易燃厚煤层超长综放面采空区火灾治理技术.docx

易燃厚煤层超长综放面采空区火灾治理技术易燃厚煤层超长综放面采空区火灾治理技术1 1 工作面概况工作面概况常村煤矿属易燃矿井，生产能力 180 万 t/a。现正在回采的 21072综放面是河南省首个“小煤柱护巷外错布置的超长综放面”。21072综放面位于矿井唯一主采盘区21 盘区 3 个条下山以东自上而下的第 4 个工作面，上、下为已采完毕的 21052 综采面和 21092 综放面，东为盘区东部边界断层带，西为盘区下山保护煤柱，属孤岛区段。走向长 1 460 m，倾向长 220 m。煤层产状较平缓，倾角 817，可采煤厚 6.310 m。圈定范围内地质构造较简单，切眼外 220 m 范围内有 5 条落差为 12.5 m 的断层。工作面上巷上距 21502 下巷 5.5 m，下距 21051 下巷 16 m。下巷下距 21092上巷 7 m，上距 21091上巷 11 m。里段 580 m 基本为实体煤，外段全部处于 21091,21071,21051采空区的下层。所采煤层为侏罗纪中统下部义马组 23 煤，煤岩以亮煤为主，普氏系数=22.5。煤种低变质的长焰煤，挥发份含量高达 42.3，自燃倾向性极其严重，自然发火期 1530 d。煤层瓦斯含量整体上较小，相对瓦斯涌出量为 1.351.76 m3/t。但受盘区东翼局部顶板砂岩体条带自上而下纵贯全区的影响，工作面沿走向有 221 m 原始煤层的瓦斯含量较大，相对瓦斯涌出量达到 4.25.77 m3/t。煤尘具有危险性，爆炸指数 48.33。通风方式为“U”型上行负通风。工作面采用自然垮落法管理顶板。割煤高度 2.6 m0.1 m，放煤高度3.67.3 m，采放比为 1:(1.251.27)，机头、机尾各 3 架不放顶煤。2004 年 2 月 8 日，工作面回采 273.5 m 时，回风流 CO 浓度呈快速增大趋势，一天时间内由 0.006增大到 0.024。120 架以上支架后尾梁架缝 CO 达到 0.060.5。130135 架的后尾梁架缝 CO 最大，达到 0.5，但整个工作面及回风流没有烟雾。上述征兆表明工作面采空区已发火。2 2 火点位置判定及发火原因分析火点位置判定及发火原因分析2.1 火点位置判定准确判定火点位置，是有效，快速灭火的关键。火情出现后，根据 CO气体涌出特征、采空区漏风特征及近段工作面生产状况等对火点位置进行综合分析、判定。1）根据工作面 120 架以上支架后尾梁均涌出高浓度 CO 气体，且 130135 架后尾梁架缝 CO 气体浓度明显高于其两侧，结合采空区漏风轨迹、CO 气体扩散运动规律、工作面 130 架以上顶煤放出情况，以及 130 架顶层对应于 21051 下巷的实际，初步判定发火点有 2 处：一是 130 架顶层的 21051 下巷下帮松动破碎的高温煤体落入本煤层采空区后遇风自燃；二是工作面下半部局部架后采空区遗煤自燃。2）现场观测期间，机组在 43 架停滞时，4345 架后尾架缝 CO 浓度由0.008锰增到 0.3。并且，10 架以上后尾梁架缝 CO 浓度均不同程度增大。当机组上行离开后，该处后尾梁架缝 CO 浓度突降到 0.05，且 10 架以上后尾梁架缝的 CO 浓度基本恢复原状。根据工作面局部存在较大风压差时采空区的漏风轨迹和 CO 气体扩散涌出特征，可进一步判定下部火点位于 10 架以下局部架后，且距工作面较近。3）2 月 4 日 4 点班，气割工作面下端头架上侧后立柱顶部连接销时，曾引燃过架顶碎煤。并且，自该班起，受工作面下半部顶板破碎，支架工作阻力较小失稳倒斜的制约，工作面下口几乎未动。加之当时下隅角巷顶客观存在高冒区，其中的碎煤出现自燃隐患时，前期往往不易被检测到，落入采空区后，诱发自燃的可能性极大。由此可锁定下部火点位于 3 架以下、且靠近支架后尾梁的架后遗煤。随后的灭火实践证实了该判定是准确的。2.2 发火原因分析造成发火的原因除煤层自身具有极易自燃的特性外，主要有：1）工作面 3 架以下采空区遗煤发火原因 一是未彻底处理干净气割引燃架顶的碎煤，造成潜在的、最直接的发火危险源；二是下隅角巷顶高冒区出现高位自燃隐患点未及早检测到，支护棚梁回撤后顶煤塌落，疏松程度增大，触氧面和吸氧条件由弱变强，氧化速率加快后释放的热量积聚；三是受工作面下部支困倒斜扶正的影响，推进速度很快，自燃隐患点的外部条件未得到较大改变而使蓄热环境遭到破坏。尤其是 10 架以下，几乎是原地不动。上述因素综合的结果则造成发火。2）130 架顶层的 21051下巷遗煤发火原因 根据“O”型圈理论可知，虽然 21051工作面早已采过，但沿巷道周边客观存在着未压实条带，本分层工作面顶煤放出后，势必与其连通。加之 21072上巷顶板存在多处高冒区，在矿井通风负压的作