摘要：高瓦斯煤层的开采面临瓦斯与煤炭自然发火并存及耦合的问题，尤其是在工作面停采回撤期间，自然发火风险成倍增长，本文针对8306综放工作面停采期间所面临的防灭火工作难题，首先分析出采空区遗煤多、工作面漏风隐患大、工作面推采放缓甚至停滞等防灭火难题，然后针对性制定了防止采空区漏风、采空区注氮惰化、液压支架后方喷洒阻化剂，以及加强监测监控及预测预报等综合防灭火方案，有效抑制了采空区遗煤的自燃进程，保障了矿井安全生产。

　　关键词：高瓦斯矿井；自燃煤层；采空区防灭火；停采回撤；注氮惰化

　　高瓦斯煤层的开采时刻面临着瓦斯与煤炭自然发火并存及耦合的问题，据统计，在我国矿井总数中，约有75%的矿井存在着自然发火威胁，而在统计到的自然发火事故中，又有约60%的事故是由采空区遗留煤炭自燃引起的。尤其是综放工作面，采空区内遗留煤炭较多，采空区内又容易有瓦斯积聚，当采空区漏风比较严重时，容易发生煤炭自燃，并极易引发煤尘、瓦斯爆炸等次生灾害事故，对安全生产威胁极大。综放工作面停采及搬家撤面期间，由于停采时间长，煤炭自燃及瓦斯爆炸风险陡增，国内外矿井在工作面停采期间发生的煤炭自燃及瓦斯爆炸事故也极为频繁。针对矿井8306综放工作面在停采期间的防灭火工作难题展开研究，结合现场具体条件，制定综合防灭火技术方案，保障矿井安全生产。

　　1工程概况

　　8306综放工作面主采8#煤层，埋藏深度为282～387 m，平均厚度为6.7 m，平均倾角为5。。工作面采用综合机械化放顶煤回采工艺，全部垮落法管理顶板，割煤高度3.6 m，放煤高度3.1 m。工作面走向长度2 700 m，倾向长度260 m。8#煤层鉴定结果为自燃煤层，自然发火期为2~3个月，且煤层具有爆炸性，爆炸指数达到35.33%，瓦斯绝对涌出量最大达到31.5 m3/min，矿井鉴定结果也为高瓦斯矿井。工作面采用U型全负压独立通风方式，工作面运输顺槽进风，工作面回风顺槽回风，整体配风量达到2 800 m3/min。

　　按照《煤矿安全规程》的有关规定及”先抽后采，以风定产，监测监控”的十二字方针，无论高瓦斯矿井的井型大小，也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。该矿井在地面设置了永久性瓦斯低压抽放系统，额定抽放能力可达1 400 m3/min以上。8306工作面在回风巷敷设抽放管路接入地面永久性抽放系统，通过联络巷接入工作面后部采空区，每个抽放支管抽放范围约150 m。

　　2工作面停采期间防灭火隐患分析

　　1）综放工作面采空区遗留煤炭较多。首先综放工作面的煤炭回收率规定不得低于85%，即使回收率能达到或超过规定值，也有约10%～15%的煤炭资源遗留在采空区内，为煤炭自燃创造了先决条件；其次，工作面上下顺槽沿煤层底板掘进，存在较厚的顶煤，这部分顶煤是没办法回收的，工作面回采过后，顶煤将垮落入采空区内。据测算，工作面上下顺槽附近及停采线附近的遗煤厚度约在4.3 m左右，中部250 m范围的遗煤厚度约在0.9 m左右，具体情况如图1所示。

　　2）工作面采空区漏风风险较大。采空区冒落的大块矸石及遗留煤炭中存在着许多大小不一的漏风通道，漏风量较大。同时，工作面两巷与采空区直接连通，且为抽放瓦斯设计的多个联络巷也为漏风创造了横向通道，加之工作面埋藏深度较浅，回采后裂隙导通其他地层甚至地表，虽然采取了各种防漏风措施，但较复杂的漏风环境仍给矿井“一通三防”管理带来较大隐患。

　　3）工作面停采期间推进速度慢且搬家撤面期间停滞不前，为采空区遗煤自燃提供了充足的时间条件。煤自燃是煤氧化放热过程持续一定时间之后的结果，本次停采及搬家撤面共用时约30 d，后方采空区的遗煤隐患周期可达60 d甚至更长，只有在通风供氧条件持续且稳定的情况下，煤氧化自燃的过程才能够持续的进行并最终可能造成煤自燃灾害，短时间非连续的通风供氧条件下不会引起煤自燃。

　　3停采期间综合防灭火方案设计

　　3.1采空区防漏风方案设计

　　采空区煤炭发生自燃的主要诱因是有氧气进入，因此采空区漏风问题的防治至关重要。首先是在停采期间，应在满足基本用风需求的前提下，尽量降低工作面的供风量，根据测算，在停采后的搬家撤面期间，工作面的供风量可由2 800 m3/min降至1 200 m3/min；其次是瓦斯抽放量也应该合理进行控制，原则是按照正常抽放量的约50%执行，测算合理的瓦斯抽放量应不超过250 m3/min；第三是对各个漏风点进行封堵，包括上下端口后方挂挡风帘，或者直接用袋装黄土封堵，加强对各联络巷的密闭墙的漏风监测，有漏风情况出现的复喷混凝土。

　　3.2采空区注氮气方案设计

　　利用回风联巷密闭墙上预留的注氮管路、阀门向密闭墙内采空区实施注氮，注氮频率及注氮量要根据注氮防灭火惰化指标来确定。采空区惰化防火氧浓度指标不大于煤自燃临界氧浓度，惰化灭火氧浓度指标不大于3%，惰化抑制瓦斯爆炸氧浓度指标小于12%，注氮的重点区域是工作面后部300 m范围的采空区，注氮方式为连续注氮。注意检查工作面及回风顺槽风流中的瓦斯涌出情况，若发现采空区大量涌出瓦斯，风流瓦斯超限时，可适当降低注氮强度。第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应先排出注氮管内的空气，避免将空气注入采空区中。本方案使用注氮机型号为DM-1000，注氮管径为DN100 mm，注氮流量设计为850 m3/min，注入氮气的纯度不得低于97%，注氮管路末端的绝对压力应不低于0.2 MPa。

　　3.3自然发火预测预报及综合管理技术

　　工作面停采及回撤期间必须制定综合防灭火管理措施及防灭火预案，对采空区自然发火风险区域进行重点监控。一是依托工作面安全监控系统实施全方位监控，包括安装在回风隅角的瓦斯及一氧化碳传感器、回风口的烟雾传感器等，当传感器指标超限发出预警时立即采取紧急处置措施；二是将束管监测系统与吸气装置联合布置，使用JSG-7型束管探头实时监测吸气口气体浓度，工作面沿回风顺槽布置三趟束管，分别吊挂于上隅角、采空区及联络巷，根据回采速度不断移动，实现对工作面采空区瓦斯抽放吸气口附近瓦斯浓度分布情况的测定，以及其他气体的成分及浓度，监测采空区漏风情况、注氮效果等；三是使用红外热像仪进行扫描，采空区有温度异常时立即向液压支架后方区域喷洒阻燃剂。

　　4防火效果分析

　　工作面停采及回撤期间，高度重视防火工作，制定了综合防灭火方案并在现场进行实施。在整个停采及回撤期间，工作面向采空区内的漏风得到有效控制，工作面氧气体积分数能够在20%以上，瓦斯体积分数控制在0.3%～0.7%，回风隅角处未发生瓦斯超限及报警。其中，在距离工作面向后150m的采空区（回风侧）所监测到的CO浓度曲线，如图2所示。CO的体积分数由0.001 4%降至约0.000 2%，表明在停采后的一段时间内，采空区内漏风较严重，发生过遗煤的氧化，经过防漏风措施及采空区注氮措施的实施，采空区内惰化效果明显，遗煤氧化得到显著抑制，从而避免了煤炭自燃的发生。

　　5结语

　　工作面停采期间的采空区防灭火应该说一项非常重要的系统工程，8306综放工作面在停采及回撤这一防灭火关键时期，既充分考虑了工作面推采速度放缓直至停滞的现实状况，又综合运用了采空区防漏风、注氮惰化采空区气体以及监测监控、预测预报等综合管理技术方案，成功延缓了采空区遗留煤炭的自然发火期，未发生煤炭自燃险情，工作面以最快速度完成回撤转换，然后对工作面进行永久性封闭，保障了矿井安全生产，也为高瓦斯矿井在面临瓦斯与遗煤自燃双重威胁时的防灭火工作提供了新的工作思路。

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