防治泛采空区自燃发火的实践

张纯如 夏新苗

1、概述
谢桥矿位于安徽颖上县境内，设计年产量400万吨，1997年投产，后经技术改造生产能力提升到700万吨；井田面积49km2，矿井通风系统为两翼对角式通风。
井田内含煤31层，13－1，8，4－2，1煤为主可采煤层，属自燃或易自燃煤层，自然发火期为3－6个月。局部地段如地质构造带附近及高冒点等处发火期仅20天左右；在13－1煤层开采过程中呈出现局部冒烟的事故，因此该矿防火任务十分繁重。

2、12013工作面概况
12013工作面为13－1煤层西一采区东翼零阶段，属提高上限回采；回风顺槽煤层地板标高为－391.8～401.8m,运输顺槽煤层顶板标高为－416～423.9m,西起西翼13－1采区轨道上山，东至F10断层，走向842m，倾斜长93.7m；平均煤厚4.38m；倾角平均13.5度；平均采高2.6m其南边界12113已回采完毕。12013与12113采空区之间及12113与12213采空区之间分别有4m煤柱隔开，在这两个煤柱内有小绞车窝及其他小硐室存在。（12013、12113、12213之间的关系见图1）
该工作面安装支架62架，割煤机截割深度为600mm。
该面原设计为综合放顶煤开采工作面，后因回风顺槽及进风顺槽巷道受压变形严重等原因，虽安装的是综合放顶煤开采支架，但未安装后部放煤刮板机，实际仍是普通机械化开采。该面于2004年12月开始回采。至目前沿走向剩余200m左右。
3、CO变化发展过程
如图2所示，该变化曲线是依据该面2月至4月份的数据（见下表）所绘制。该面回采初次放顶结束后，至2月23日上隅角CO 数值在24～60ppm之间，而支架之间2月6日前CO小于40ppm，2月7日出现一次为100ppm；而从2月21日CO开始大幅度的迅速的上升，3月3日达到顶峰280ppm；此后开始下降，3月6日至3月11日CO稳定在80ppm以下。3月12开始反弹至第二高峰160ppm，然后开始回落，3月25日为12ppm，而后又出现一次小幅反弹，至4月1日CO完全消失。整个过程中上隅角CO变化趋势与架间CO变化趋势大体一致。

4、防治自燃发火所采取的措施
4．1、在2月21日以前，采用传统埋管注黄泥浆，埋管为间歇迈步式压茬埋管，出口间距15～20m，当下一出口埋入采空区5～10m时，甩开前一出口相连的注浆管路；黄泥浆水土比为5：1。同时还采取加强观测措施，每天三班检测上隅角CO值,并每周普查架间CO值以及取样实验室化相关气体成分。
4．2、2月21日后采取了以下措施
4．2．1、在进风顺槽埋管注氮，注氮管管经为80mm，干管上每隔15m安设一个支管。注氮量为550m3/min,注氮浓度大于97％，支管进入5m后打开支管闸阀注氮。
4．2．2、减少工作面的供风量。将工作面的供风量由原来的1100m3/min降到800m3/min。通过减少工作面的供风量，从而减少采空区的漏风量，进而减少火消除采空区自燃必须的要素－氧气。
4．2．3、上、下隅角用抗静电、阻燃胶丝袋装煤矸等进行充填，并沿工作面的倾斜方向悬挂风障，尽可能的减少向采空区的漏风。
4．2．4、工作面的架间及后部刮板机道洒黄泥浆，充分湿润、包裹破碎的落煤，隔断与氧的接触，并对破碎的落煤进行降温。
4．2．5、打钻注浆。从回风顺槽向工作面中、上部的顶板打钻孔，通过钻孔向工作面的顶部及架后施注黄泥浆。钻孔的开孔及终孔位置，应根据工作面的条件来确定。
4．2．6、3月22日用新型防火材料对12013下部相邻的12113、12213采空区的封闭墙进行强化封闭堵漏（这些封闭墙在处理前漏风较严重），2月23日封闭完毕。
4．3、在工作面于3月27日至4月2日因主井换绳停采期间所采区取的措施
4．3．1、3月27日开始利用地面灌浆管路送黄泥浆至该面回风巷，然后在井下用专门的设备向灌浆管路中添加化学材料在采空区内形成复合胶体，以形成隔离带。阻止采空区深部的高温点或火点向外延伸或蔓延。但因技术掌握不够而不成功，浆液从工作面的下部流出，未形成胶体，也没能在采空区形成隔离带。
4．3．2、进一步减风。将工作面供给的风量减至500m3/mim。4．3．3、架间堵漏风。3月28日用新型材料（艾格劳内）对架间进行喷涂，将架间缝隙封闭，从而减 少架间向采空区的漏风。
该新型材料为HOCK-WEBER公司生产的罗克休泡沫和艾格劳尼。这两种材料均具有不延燃，高膨胀率的特点，。罗克休泡沫还具有2kg～2.5kg的承压能力，是一种简便、快捷的堵漏风的材料。而且设备操作简单。
本次架间堵漏风采用的是艾格劳尼，而封闭墙堵漏风采用的是罗克休泡沫。

5、CO变化分析及措施的有效性
5．1、12013工作面初次放顶后至高浓度CO出现，CO一直随着工作面的推进而存在，在其他13－1煤层工作面也有类似情况，13－1煤有低温氧化的性质。同时该工作面因跟底回采，采空区留有大量的破碎的落煤，为发火提供了充足的物质条件。再者该工作面是提高上限回采，接近露头煤，煤层更具有易自然性。所以在2月21日前，仅采用了传统的常规的防火措施，即埋管注浆及观测。
5．2、2月21日架间CO浓度达105ppm，22日CO浓度达140ppm。此前该工作面于3月9日因刮板机的链条断而停采4天，而这之前工作面的推进度为7－9刀，因此分析认为，CO浓度的骤然升高是由于工作面的停采引起，故此在工作面的防火措施上，采用了注氮、架间洒浆、架间注防火材料、以及上、下隅角堵漏、减风等措施。这些措施的采取取得了一定的效果，延缓了发火的进程。但没能根本上消除CO, CO仍有反复。此间，由于工作面的大量注浆，使得工作面下出口底板受水变软，而影响了转载机的行进，从而减少了工作面的推进度，由以前的7－9刀，降到5刀以下。
5．3鉴于上述诸多措施的采用，虽然取得了一定的成效，但CO浓度仍有反复的情况，如果是12013工作面的后方采空区内存在发火点或高温点，上述众多措施的采用应该有明显的效果。所以分析认为，该面的CO的出现很可能是其下部相邻的采空区存在发火点或高温点。具体原因是：
5．3．1、2月7日架间出现CO浓度达100ppm值即已经反映出，工作面CO异常，因为该工作面直到2月7日一直是快速推进的，在这种情况下即使由于该工作面如前分析的那样存在易产生CO的特性，也不应该出现高浓度的CO。此一高浓度的CO的出现已经表明，工作面出现了异常情况。
5．3．2 、 12013与12113之间以及12113与12213之间分别只有仅4m煤柱相隔，在煤柱内还有小绞车窝其他硐室存在。工作面回采后，煤柱受压变形、疏松，而导致采空区相连形成一个泛采空区。事实上，12113工作面进风顺槽掘进至开切眼位置时已经与12213工作面的采空区沟通。而之所以在12113工作面的回采过程中没有出现高浓度的CO，原因是12213的采空区及12113工作面后方的采空区形成的时间较短。
5．3．3、当2月21日出现架间CO浓度达105ppm后的22日现场检查发现上隅角的瓦斯浓度达3％，对于12013工作面来说是一种异常情况。因为该工作面煤层的瓦斯含量低，上隅角瓦斯浓度一直在1％以下。出现了高浓度瓦斯可能说明，瓦斯不是12113本身工作面的，而是来自邻近采空区。既然瓦斯来源于相邻的采空区，则CO也可能来自相邻的采空区。
5．3．4、经查12013相邻的采空区12113及12213的封闭墙均存在漏风情况。此为采空区的发火提供了必要的物质因素——氧气。
5．3．5、当3月23日采用新型堵漏风材料（罗克休泡沫）对12113、12213采空区的封闭墙强化封闭堵漏后，12013工作面架间及上隅角的CO浓度明显下降，虽有波动，但波动不大。此后虽经3月26日至4月2日历时7天的停采，CO没有上升，反而至4月1日完全消失。4月3日恢复生产后，日进尺达10刀以上。即使在4月10日后因过断层日进度在5刀以下的情况下，也没再出现CO 。

6、结论与启示
6．1、结论：对于12013工作面在日进7刀及以上的情况下，工作面不会出现CO。该工作面的CO来源于其相邻的12113、12213采空区。
6．2、启示：
6．2．1、如有相邻的采空区存在时，防灭火灌注应同时考虑关联区域；近距离煤层群开采时，应考虑邻近层的煤层及采空区的防灭火问题。
6．2．2、采煤工作面回采完毕封闭时，要确保封闭质量，封闭墙不漏风。
6．2．3、当工作面CO浓度异常升高时，要及时采取综合防灭火措施，千万要避免CO继续升高。
6．2．4、当工作面CO浓度升高并伴有瓦斯浓度或涌出量升高时，往往是自燃已经发展到一定程度的征兆。这时必须采取有效的方灭火措施。否则火灾隐患或高温点将会发展为火灾。
6．2．5、当工作面CO浓度升高后，要进一步加强工作面架间及上隅角CO检测，有瓦斯抽放的工作面要加强抽放管路中的CO 、温度检测。
6．2．6、在本案中虽然前期的防灭火措施的效果不够彻底，但这些措施延缓了发火的进程，为后期防灭火措施的采取赢得了时间。应该说，由于目前对于发火点或高温点的检测手段有限，因此发火点或高温点的确定难以定位，这样导致防灭火措施的针对性就比较差，所以在日常的防火工作中及处理隐患的时候要采取综合措施。