摘要：针对华丰煤矿大倾角厚煤层综放面煤层自然发火的特点，提出大倾角综放面煤层自燃综合防治技术，通过在1409大倾角综放面生产过程中的实际应用，确保了华丰煤矿大倾角厚煤层综放面的安全生产。
　　关键词：大倾角煤层；综放工作面；煤层自燃：防治
　　华丰煤矿1409工作面是新汶矿业集团公司第1个采用综采放顶煤技术开采的工作面。1409工作面位于-1100m水平前组一采区第1区段，上下限标高分别为-750，-840 m，走向长2100m，倾斜长150m，由西向东推采，煤层平均厚6.4m，倾角30o~35o，平均为32o，f=1.5~2.5。2005年经煤炭科学研究总院重庆分院鉴定，4层煤自燃倾向性为容易自燃，并有自然发火灾，*短发火期为42d。工作面位于井田的中东部，地层走向自东向西略有变化，煤层从西部的125o。变至东部的75o，倾角从西部的34o变至东部的30o。该层煤顶板具有强烈冲击性，工作面在开采过程中受冲击地压威胁，推采速度多次受到影响。
　　1 大倾角综放面煤层自然发火特点
　　1)火灾一般发生在距煤体暴露面一定距离的深部。垮落范围大，渗透性强，漏风范围广，强度大。
　　2)采空区垮落高度和空间体积增大，火源位置的不确定性和隐蔽性将给防灭火造成极大的困难。
　　3)现有的各类防灭火方法如黄泥灌浆、注阻化剂等常规灭火措施难以达到防灭火的要求。
　　4)1409大倾角工作面受强冲击地压威胁，作为保护层开采的6层煤工作面在其前方推进速度缓慢，为保证安全距离，4层煤工作面推采速度受到人为限制，煤体自燃氧化时间长，自然发火几率增加。
　　2 大倾角综放面回采期间煤层自燃预防
　　1409大倾角综采放顶煤开采以来，在工作面切眼处、终采线、采空区两侧发生自燃火灾可能性大，采空区两道受自燃火灾威胁，采空区“三带”动态移动，自燃高温区域范围大且隐蔽，采空区漏风量大，漏风规律复杂，自燃火灾灭火难度大。因此，必须对自燃危险区域进行预防性处理。利用温度分析法和束管气体分析法对煤炭自燃进行早期预报，一旦出现自然发火隐患，采取各类防灭火技术措施对自燃火灾进行综合处理。
　　2.1 煤层自燃预测预报
　　建立完善的防火预测预报制度，派专职防火观测员对石门见煤线、防火密闭内气体定期取样检查，工作面回风流、回风隅角每班检查3次。充分利用各种监测手段，机防和人防相结合，提高煤层自燃预测预报的准确性。
　　2.1.1 人工观测
　　工作面在开采过程中，安排专职防火观测员每2 d对推采过的石门防火墙内、部分支架顶部煤体内、回风石门见煤线、巷道高冒区、工作面回风、下隅角风流中的瓦斯、CO2、CO、温度使用电子检测仪器仪表现场检测1次，工作面配备专职瓦斯检查员每班对工作面回风、下隅角风流中CO检查1次，发现问题及时汇报。自2006年1月开始，在工作面架间顶部(每隔5架)煤体中、上、下隅角、工作面回风流中共设加余处防火观测点，每班监测2次，监测指标有CO、O2、温度，检测结果分别汇报通防部、调度室和专业负责人。
　　2.1.2 对采空区内CO连续监测
　　工作面推采过石门后，在构筑防火密闭墙时，在墙内预先埋设束管，在工作面后部下隅角内敷设束管，随推采不断前移位置。围绕1409工作面的开采，共设5路束管与地面KSS-200型CO束管监测系统主管路连接，每天对各观测点巡回检测1次，自动生成报表，提供防火观测信息，以便及时分析气体变比趋势，进行预测预报。
　　2.1.3 对发火指标气体进行微量分析
　　配备先进的SP3430气相色谱仪，对以上人工观测地点的气体每2d取样1次，带至地面束管站分析，分析项目有H2，CO，CO2，瓦斯，C2H4，C2H2，C2H6，O2，N2等9种气体，及时分析CO，C2H4，C2H6等自然发火指标气体和其他气体的浓度，以及变化趋势，结合煤样自燃实验结果，掌握煤体自燃氧化过程的发展进程，及时预报发火危险性，指导现场采取措施提前进行处理。
　　2.1.4 对CO浓度、风流温度和风量进行连续监测
　　在1409下平巷回风流中，安设CO传感器、温度传感器、风速传感器，对工作面下平巷回风流中的CO浓度、风流温度和风量进行连续监测。
　　2.1.5 利用红外场强探测仪查找煤体氧化异常点
　　在1409工作面防火中使用了ST6防爆红外探测仪。该仪器主要用于井下探火、探水、探瓦斯。为了满足井下防范3种灾害的需要，该仪器上设有3个挡，第1挡是测温挡，第2挡是常用红外辐射场强挡，第3挡为高灵敏度红外辐射场强挡。仪器上装有激光指向器，用以对准被探测目标，通过仪器上的转换开关，根据探测时的需要，可直接在仪器的数字显示屏上，读取红外辐射场强的瞬时值、*大值、*小值、差值和平均值。
　　在采煤期间，对上下平巷局部地段存在高冒区的上帮、顶板和下帮设点探测红外场强的辐射情况，沿巷道走向每隔5m探测3个点，分别是上帮中、顶板中和下帮中，按顺序编号，升井后将探测数据及时输入微机，绘出曲线。探测工作每隔5d进行1次，对连续几次测定的数据和曲线形状进行对比分析，发现有变化时，立即找出原因。对发现有异常的地点，及时再次测定，探测点的间距缩小，每隔2架棚测定1次，并在每个测点位置增加探测部位，如顶板有时探测3个部位：顶板上(靠近上帮位置)、顶板中、顶板下(靠近下帮位置)。
　　2005年2月，利用红外场强探测技术，发现下平巷第5石门以西70~90m巷道顶部探测点红外场强数值有升高趋势，共设40个观测点，随后加强了观测。通过观测，14~19号点探测值比其他点升高，18号点为*高，如图1所示。该处有地质构造带，掘进过程中出现了顶煤垮落，用水泥背板装顶，底部煤体破碎，煤体内部温度达到32℃，CO体积分数达到230×10-6，原因是垮落空间内风流小，氧化产生的热量积聚不能散发，导致氧化过程不断扩大，出现了发火隐患点，后采取了喷浆，打钻先注水降温、后注凝胶的防火措施。很快将隐患点消除。

　　2.2 煤层自燃预防
　　2.2.1 采空区注氮
　　华丰矿共配备2台井下移动变压吸附式制氮机，1台JXZD一300型制氯量为300m3/h，另1台IXZD-700型制氮量为700m36/h，出日N2压力不低于0.5MPa，N2纯度在97%以上。采取2种注氮方式：①自进风平巷上隅角向采空区内埋设2趟Ф50mm钢管，管路出口相距24m，2路管路交替注氮，当一路管路埋设深度达到48m时即断开重新埋设，注氮位置始终保持在上隅角以里24~48m处，防止N2从支架后大量泄人工作面；②在后部进风石门内提前埋设注氮管路，在工作面推采过该石门前，自石门内向石门两侧平巷内埋设注氮钢管，并随工作面向前推采，不断延长，管路出口分别相距60m，共埋设4趟，采空区注氮范围走向能达到300m。1409工作面正常开采期间，每5d对采空区注氮1次。进入末采阶段后，采取三班连续注氮措施，2台制氮机交替开机，分别工作5h，注氮量5000m3班。2006年1-9月累计注氮600万m3。
　　2.2.2 工作面单体支柱段洒浆、采空区灌浆
　　在推采过程中，在采空区预留注浆管路，随工作面推进向外接管路，保持深度在30～60m，向采空区注浆，同时工作面上部带采煤柱单体支柱段采取了洒浆措施。正常推采过程中，每天二班注浆，每班注6车黄土浆，泥浆比例为1：(3～5)。进入末采阶段后采取三班注浆措施，并在浆液中加人MEA等防火剂，提高泥浆黏稠度和堵漏效果。2006年1-9月注浆用黄土2705车，灌浆量达到1.63万m3。
　　2.2.3 采空区注水
　　1)实施高位注水技术。2006年1月，1409工作面过地质构造期间，推采速度慢，为防止支架顶部煤体氧化自燃，在工作面上平巷安设SGZ-IB钻机，自巷道底板以上1m高度按设计角度施工钻孔，终孔位置在工作面50~100架支架卜方、底板以上25m处，钻孔直径75mm，下Ф40mm套管，沿工作面走向每20m为1组，2006年1月23日-4月9日共施工长钻孔15个，钻孔平均深度80m。钻孔接通注水管进行连续注水，每个钻孔连续注水3d，然后接通注氮管进行注氮，依次轮换注水、注氮。2006年9月13日-10月3日在上平巷向工作面施工3排高位注水孔，共18个，第1排位于支架前部，第2排位于支架后尾梁处，第3排位于支架后部3m位置，钻孔平均深度53m，*深17#孔长为94m。高位注水孔注水效果：注水前监测的CO体积分数为(100~300)×10-6，*高达到562×10，注水后稳定在(30~60)×10，效果较明显。
　　2)综放支架顶部注水。2006年1月23日，1409工作面40架以下架顶出现CO异常，采取了对工作面60架以下逐架进行打钻注水处理。使用KZG-15型隔爆型震动冲击电钻配麻花钻杆打孔，深度为2.5~4m，下Ф15mm套管，接通水管进行注水。每架设钻孔3个，分别位于架前、架中部、架后尾梁处，随工作面推采，及时补孔。2006年1月23日-3月1日共打浅孔148个。
　　在工作面上平巷后部隅角处，利用震动冲击电钻向采空区打30o钻孔，深度12～18m，下Ф20mm套管，注胶体泥浆，共打钻孔12个。在1409工作面溜尾处，向溜尾架顶煤打0o钻孔，深度12m，下Ф15mm套管，共打钻孔23个，接通水管注水或注氮。共施工顶部注水孔172个。对工作面支架顶部、后部尾梁处打钻下套管注水、MEA等材料堵漏风。
　　2.2.4 上隅角注胶体封堵漏风
　　应用复合胶体防火系统，向采空区注入胶体，固化、包围浮煤。对工作面上隅角及工作面单体支护段采取了胶体注浆堵漏技术，注入高分子材料、胶体泥浆、增稠剂、MEA等防火材料，封堵采空区漏风。
　　2.2.5 上下平巷后部建编织袋墙降低漏风量
　　在工作面正常推采情况下，每15m建1道墙。自2006年1月后坚持每5m构筑1道，并根据后部垮落情况随时建筑。改变采空区漏风路线，降低采空区漏风量，减小氧化深度。工作面推采到位后，上隅角建矸石袋墙1道，墙后充填胶体防灭火材料。
　　2.2.6 控制风量，减少氧化带宽度
　　工作面末采期间在下石门构筑了调节风门，工作面风量控制在600m3/min以下工作面回撤时，自于需要回撤机电设备，拆除了下石门风门，在-840m水平岩巷煤仓处构筑挡风墙，过胶带处加设了风帘，每班安排专人检查维护，严格将风量控制在500~600m3/min。
　　2.2.7 石门见煤线加固处理
　　工作面上下平巷石门在揭露煤层前5m，采用锚喷支设“U”形棚加强支护，防止煤体松散垮落。工作面过下石门时在见煤线处支设水泥板垛4个加强支护，上下平巷石门封闭全部建筑防火密闭墙，保证施工质量，杜*漏风，安设观测管、束管加强监测，预留Ф50mm钢管作为注氮管，工作面推过后进行注氮预防。
　　2.3 煤层自燃隐患处理
　　2.3.1 封闭石门内防火处理
　　2005年7月9日，防火观测人员在取样分析-840m水平西四石门防火密闭墙内气体时，发现CO体积分数较以前升高，随后几天CO体积分数快速上升，*高达到3.6×103。-840m水平西四石门于3月31日采过，7月11日石门距工作面距离为280m。分析认为：产生CO的主要原因是由于采动压力影响，石门内围岩产生裂缝漏风，造成煤体氧化。7月12日夜班，由救护队对1409西四石门进行了启封，对原防火墙外巷道进行喷浆处理，在原防火密闭外6m处重新构筑了防火密闭，密闭墙掏槽深度0.6m，并在墙前支设“U”形棚加强支护，重新进行了封闭。7月12日早班，利用JXZD-300型制氮机对-840m水平西四石门进行注氮，每小班注氨6h，注氮量5400m3。至7月20日，-840m水平西四石门内CO消失，随后对该石门实行连续注氮，直至9月5日停注，共计注氮54d，注氮量29.16万m3。
　　2.3.2 工作面推采速度慢形成发火隐患时的处理
　　自2005年12月26日起，1409工作面因顶板破碎，煤壁片帮冒顶严重，推采速度慢，造成采空区遗煤及支架顶部破碎煤体氧化产生发火隐患，2006年1月下隅角CO体积分数达到40×10-6，支架顶部煤体中测点CO体积分数*高达到1403×10-6，采取采空区注氮、注浆、上、下隅角垒砌矸石袋墙、支架顶煤注水、高位钻孔注水、注胶体泥浆、高分子材料、隅角充填封堵等综合防火措施，CO体积分数降低至0并趋于稳定

2.3.3 工作面撤面期间煤层自燃预防
　　工作面撤面期间后部采空区浮煤、支架顶部和接近支架尾梁的采空区煤体容易出现自燃隐患。工作面进入东翼后推采速度十分缓慢，后期采取了不放顶煤的措施，采空区大量的浮煤氧化程度已相当严重，撤面时间长，后部采空区氧化带内的煤体接触氧化时间已经超过*短自然发火期。是*大的发火隐患点。其中30#～50#架内CO体积分数比其他地点高，工作面30#架以上是防火的重点部位。在支架回撤期间，顶部破碎煤体裂隙发育，局部存在较厚的顶煤，如果回撤时间过长，超过发火期，容易形成自燃，是防火的另一个重点。
　　1409综放工作面撤面期问防火工作仍采取“综合治理，预防为主”的方针，提前采用常规技术措施消除发火隐患，对容易发火的特殊地点，采取有针对性的防火措施，破坏煤体自燃的条件，使发火条件不能同时存在。
　　3 结束语
　　针对华丰煤矿的现场实际情况，分析并掌握了大倾角综放面煤层自然发火规律，采用有针对性的防灭火技术措施，形成了一套大倾角煤层自燃火灾预测及防治技术，在工作面推进速度慢，开采条件差的情况下，成功实现了*个综放面的安全生产，安全产煤190万t，创造经济效益1.2亿元，为深部大倾角综放面的安全生产提供了保证。