煤矿深部采空区自然发火防治的技术实践

煤矿深部采空区自然发火防治的技术实践

高远

新疆维吾尔自治区矿山安全服务保障中心  新疆乌鲁木齐  830000

摘要：近年来，我国对煤矿资源的需求不断增加，煤矿开采越来越多。煤自燃灾害是煤炭开采过程中主要的灾害之一。提升采空区密闭质量、控制向采空区漏风，是消除煤层自然发火风险的有效手段。通过提升密闭墙施工质量能够实现自然发火风险的有效控制。本文首先对控制自然发火风险的可行性分析，其次探讨采空区自然发火防治技术方案，最后就自然发火防治方案实施进行研究，以供参考。

关键词：深部采空区；自然发火；密闭墙；防漏风

引言

虽然煤炭消费比重多年来一直在下降，但是煤炭作为我国能源消费的龙头位置从未动摇。在实际的矿山生产活动中，存在一些违规违法活动，其中，越界开采被认为是矿业生产中的“毒瘤”，越界开采会导致国有矿产资源的流失，扰乱采矿权市场秩序，尤其是严重威胁矿山安全，例如在煤矿井下施工巷道时，如果与越界开采的采空区贯通，容易引起通风系统紊乱，甚至可能会引起遗煤自燃、透水和瓦斯爆炸等事故的发生。为了预防矿山越界采空区自然发火，文中通过分析贯通处各项气体浓度，研究了贯通点密闭、越界开采煤矿封闭和采空区地表裂缝回填等措施对采空区自然发火的预防效果，为煤矿越界开采导致采空区自然发火的防治提供参考。

1控制自然发火风险的可行性分析

（1）根据花园煤矿五采区3煤层自燃倾向性鉴定报告可知，其自燃倾向性为Ⅱ类自燃，最短自然发火期为60d，表明开采深度增加以后采空区自然发火风险较浅部升高，也表明矿井深部防治煤层自然发火难度增大。（2）通过对已有旧老采空区气体分析对比，发现深部采空区自然发火趋势较为突出，主要原因是含煤封闭区域自然发火风险叠加因素增加，例如煤层厚度增加、煤层赋存地质条件变化和埋藏深度增加造成地温升高等因素。（3）对已封闭旧巷道进行密闭墙体排查中发现，因受采动影响和巷道变形因素影响造成密闭受损，且受损范围在靠近顶板区域不易被发现，密闭漏风为采空区提供了供氧条件，增加了密闭墙体内遗留煤炭自然发火风险。（4）提升采空区密闭质量、控制向采空区漏风，是消除煤层自然发火风险的有效手段。综合上述分析，花园煤矿较深部的五采区封闭区域，通过提升密闭墙施工质量能够实现自然发火风险的有效控制。

2采空区自然发火防治技术方案

2.1使用数字化技术搭建多层级监测监控系统

在针对数字化煤矿安全监测监控系统进行深入应用时，煤矿开采企业管理层首先需要立足于数字化技术为其系统多层级化设置创造一定的必要条件。在确保多层级的系统设置状况之后，还应当相应地使其具备可视化的数据信息显示能力，以便为监控人员的系统内部数据信息处理工作提供一定的便利。不仅如此，可视化的数据信息显示能力还可以为上级安全生产管理人员更加实时地了解矿井下生产活动安全生产状况奠定一定的必要性基础，进而及时地针对安全生产风险性因素进行预防和应对。

2.2灌浆防灭火

灌浆系统分为集中灌浆和分散灌浆，根据矿井实际情况，土源较为丰富，煤层埋藏较浅，单工作面生产等特点，选择地面集中灌浆系统。在工业广场选取适当位置建立两个搅拌池和一个注浆池，注浆池相对于搅拌池较低，三个池子的直径深度均为2.0m，池子地面采用红砖砌筑，内壁采用防水水泥砂浆抹面，池子中上部安装搅拌器，搅拌池内下部留设出料口。搅拌均匀后的浆液通过管路输送至注浆池，注浆池安装两个离心式液下泥砂泵一台。目前我国常使用的预防性灌浆包括采前灌浆、随采随灌、采后灌浆。采前灌浆主要用于对老空区自然发火的治理。随采随灌是指工作面回采期间，定期向采空区灌浆，主要用于自然发火严重的煤矿。某煤矿采用采空区埋管注氮技术，且煤层自燃倾向性等级Ⅱ级，无需进行工作面回采期间的灌浆。根据煤矿工作面采空区自然发火防治的实际情况，设计采用封闭式灌浆。工作面回采结束，两侧回采巷道密闭墙封闭时预留措施孔，按充填采空区20m计算进行灌注黄泥浆，进风侧和回风侧分别灌注240m3黄泥浆，浆液水泥比为5:1。

3自然发火防治方案实施

墙体厚度低、普通水泥砖石抗压能力差、密闭破损区域位于顶部边缘区域检查人员不容易发现等，提出防治技术方案如下：

3.1强化推进监测监控掘进智能化生产

监测监控过程中矿井掘进工作面移动设备多，搬家倒面频繁，劳动强度大，是矿井安全生产管控的重点。在掘进工作面移动设备上安装应用移动设备人员接近防护系统，通过UWB 精准定位技术，使定位精度达到 0.3 米。当佩戴定位卡的作业人员靠近时移动设备距离 5 米时设备发出声光报警、距离 3 米时设备停机闭锁，有效保障工作面内作业人员安全，实现掘进工作面的“科技保安”。采用滚筒式采煤机与刨煤机优势集成的新型采煤机技术，首创端头垂直进刀工艺，自移机尾超长搭接技术，自动拖缆装置。首次在工作面使用了本安型巡检、惯导、三维扫描机器人，指导煤机和支架进行自动化生产。研发应用了人员接近安全防护系统，精准定位，闭锁支架，保证工作面人员的安全。工作面还应用了智能视频系统，具有视频跟机切换、视频轮询、视频手动切换功能，实现工作的视频全覆盖、透明可视化，将作业人员全部外移至综采顺槽集控中心，实现工作面无人作业。为薄煤层智能化综采工作面无人化开采积累了宝贵经验。

3.2增强密闭构筑材料抗压能力优化方案

全部采用小块砖石构筑密闭墙。虽然普通水泥砖石体积大，构筑墙体产生缝隙的数量少，施工速度快，但是综合考虑抗压条件，还是小块红砖构筑墙体抗压能力更强。该方案抗压强度有所增大，能满足深部巷道抗压影响破坏要求，同时能够解决局部区域封堵处理不严实的问题，墙体稳定性增强，墙面平整性好，能进一步加强墙体抗压抗拉能力。

3.3建立数据分析和管理系统

对现场实测数据的准确监测、即时上传、快速分析以及对采空区异常情况的准确判断和科学处理。建立数据分析和管理系统，对现场数据的提取、转换、分析等，对煤自燃危险程度的动态预测模型。在精准预测的前提下，建立有效的响应对策，对高效灭火材料的研究不仅仅停留在理论层面和实验室测试阶段，应大规模在工业和实际中检验材料的可靠性并，且能够适用于煤矿煤自燃监测预警平台，完善煤自燃智能监测和精准预测体系。

3.4强化数字化煤矿安全监测监控系统管理人员素养

在数字化煤矿安全监测监控系统表现确保及提升过程中，监控人员在工作态度和专业化知识能力方面的综合素养可以发挥较为直观的决定性作用，需要煤矿开采企业管理层保持高度的关注与重视。具体而言，煤矿开采企业管理层可以定期面向监控人员提供思想道德教育活动和专业化知识能力培训活动，以便为监控人员提供自我提升和自我发展的机会，进而确保监控人员队伍整体建设状况。

结语

找准漏风通道是预防越界采空区自然发火的关键;施工可靠的密闭是预防越界采空区自然发火的重点;精准分析气体变化情况是预防越界采空区自然发火的要点。密闭内连续性的气体分析中检测到微量的一氧化碳气体，旧密闭存在承受压力较大造成的破损，密闭产生裂隙漏风造成自然发火风险因素增加。因此，必须采取针对性治理措施，消除自然发火隐患。

参考文献

［1］陈军章.综放工作面采空区遗煤自燃发火防控技术研究[J].山西能源学院学报，2021，34（05）：14-16.

［2］蔡春城.区域性水采采空区防灭火技术研究与应用[J].内蒙古煤炭经济，2018（10）：5-6+12.

［3］唐文杰.工作面采空区自然发火预测预报试验研究[J].山东煤炭科技，2021，39（06）：125-127.