泵配合时，需精确计算好浆液在管内的流动时间，一般此时间要慢于和泵的配合时间；注胶容器为两个75L的塑料桶，并引入压风搅拌器，便于搅拌均匀。现场的水玻璃实测，波美度为40，密度为1.4，按水玻璃为水体积的15%，MCA高分子促凝剂的比例为水重的8%，现场实测的成胶时间为30～35s，配合ZQD-24/6气动泵和20m胶管，出胶管后5s即可凝固。如果需延长成胶时间，可适当降低水玻璃和MCA高分子促凝剂的比例或延长胶管的长度。

工作面架尾共计布置60根撞管，从上至下移动注胶设备，逐孔注入水玻璃凝胶共计8t。

多种措施综合防火

朱仙庄煤矿在工作面收作期间采取架尾注胶防灭火技术的同时，还采取了其他综合防火措施。一是利用工作面预埋KSS-200简易束管系统和采空区探管，每天取样化验，随时掌握采空区内气体成分变化情况；二是距收作线50m，开始对机风巷上下隅角采用袋装碎煤添加FSA快速垒砌材料，以每间隔10m施工一道隔离垛墙，减少上下隅角漏风；三是利用MD-600井下移动式膜分离制氮机对机风巷预埋注氮管路，对采空区进行24h不间断注氮；四是利用风巷预埋的灌浆管路和防火钻孔，向采空区及上部支架顶部进行灌浆和灌注三相泡沫；五是保障风排瓦斯的情况下，降低工作面风量，减低进回风侧压差，并停止上隅角抽放，减小向采空区内漏风供氧；六是向架尾采空区注入凝胶，由于凝胶具有很强的保水、阻燃和受压性能，充填各种破碎煤体不渗漏，且能够起到降温、阻燃和防治瓦斯积聚作用，可以堵塞瓦斯传递通道和采空区漏浆，因此胶体进入松散的煤体后，会充分充填在裂隙和空隙中包裹煤体，把煤体分割成不连续的小块后融为整体，从而大大减少煤体氧接触面积，降低了煤的氧化放热速度。

朱仙庄煤矿自开始停采扩大棚到最后一架支架收完，对上隅角及架尾进行测试和取样化验分析，结果显示，温度和一氧化碳浓度在采取架尾注胶后下降明显，最终温度由最高的40℃下降至32℃左右，一氧化碳浓度也由最大的3.8×10-4下降到3.0×10-5左右，基本处于稳定状态。综放面架尾注胶效果较好，消除了自燃发火隐患，实现顺利安全收作。

三相泡沫保工作面收作安全

随着采煤机械化水平的提高，朱仙庄煤矿针对综放工作面存在收作时间长、地质结构复杂等严重自燃发火隐患，通过科学试验后，采用三相泡沫防灭火技术。三相泡沫是一种物理性的泡沫，通过物理机械搅拌形成，由固态不燃物黄泥分散在液体水中，添加极少量的发泡剂，通入惰性气体氮气，经过三相泡沫发泡器充分搅拌混合后形成的含有气、液、固三相的泡沫体系。

通过在地面制浆站将一定比例的水和黄泥搅拌混合形成黄泥浆体，再由定量螺杆泵将发泡剂加入到注浆管路中，通过灌浆管路的自然垂直高差输送到井下，浆液与发泡剂在输送管中混合后进入发泡器，在发泡器上接入氮气管路，氮气与含有发泡剂的黄泥浆在发泡器的作用下，产生含固体颗粒的三相泡沫，通过注浆管路注入防、灭火区域。朱仙庄煤矿将该项技术运用于综放工作面调整歪架期间，并创新采用了高位钻孔、工作面架间插管、老塘埋管等立体综合防治技术向采空区大量灌注三相泡沫。经过20天的灌注，从工作面下隅角的煤体裂隙中可以看到三相泡沫扩散出来，说明三相泡沫均匀充满了整个采空区，并进入了煤体的裂隙和漏风通道，有效地包裹了整个采空区低、高处的浮煤，封堵了采空区的煤体裂隙，对采空区内自燃发火进行了有效的控制。灌注期间氧气及一氧化碳浓度持续下降，最终氧气浓度长期保持在5%以下，一氧化碳持续稳定为零，确保了工作面收作安全。