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综放面过断层慢速推进时的防火技术实践

文档作者：崔峰1，张明富2 文档来源： 1．河南大有能源股份有限公		点击数：	更新时间： 2025年05月01日
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第39卷第1期
2017年1月
能源与环保
China Energy and Environmental Protection
Vol_39 No．1
Jan． 2017
综放面过断层慢速推进时的防火技术实践
崔峰1，张明富2
(1．河南大有能源股份有限公司石壕煤矿，河南陕县472123；
2．河南大有能源股份有限公司耿村煤矿，河南渑池472400)
摘要：耿村煤矿所采2．3煤为易自燃特厚煤层，2—3煤12220综放工作面过F，。断层期间，月推进度18
m左右。在推进速度较慢、顶板破碎并经常冒顶的情况下，必须采取综合防范措施，防止采空区遗煤
不发生自然发火，以保证工作面安全回采。通过分析采空区煤炭自然发火的主要影响因素，采取针对
性措施如监测预警、采空区堵漏控氧、注氮减氧、注浆注浆湿润煤体(高抽巷注浆、工作面上下隅角外
施工防火工程注浆、进回风巷每30 m钻场施工防火深孔注浆)方式以消除发火隐患。结果显示，治理
效果良好，直至推过断层，采空区遗煤未发生自燃现象，工作面安全顺利平稳推进。
关键词：综放面；过断层；慢速推进；自然发火；防火技术
中图分类号：TD753 文献标志码：A 文章编号：1003—0506(2017)01—0170—04
Practice of fire prevention technology in slow advance of fully-mechanized
top coal caving face passing through fault
Cui Fen91，Zhang Mingfu2
(1．Shihao Mine Henan Great Energy Limited Share Co．，Ltd．，Shanxian 472123；
2．Gengcun Mine Henan Great Energy Limited Share Co．，Ltd．，Mianehi 472400)
Abstract：The 2-3 coal seam of Gengcun Coal Mine is extremely thick and easily spontaneous combustion coal seam，in the process of
12220 fully—mechanized caving face in 2-3 coal seam passing through F16 fault，the advancing speed is。18 meters per month．It should
take comprehensive control method in the conditions of slow advancing speed and fractured roof and frequent roof fall，SO as to prevent
the coal spontaneous combustion in gob and ensure the safe coal winning on working face．Through analysing the main influencing fac—
tors of coal spontaneous combustion in gob，aimed countermeasures were carried out，including monitoring and early warning of goal，
control oxygen by plugging in goaf，and nitrogen injection for reducing oxygen，grouting for wetting coal(high drainage roadway grouting，
grouting outside the upper and low comers on working face，grouting by using deep holes constructed in air roadways with the space of
30 m)，to eliminate fire hazards．Results show that，the control effect is good，until the fault has been passed，there does not exist left
coal spontaneous combustion in goaf，and has realized the safe and smooth advancing of working face．
Keywords：fully—mechanized caving face；passing through fault；slow advance；spontaneous combustion；fire prevention technology
O 引言
河南大有能源股份有限公司耿村煤矿位于义马
煤田中部，始建于1975年，1982年正式投产回采，
设计生产能力400万t／a。目前只开采单一煤层2—3
煤，煤层厚度5～20 m，平均厚度11 m，倾角10。～
12。，采用放顶煤工艺开采。2—3煤层为易自燃煤层，
发火期一般1个月，最短7 d。工作面正常生产期
间，每月推进度在50 m以上，即使采空区内煤炭产
生高温点，由于其移动速度小于工作面推进速度，也
不会引发煤炭自燃。但工作面进入F1。断层(落差
10 13q)影响范围内回采时，开采地质和技术条件发
收稿日期：2016—11—06；责任编辑：陈朋磊DOI：10．19389／j．cnki．1003—0506．2017．01．035
作者简介：崔峰(1990一)，男，河南焦作人，助理工程师，2013年毕业于河南理工大学，现从事生产技术工作。
引用格式：崔峰，张明富．综放面过断层慢速推进时的防火技术实践[J]．能源与环保，2017，39(1)：170-173．
Cui Feng，Zhang Min如．Practice of fire prevention technology in slow advance of fully—mechanized top coal caving face passing through fault
[J]．China Energy and Environmental Protection，2017，39(1)：170·173．
·170·
万方数据
2017年第1期崔峰，等：综放面过断层慢速推进时的防火技术实践第39卷
生变化：煤厚度变化较大，最厚处50 m且破碎，顶板
不易控制。回采过程中，经常出现冒顶、支架倒架等
现象，采空区内丢煤较多，月推进度放慢。而根据义
马矿区煤层自然发火防治经验：正规回采过程中，应
保证月推进度，综放工作面防火月推进不能低于50
ITI⋯，当工作面不能正常推进时，不能依靠推进速度
来防火，同时又由于采空区高温点隐蔽，很难判断高
温区域，采空区漏风开放，火灾范围大、灭火难度
大嵋J，灭火时间长，一次灭火时间需7 d左右，如
2011年9月2—3煤12180综放面下隅角以里10 m
巷道出现高温点，9月5日灭火开始到9月10日结
束，用时6 d口o。为保证工作面安全生产，在月推进
度放慢情况下，防治采空区遗煤自然发火成为关键。
1工作面概况
2—3煤12220工作面位于井田西部西二采区下
部，东邻井田东翼，西侧为2．3轨道、2．3胶带、专用
回风巷，上部12200工作面已回采完毕，下部为未开
采的2-3煤实体。该面走向长890 m，切眼长195
m，采用走向长壁综采放顶煤开采方法，工作面配风
量950 m3／min，绝对瓦斯涌出量19．1 m3／rain。该
面在回风巷推过50 m后遇到F，。断层，连续6个月
月推进度为18 m左右，工作面推进缓慢。综放工作
面布置如图1所示。
k 回风巷，F·s断层
2—3 2-3
＼二
譬， 轨
专If；， ，，
道
用。嵝12220综放工作面次一一
巷巷
回
风
：、、一巷，，
| 过∥进风巷7
图1综放工作面布置示意
Fig．1 Layout of fully—mechanized caving face
2采空区遗煤自燃影响因素分析
2．1煤炭发生自燃的机理
经过学者对煤自燃导因的研究，先后提出黄铁
矿说、细菌导因说、酚基导因说及煤氧复合作用导因
说，其中大家一致认同煤氧复合作用是煤自燃的基
本原因H J。煤氧复合作用就是煤炭同氧气相互作
用，通过煤炭对氧的吸附进行氧化，破碎的煤体因氧
化而产生的热量大于放散的热量时，就开始蓄积热
量，煤温升高，氧化速度加快，达到燃点后来便开始
燃烧b J。所以，煤炭发生自燃必须同时具备3个条
件：①具有自燃倾向的煤呈破碎堆积状态(即在常
温下有较高的氧化活性)；②连续的通风供氧条件，
维持煤炭氧化过程的发展；③积聚氧化生成的热量，
使煤的温度升高∞J，3个条件同时存在，缺一不可。
2．2工作面架后遗煤自燃原因分析
2．2．1内部因素
耿村煤矿所采2-3煤煤岩成分以亮煤为主，亮
煤脆性大，易破碎，因此氧化面积大，着火点温度低，
自然发火严重；同时2-3煤丝碳含量较多，煤质较
差，由于丝炭的孔隙度大，吸氧性强，容易发生氧化
和自燃o 7。，属于易自然发火煤层，发火期1个月，最
短发火期7 d。
2．2．2外部因素
(1)工作面推进度慢。工作面支架受力不均匀
经常发生倒架，扶架清煤造成每班不能按正规循环
组织生产，耿村煤矿所采2-3煤层为强冲击倾向性
煤层，工作面进回风巷防冲工程(如施工卸压钻孔、
安装微震监测、钻屑取样等)的施工也影响工作面
的推进。由于以上多种因素制约，工作面每月推进
18 m左右，氧化自燃带的煤需4。9个月才能进入窒
息带，远大于煤的1个月的自然发火期。实测耿村
煤矿(2-3)12220工作面三带宽度∽1为：散热带0—
12．05 m；氧化自燃带12．05～100．35 m；窒息带>
100．35 m(表1)。为保证始终在采空区氧化自燃带
内注入氮气，管口距支架以里13 111开始注氮。
表1 12220工作面三带宽度
Tab．1 Width of Three Zone on 12220 working face
(2)采空区有大量破碎煤体存在。过断层期
问，由于工作面经常片帮，前部支架顶煤经常塌冒，
后部基本不放煤，采空区遗煤多。进回风巷沿底掘
进，巷顶煤厚度7 m左右，由于处于断层附近，煤体
破碎，受采动以及矿山压力的影响，巷道变形快，巷
道顶煤破碎氧化发热，当氧化聚热不能及时散放时，
容易出现隐蔽的高温煤体，如果其落入采空区后，会
诱发采空区遗煤发火19 J，所以防止进回风巷顶煤产
生高温氧化煤体也是一个重点。
·171·
万方数据
2017年第1期能源与环保第39卷
(3)采空区漏风大。该面绝对瓦斯涌出量19．1
m3／min，回风巷风流中瓦斯0．3％，风排瓦斯2．85
m3／min左右，其余16．25 m3／min瓦斯通过抽放排
走。为防治瓦斯，工作面回风巷铺设三通+315 mm
的抽放管抽放采空区瓦斯(3台流量120 m3／rain的
抽放泵分别通过高位抽放巷、上隅角插埋管、低位钻
场高位钻孔抽放采空区瓦斯)，造成采空区漏风进
一步增大，采空区内遗煤自然发火压力增大。
3防火技术
通过以上分析，12220工作面过断层期间，推进
速度慢，架后采空区大量破碎的煤进入窒息带时间
长，采空区漏风量大，煤炭自燃发生的条件均具备。
为了保证12220工作面在过断层期间慢速推进时不
发生自燃事故，根据煤氧复合作用原理和煤炭发生
自燃需要同时具备的3个条件，从易控制的角度考
虑，主要破坏煤炭发生自燃的后2个条件，即尽量减
少采空区氧气的供给、煤体氧化产生的热量必须散
尽。所以，在采取的综合防灭火措施中，采空区堵漏
控氧和注氮减氧是重点防漏风措施；注浆湿润煤体，
杜绝产生高温煤体，同时起到散热作用。
3．1采空区堵漏控氧
防火对通风的要求：风流稳定，漏风量少。没有
不断供给的氧气，煤的氧化就不能发展，漏风风速很
大时，煤氧化所产生的热量被带走，不会发生自燃事
故，只有在风流流通、漏风风速又不大情况下，煤才
发生自燃¨⋯。根据漏风分析，12220采空区具备自
燃条件，必须加强对采空区漏风的堵漏风工作。
(1)堵严上下隅角，封堵采空区漏风通道。在
工作面上下隅角打设煤袋墙，每推进一排打设一道，
排头排尾架后部也用煤袋充填严实。
(2)注胶封堵。根据国家规定，星期天不生产，
利用每星期天三班时问对袋墙处顶板，上下排头排
尾架架后进行注胶封堵。注胶材料采用水玻璃和碳
酸氢铵，两者反应后生成胶体，胶体的主要成分是
水，水占胶体总量的90％以上¨1|，起到吸热降温和
封堵漏风通道的作用¨引，降低工作面向采空区的漏
风量，缩小煤自燃氧化带的范围。
(3)下隅角挂3道挡风帘，引导风流从工作面
空问通过。第1道挂在支架四立柱之间，从第10架
向下至进风巷下帮；第2道挂在后部刮板输送机电
机处到进风巷下帮；第3道紧贴下隅角袋墙，上部挂
至排头架尾梁处，下部至进风巷下帮。
．172·
(4)采空区注氮减氧。氧气的充分供给是煤炭
氧化自燃发生和持续发展的必要条件¨3|，注氮是实
现煤炭对氧气的一种隔绝和屏蔽，消除煤炭氧化所
需氧气¨4|，氮气化学性质不活泼，注入采空区具有
扩散范围大、能使注人范围区缺氧从而防止煤炭氧
化。为控制注氮地点，提高注氮效果，采用拉管方式
注氮¨5|，在下隅角采空区内预埋设+100 mm注氮
钢管，向采空区不间断注氮气，注氮管用钢丝绳绑在
巷道支架上，随支架前移。
3．2注浆湿润煤体
预防性灌浆是将水、土按4：1的比例混合制成
浆液，由地面注浆站经注浆管路通过高抽巷预埋的
注浆管、钻场钻孔向采空区注浆，通过两巷超前30
m防火工程湿润两巷巷顶破碎煤体，起到堵塞漏风、
隔绝氧气、冷却煤体的作用¨6|。
(1)在高位抽放巷内铺设一趟100 mm聚氯乙
烯管当作注浆管，聚氯乙烯管随着工作面顶板垮落
被砸裂，从而能不间断地注黄泥浆，使高抽巷附近采
空区遗煤及支架上的顶煤充分湿润【17]。
(2)两巷低位钻场注浆湿润煤体：在工作面运
输巷每30 m施工一个钻场，在钻场内朝向采空区施
工8个注浆钻孔，坚持注浆；回风巷利用低位抽放钻
场内的抽放孔注浆，当钻场距工作面小于10 m，抽
放孔瓦斯浓度小于5％停止抽放，改为注浆钻孔，通
过钻孔向采空区注浆，湿润工作面上下部30 m采空
区遗煤。
(3)针对进回风巷顶煤易形成高温煤体的情
况，为杜绝隐蔽高温煤体，在进回风巷内自隅角土袋
墙向外30 m施工防火钻孔，每2 m一排，每排3个
孔。巷顶孔的坡度45。，朝向采空区；上帮孔坡度
45。，朝向采空区，偏向巷道上帮50。，覆盖上帮煤体
5 m；下帮孔坡度45。，朝向采空区，偏向巷道下帮
30。，覆盖上帮煤体3 m。随着工作面的推进，保持
超前40 m，防火工程要经常注浆，保持巷道煤体湿
润㈨。
3．3监测预警
掌握自然发火预兆，及时进行发火预测预报，把
煤炭自燃消灭在初始状态119I。煤炭自燃过程中产
生一氧化碳，因此以一氧化碳监测为重点进行监测
预警。
(1)每天安排专人对上隅角、高抽巷抽放管内
气体取样，分析取样气体成分，绘制气体变化曲线
图，对一氧化碳发展趋势进行分析预判；瓦检员每班
万方数据
2017年第1期崔峰，等：综放面过断层慢速推进时的防火技术实践第39卷
对工作面每20架的一氧化碳进行检测，当上隅角、
架间、高抽巷抽放管内一氧化碳浓度超过10×
10～，10×10一，150×10“时，立即采取措施处
理[划。
(2)在工作面第12架、第50架支架后立柱处
安装一氧化碳传感器，与上隅角一氧化碳传感器、工
作面风流传感器共同监测工作面一氧化碳的变化，
当变化量超过5×10“时，查找原因。
4效果分析
12220综放工作面在未过断层前，平均每月推
进50 1TI左右，高抽巷内的CO气体浓度一直维持在
80×10～～100×10～，工作面上隅角CO浓度一直
维持在10×10“左右，在过断层期间每月平均推进
度在18 m左右，推进速度慢，防灭火任务艰巨。
通过分析采空区煤炭自然发火的主要影响因
素，制定针对性措施并积极落实。主要从降低采空
区的氧气浓度出发，采取监测预警、空区堵漏控氧、
注水注浆湿润煤体等多种手段，加大了采空区堵漏
贫氧降温技术的实施力度和范围后，每天从工作面
取气样分析的结果来看，高抽巷内的CO气体浓度
一直维持在45×10～～86 x 10～，上隅角CO浓度
一直维持在5×10。6以下，高抽巷内CO浓度和上隅
角CO浓度比正常生产期间还小，消除了发火隐患，
取得了良好的治理效果，保证了工作面的安全回采。
5结语
通过对2—3煤12220综放工作面过断层慢速推
进时采空区易发生自燃的因素进行分析，确定针对
性防治技术措施：监测预警、空区堵漏控氧，注浆注
水湿润煤体，消除了发火隐患，确保了工作面安全回
采，目前该面顺利通过F，。断层。
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