综采工作面采空区与防灭火技术研究
张瑜良
摘要：综放工作面采空区遗煤自燃综合防治是一项系统工程，涉及采煤、瓦斯与火耦合、通风管理、监测监控等诸多领域，是“一通三防”重要工作 内容之一。通过对综放工作面采空区各个时期煤自燃必备因素分析。针对性地给出各项防治技术及实施方法。常规技术与先进技术合理搭配、优势互补。该项技术指导理论和技术实施方案已在众多矿井得到了成功实践，并在实现工作面顺利回采的同时确保了矿井较好的经济和社会效益。
关键词：综放工作面;回采;遗煤自燃;综合防灭火技术
近年来国内外在原有常规技术（均压、堵漏风、灌浆、注情氣、喷洒 阻化剂等）基础上不断探索开创了许多新的防灭火技术，目前较为成熟的 技术有凝胶、高分子复合胶体、固化泡沫、三相泡沫等。但这些防灭火技 术都不完全具有普适性，各有优缺点，存在时空上的局限性。在工作面回 采过程中，采空区遗煤自燃危险形势是动态变化的，应根据不同时期的特 点，结合各项技术的适用条件，优势互补、主次分明，针对性地采取综合 防灭火技术，从而确保工作面的顺利回采。
1、煤自燃理论
煤自燃是煤氧化蓄热，煤温达到着火点后着火的一种燃烧现象，其发 生过程是煤氧化蓄热和环境散热矛盾运动的过程。煤炭自然发火过程是煤 氣复合、自由基链式反应的过程，大体可分为潜伏期、自热期和燃烧期 3 个阶段。煤自燃是多因素共同作用的结果，必须同时具备 4 个条件：具有 自燃倾向性的煤呈破碎状态堆积、连续供复、蓄热环境、时间。采空区遗 煤自燃与浮煤厚度、含氧量、漏风孔隙率和浮煤温度等因素密切相关。
2、现有采空区遗煤自燃防治技术
随着科学技术的不断发展，越来越多的先进防灭火技术在煤矿开采过 程中得以应用，对保证矿井安全生产起到了不可或缺的作用。各项防灭火 技术的作用机理不近相同，并且都存在各自的优缺点。在综放工作面回采 的不同时期，根据采空区的客观形势，辩证分析各项防治技术的适用条件，有的放矢地选择实施，保证工作面在高效生产的同时满足技术先进、安全 可靠、经济合理的要求。
3、综放工作面不同回采时期的防灭火技术
3.1 初采阶段
初采阶段顶板悬露较完整，变形较小，移架后仅少部分顶煤垮落，大 部分悬空不垮，工作面开采初期难以放顶煤，从而使得开切眼处遗煤多;综放工作面开切眼断面大，受矿压影响煤体易压裂破碎，形成漏风供氧和 蓄热环境;综放支架设备安装时间相对较长，初采阶段系统还处于磨合期，工作面推进速度迟缓。
由于初采阶段形成的采空区范围比较小且压实程度低，灌浆难以在采 空区积存而是沿阻力较小的通道流向工作面，注惰气易随风流散失。此阶 段切眼处煤的自燃主要由漏风供氧决定，因此防治技术应以堵漏为主。胶 体防灭火技术具有堵漏、降温和固结水性能.能够解决奖液流失问题。在工 作面上下端头堆砌沙袋墙，然后通过插管、预埋管或钻孔向切眼两巷灌注 胶体，形成两道密实的胶体隔离带，从而有效地起到堵漏风的作用。
3.2 顺利回采期间
经过一段时间的人、机、环境系统磨合之后，工作面向前推进速度加 快，采放工艺各环节衔接合理，遗留在采空区的浮煤会相应减少，采空区 自燃带宽度缩小。工作面顺利回采期间，在做好规律性指标气体检测工作 的同时，利用废弃的压风、静压水管预埋在采空区作为注氮、灌浆管路，有规律地向采空区注氮惰化、灌浆覆盖降温。
4.实例分析
4.1 综合防灭火措施分析
为了有效遏制 1211 采空区煤层自燃，避免重大事故发生，司马矿通风 部通过技术研究，决定从减少采空区漏风及遗煤量、采空区注氮以及安装 高敏度监测系统等几方面入手，降低采空区 CO 涌出。
1）降低采空区漏风量;1211 工作面在回采过程中采空区漏风主要来 自于机头处上隅角以及间隔移架时支架间隙，司马矿通风部通过研究在 1211 运输顺槽距机头 15m 处安装“Z”型风障，引导风量直接进入工作面;同时工作面在过断层期间间隔移架时在相邻支架间隙处安装柔性可伸缩风障，从而降低采空区漏风量。
2）采空区注氮;1211 工作面采用 ZH-800-98 型地面固定碳分子筛制 氮机制氮，注氮管路埋放在工作面上隅角处，采用直径为 108mm 的钢管作 为注氮管路且伸入采空区内长度为 50m，随着工作面推进 50m 后开始注氮，并埋设第二条注氮管路，当第二条注氮管路埋入采空区 50m 后第一条注氨 管路停止注氮，并对第二条管路重新接管注氮;采空区注氮时管路出口压 力为 0.6MPa，注氮量为 420m3/h，氮气浓度不得低于 97%。
3）减少采空区遗煤;1211 工作面采空区遗煤主要来自于仰采过 f0 断 层期间的底煤，所以为减少采空区遗煤已调整工作面过断层回采方法，应 采用伪斜回采法过 f0 断层，即在过断层前进行旋转调面，使工作面方向与 断层走向方向平行，然后伪斜回采至断层带时采用爆破法强行过断层，工 作面过断层后再次进行旋转调面，使工作面正规循环作业，采用该方法过 断层可有效减少采空区遗煤量。
4）安装高敏度采空区发火监测系统;1211 工作面采空区原安装的是 普通型发火监测系统，测量误差大、监测敏度低且监测系统束管管路长等 确定，而且整个工作面仅在上隅角处安装监测系统，数量有限;所以通过 研究决定对 1211 采空区安装 JSG5 型煤矿自然发火束管监测系统，该系统 采用的是光谱技术，具有气体预处理功能、气体流量控制及显示功能等，且具有能够及时就地取样、实时分析、结果高速上传、监测及时敏度高等 优点，工作面共安装三台 JSG5 型监测系统，分别安装在 55#支架、145#支 架以及上隅角处。
4 .2 应用效果分析
1）通过采空区安装的 JSG 型发火束管监测系统监测数据发现，1211 工作面采取减少采空区漏风量以及注氮措施后，采空区内 O，浓度由原来 的 16.28%减低至 5.5%，CO 平均浓度由原来的 0.0055%降低至 0.0017%，由此可见减少漏风量可有效延长了采空区破碎煤体氧化时间，避免采空区 火灾事故发生;注氮措施后可稀释采空区内气体，但具有一定滞后作用，可起到辅助防灭火作用。
2）通过伪斜回采法过断层时，减少了采空区遗煤量达 3700t，有效阻 止了了采空区煤体自燃事故发生，同时与传统仰斜法相比，伪斜回采法过 断层提高了工作面回采速度，平均回采进度达 5.0m/d，回采后采空区及时 垮落，缩短了采空区内破碎煤体氧化时间，减小了氧气与破碎煤体接触面 积，降低了自燃发火隐患。同时在工作面三处安装 JSG 型高敏度发火监测 系统，可精准对采空区 CO 进行监测，为采空区及时采取灭火措施提供实 时依据。
结束语
总而言之，新时期的煤矿工业已经进入了规模化与智能化的发展时代，对于综采工作的效率与安全需求相对较高，因而为了更好地满足这种实际 生产需要，应该积极的从安全风险的构成因素着手，积极的选取与其相对 应的防灭火技术，并借助针对风险的技术控制方案与预防性的管理控制方 案，强化综采工作面的作业安全。结合以上分析可以认识到，加强针对不 同防灭火技术的专题研究与应用范畴界定，可以更好地促进预防效果。
参考文献：
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