易燃厚煤层超长综放面采空区火灾治理技术.doc

易燃厚煤层超长综放面采空区火灾治理技术
1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1460m，倾向长2２０m。煤层产状较平缓，倾角8°~１7°，可采煤厚６.３～10m。圈定范围内地质构造较简单,切眼外220ｍ范围内有5条落差为1～2.５m的断层。工作面上巷上距２1５02下巷５.5m,下距2１0５1下巷１６ｍ。下巷下距2１092上巷７ｍ,上距２1091上巷11m。里段580ｍ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2~3煤，煤岩以亮煤为主，普氏系数=2～2.5。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15~３0d。煤层瓦斯含量整体上较小,相对瓦斯涌出量为1．35~1．76ｍ3/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2２1m原始煤层的瓦斯含量较大,相对瓦斯涌出量达到4.2~5.77ｍ3／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2．6m±0．１m，放煤高度3．6～7.3m，采放比为1:(1.2５~１.27）,机头、机尾各3架不放顶煤。
２004年2月8日,工作面回采2７3．5m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0.06％~0.5%。130~135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13０~1３5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,4３～45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用下，极易形成很难被检测发现的、复杂的“一源多汇”漏风通道,造成向顶层采空区遗煤连续漏风供氧而积热。随着工作面向前推进,热煤体落入本分层采空区后，疏松程度大增,供氧充分，氧化速率加快。虽然有防火工程，但受采空区防火工程的局限性和管理不力等因素的影响，安全有效性较差。一旦工作面推进速度变缓或停滞