高瓦斯自燃煤层综合防灭火问题研究

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根据煤层自燃主要影响因素，结合综采工艺下高瓦斯煤层自然发火规律的分析，对石台矿Ⅲ315高瓦斯综采工作面综合防灭火体系构建进行了简要的探讨。

一、影响煤炭自燃的因素

（一）内因

影响煤炭自燃的内在因素很多，综合分析可包括以下几个方面。

1.变质程度

一般理论上我们认为，煤化程度比较高的煤，其自燃的倾向性较小。从长期的生产实践来看，以无烟煤为主要产品的生产矿井，很少出现自然发火现象，以气煤或长焰煤为主要产品的生产矿井，出现自然发火现象的几率较高。

2.瓦斯含量

瓦斯在煤体的存在形式主要有吸附态和游离态，以压力状态存在于煤体中的瓦斯，可以有效地阻碍外界空气进入煤体空隙，抑制煤炭自燃发展过程。但外界客观条件的变化，可以导致瓦斯不同存在状态的转化，例如温度上升或煤体卸压导致的瓦斯解吸，所以瓦斯含量对煤炭自燃的影响是动态的变化过程，

3.含硫量的大小

硫的物理特性决定了其在煤体矿物质中含量越大，越容易降低煤的燃点，导致自燃危险性增加。

4.脆性和孔隙率

脆性和孔隙率较大的煤炭，容易破碎，导致煤和氧气的接触面积几何倍增大，氧气很容易进入到煤的内部，煤炭自燃的危险性显著增大。

5.水分的大小

含水分大的煤炭，时刻进行的蒸发现象会吸收大量的煤炭蓄热，导致煤炭难以达到自燃的基本条件，有效降低煤的自燃危险性。但是含水分大的煤，一旦干燥，煤体中的空隙极大地暴露在氧气中，反而会催化煤的自燃。

（二）外因

影响煤炭自燃的外在因素也很多，综合分析可包括以下几个方面：

1.倾角

倾角越大的煤层，在开采过程中，受各种人和技术因素的条件制约，采空区丢煤多，各采区之间的保护煤柱易受到不同程度的破坏，采空区内煤炭自燃的危险性随之增加。

2.断层、褶皱、岩浆侵蚀带等地质构造

在上述地质构造区域内，煤层受不同程度的地应力影响，大量的裂隙产生，大量的煤体破碎，而脆性和孔隙率的增大，会导致煤炭自燃危险性显著增加。

3.回采工艺和通风条件

综采放顶煤工艺增加了采空区遗煤，采空区的漏风以及散热的消极提供了遗煤的氧化和聚热条件，加大了采空区自燃的危险性。

二、综采放顶工艺下高瓦斯煤层自燃发火规律

（一）开采煤层自然发火期缩短

综合机械化开采加之放顶工艺，使得采空区内的丢煤量偏大；根据煤层高瓦斯含量，工作面的配风量比传统炮采工艺下的采煤面配风量显著增加，而针对瓦斯治理目标而实施的各种瓦斯抽放手段，如顺层钻孔、高位钻孔、上隅角埋管抽放以及高抽巷的布置，使得采空区的漏风增加，风流运动规律更加复杂难以掌握，大大增加了采空区内浮煤的氧化和聚热区域存在的可能性，从而导致自然发火危险性增加，自然发火期缩短。

（二）切眼和收作线位置是发火重点区域

因为综采支架和架后链板运输机的安装和拆除工作，一是要求较大的空间面积，二是要求较长的工作时间，导致很多伴生的对发火有利的因素客观地存在，如切眼的断面较大，使得矿压集中两巷的煤柱，一旦压裂或破碎，使得工作面采空区与其它采空区间存在发火隐患的转移和联通；如切眼段风速较小，不利于煤体的散热；如收作线位置丢煤较厚，而收作的时间往往很长，不能及时地封闭，导致自然发火的几率增加。

（三）工作面两巷存在较大发火隐患

放顶工艺的实施，使得两巷掘进过程中，基本上都是跟底施工，如果顶板管理不到位，导致空顶、漏顶、空肩窝的大量存在，客观上形成了与周围采空区的沟通漏风途径，导致两巷的发火隐患大大增加。

（四）一旦发火，治理难度极大

一旦采空区发火，难以确定火灾的准确位置，另外，火灾伴生灾害，如瓦斯爆炸，使得火区治理各类措施甚至是火区封闭都无法及时有效进行。

三、石台矿Ⅲ315高瓦斯综采工作面防治自然发火体系

（一）Ⅲ315高瓦斯综采工作面概况

Ⅲ315工作面为石台矿Ⅲ1采区第二个回采工作面，走向长1035m，倾斜长116m，平均采高3.06m。该面煤厚0.7-4.2m，赋存不稳定，煤层倾角200-450，变化较大，工作面里段局部为岩浆侵蚀区，回采过程中遇落差2.5-10m正断层8条，以上因素对工作面正常推进影响巨大。该面回采煤层为Ⅲ煤，以焦煤为主要组成，属Ⅱ类自燃煤层，自然发火期4-6个月。煤体瓦斯含量6.1m3/t，回采期间采用机风巷顺层钻孔、风巷高位钻孔、上隅角埋管预抽煤体瓦斯。该面布置u型通风方式，采用MG400/920-QWD型交流变频电牵引牵引采煤机螺旋滚筒截割落煤，计划配风量900m3/min。

（二）Ⅲ315高瓦斯综采工作面自燃防治体系构建

1.采空区自燃预防性措施

（1）黄泥浆埋管灌注。将水、黄泥按5：1配比，制成黄泥浆，利用注浆泵加压后，通过输浆管路送往采空区。浆液流入采空区后，增加了煤炭的水分，降低了煤体温度，同时，浆液中的黄泥沉淀下来，覆盖在煤体表面，或充填在丢煤的空隙间，有利于隔绝煤体与空气的接触，有利于减慢煤体中水分的蒸发。

Ⅲ315工作面灌浆系统的设计：Ⅲ315工作面采空区注浆使用两路管道，采用迈步式埋管方法，即工作面回采之前，将其中一路管道从注浆站经工作面回风巷敷设到上隅角，作为第一个出浆口，等工作面推至管口进入采空区20m后，将另一路管道敷设至上隅角，等第二路管道进入采空区20m后，在上隅角拆除第一路管道，留设出浆口，按此形式，交错进行。

Ⅲ315工作面采空区日灌浆土量的确定：Q=KLHBC=0.03*116*1.2*3.06*0.80=10.2m3

式中：Q-采空区日灌浆用土量；K-灌浆系数取0.03；H-灌浆区倾向长度，116m；

L-工作面平均日推进度，1.2m；B-平均采高，3.06m；C一回采率0.80。

上述计算中灌浆系数K值考虑了冒落岩石的松散系数、泥浆收缩系数等因素，K值的大小只能根据实际情况来确定。Ⅲ315工作面采空区每天黄泥浆液注入10.2*5=51m3。

（2）阻化剂喷洒

MgCl2，GaCl2等工业盐试剂具有良好的吸水性，将它们喷洒在煤体表面，能够增加煤体的含水量，抑制水分的蒸发，从而降低煤层自然发火危险性。

每天喷洒量的计算：根据工作面煤厚、采高、采空区遗煤量计算：

V=KLHB（1-C）RA/r=1.1*1.2*116*3.06*（1-0.8）*1.4*15/1050=1.87m3

v-每天喷洒量，m3；K——喷洒系数，取1.1；L-工作面平均日推进度，取1.2m；

H-工作面倾斜长度，116m；B-工作面平均煤厚，3.06m；C-回收率，80%；

R-煤容重，1 4t/m3；A——吨煤吸药量，15kg/T；r——阻化溶液容重，1050kg/m3；

2.早期预测预报

在Ⅲ315工作面回采期间，每周应通过束管取采空区气样送实验室分析其中芳香族碳氢化合物成份，重点掌握有无CO生成及浓度变化趋势；工作面回风巷上部、瓦斯抽放管道中安装CO传感器，与监控系统联网实现实时监测功能。瓦检员随身携带CO检测便携仪与温度计，对工作面内发火隐患点来回巡检，班中向通风调度室三汇报瓦斯、CO、温度检查情况。

3.火区治理

一旦预测失败，或火灾预防措施效果不佳，Ⅲ315工作面发生自然发火，务必根据实际情况，将以下几种火区治理措施综合配套使用：

（1）合理调节工作面风量，保持通风系统稳定。Ⅲ315工作面一旦发生自然发火后，首先要减少向工作面的供风，对工作面采取均压通风，降低向采空区的漏风供氧量，控制火势发展，防止因通风系统不稳而导致火区风流紊乱，造成采空区瓦斯涌向火区，引发瓦斯爆炸事故。

（2）确定合理的封闭顺序，先进行快速封闭。根据火区范围、火势大小、瓦斯涌出量以及火区内是否存在瓦斯积聚区等情况来决定封闭顺序。“进回风同时封闭法”安全性最高，但在施工过程中必须统一指挥，加强调度，确保进回巷的同时封闭；为实现快速封闭，可在进回、风侧同时构筑临时墙挂网，然后喷涂马丽散，对火区实现快速密闭。

（3）在施工防火墙时，应预先安设局部通风机，将风筒出风口引至密闭施工处，一旦施工地点的氧气浓度低于20%时，应立即开启局部通风机供风，防止窒息事故的发生。当不具备安设局部通风机条件时，如果施工地点的氧气浓度低于20%，防火墙施工由矿山救护队员佩戴氧气呼吸器来完成，同时可辅助使用压风局扇供风。

（4）注氮气惰化火区。在进风侧工作面后方15m处埋设注氮管路，向采空区注氮，一方面可以降低采空区的氧含量，减缓采空区遗煤的氧化速度，控制火势，进行灭火。另一方面，可以增加空气中的惰性气体含量，降低瓦斯爆炸的危险性。

（5）定期对封闭内火区进行取样分析，直至符合《规程》规定的火区熄灭条件，方可注销火区，申请启封。

四、结语

实践证明，高瓦斯自燃煤层的防灭火工作需要采取综合的防治性措施，针对煤层厚度和采空区遗煤量都很大，巷道顶煤容易破碎、离层，易燃性高的情况，更需注意加强煤层自燃机理的研究分析和预测，有针对性地进行矿井专项防灭火设计和实施工作，确保日常工作的安全进行。

（安徽省淮北市石台矿业公司通风区 安徽淮北 235000）