浅地表层下多煤层同时开采时煤层自燃发火管理探索

【摘 要】本文通过对榆家梁煤矿浅地表层下近水平多煤层同时开采时采空区自燃发火因素分析，总结出此类采空区自燃发火特点，并依此采取了火灾预测预报、地表回填、采空区注氮，浮煤惰化、加快推进度、岩粉撒布等多种综合防灭火措施，有效防止了煤层自燃发火条件形成，减低了煤层自燃发火的可能性，为榆家梁煤矿综采工作面快速、高效推进提供了安全保障。

【关键词】浅地表；多煤层；防灭火；自燃发火

引言

煤炭自燃是我国矿井的主要自然灾害之一。在国有重点煤矿中，存在煤炭自燃的矿井占矿井总数的56%，而煤炭自燃引起的火灾占矿井火灾总数的90%～94%。近年来，随着综合机械化开采工艺的大力推广应用，矿井的生产效率、资源保障率大大提高。然而，由于综合机械化开采后采空区遗留残煤多及漏风严重，大大增加了煤炭的自燃威胁，严重制约着自燃矿区的矿井安全及经济效益的提高。尤其是埋藏浅、易自燃、多煤层同时开采的工作面，因受采动影响，采空区地表出现坍塌、裂隙，在采空区封闭后，空气能通过大量的裂隙由地表、工作面及其它漏风通道涌入采空区，造成采空区氧气浓度偏高，增加了采空区遗煤自燃的可能性，给矿井安全生产造成了严重的威胁。

1 概况

榆家梁煤矿位于陕北黄土高原北缘，地貌单元属黄土丘陵沟壑区，区内沟壑纵横交错，梁峁相间分布，地形支离破碎，沟谷陡峻狭窄，相对高差近100余米。井田范围内，地质构造简单，无断裂构造，主要构造形式为褶曲，而且褶曲构造翼幅平缓，最大翼角为4°。煤层为近水平煤层，煤层倾角为0～3°，平均为1.5°。榆家梁煤矿可采煤层共有三层，从上至下依次是42煤、43煤和52煤，其中42煤离地表最近，其上覆基岩厚度最薄处仅为5.8m。经重庆煤科院对榆家梁煤矿煤层自然倾向性鉴定：其中52煤、42煤为自燃煤层，43煤为易自燃煤层，最短自燃发火周期均为30天。

2 浅地表层下多煤层同时开采时煤层自燃发火因素分析

由于榆家梁煤矿煤层埋藏较浅、且三层煤同时开采，下煤层开采时，上煤层采空区受采动影响，导致上下煤层采空区串通，因此榆家梁煤矿采空区自燃发火因素呈现以下特点：

（1）采空区漏风严重，采空区内氧气浓度居高不下。为采空区自燃发火提供了连续供氧的条件。

（2）煤层层间距较小，且三层煤同时开采，下煤层开采时，上煤层采空区受采动影响，导致部分已封闭的采空区与下层综采老塘串通，形成漏风通道，因此上部采空区采取注氮措施降低采空区氧气浓度时，影响下部回采工作面氧气浓度。

（3）煤层倾角较小，采取注浆措施时，采空区浆液流动性较差，致使注浆效果不明显。

（4）由于煤层离地表较近，回采工作面回采过程中，增加了三带中自燃氧化带的宽度，增加了采空区自燃发火周期，增大了采空区自燃发火的危险性。

3 采取的防灭火方案及措施

针对浅地表层下近水平多煤层同时开采的自燃发火规律，榆家梁煤矿采取了火灾预测预报、地表回填、采空区注氮，浮煤惰化、加快推进度、岩粉撒布、采用新工艺等防灭火技术措施，有效减低了采空区自燃发火的可能性。

3.1 建立完善的矿井自燃预测预报体系

（1）加强对综采工作面上隅角CO浓度的连续实时监测。在综采工作面上隅角增设CO、O2传感器等监控探头，实现对综采工作面自燃发火标志性气体的实时检测。

（2）利用束管检测系统对综采工作面“三带”气体进行实时抽样检测分析，加强了对综采采空区“三带”的管理，实现了对综采采空区“三带”气体的实时观测。

3.2 加强对已封闭采空区气体取样管理及密闭检查

（1）每周对已封闭采空区的气体浓度进行取样检测，确保各已封闭采空区中无自燃发火征兆。

（2）安排专职采空区防火密闭巡查人员，对井下所有的与采空区相连的密闭及巷道进行巡查，确保与采空区相连的密闭及巷道无漏风。

（3）专职瓦检员和安检员每班对各综采工作面及回风巷道的气体情况进行检查，加强对综采工作面老塘内气体的检测。

3.3 减少采空区遗煤加快工作面推进度

（1）减少丢煤量。为有效预防综采面采空区自燃，减少采空区内遗煤量，在综采面推进的过程中，要求必须沿顶沿底回采，如受地质条件影响，需要留设顶煤或底煤时，留设厚度不得超过30cm。

（2）规定工作面最低推进度。根据月最低推进度Vmin=L/d（其中L为综采工作面采空区自燃带距工作面最大宽度榆家梁煤矿综采工作面采空区自燃带距工作面最大宽度在150m～200m，d为该煤层的最短自燃发火期，d取30天）计算，要求榆家梁煤矿综采工作面月推进度不得低于200m。

3.4 减少地表及采空区漏风

（1）综采工作面上下隅角吊挂挡风帘

由于综采工作面采用全负压通风，因此在综采工作面回采过程中，采空区漏风现象比较严重，为了减小采空区漏风，增加采空区的漏风阻力，因此必须要在综采上、下隅角设置挡风帘来增加上下隅角的漏风阻力。并且要求综采工作面支架间距不得超过200mm。在综采工作面初采时，必须要进行强制放顶，以减小采空区漏风通道的形成。

（2）地表回填

组织专门的队伍对开采煤层地表塌陷区域进行回填，要求地表回填最多不得滞后工作面100米，回采工作面结束后必须在5日内对地表裂隙处进行全部填堵，填堵后出现裂隙的应及时进行二次回填。在采面到达停采线后，必须在一个月内对整个采面范围内的塌陷裂缝进行二次补填。

3.5 “两巷两线”及上下隅角浮煤惰化处理

（1）岩粉撒布

采空区自燃多发生在“两巷两线”，即采空区火灾多发生在综采工作面胶运和回风巷道，切眼和回撤通道间区域，因此为了加强对该区域的自燃发火管理，要求必须在该区域进行岩粉撒布，并随着工作面的推进，对两顺槽煤帮及上下隅角撒布不小于30cm厚的岩粉，以减少“两巷两线”火灾的发生。

（2）喷洒阻化剂

为进一步加强“两巷两线”及上下隅角浮煤惰化处理效果，对“两巷两线”及上、下隅角喷洒阻化剂，并随着工作面的推进，对两顺槽煤帮及上下隅角喷洒厚度不低于10cm的阻化剂，加强对“两巷两线”及上下隅角浮煤的惰化。

4 实施防灭火措施后取得的效果及结论

榆家梁煤矿通过建立矿井自燃预测预报体系，采取堵漏、惰化、加快推进度等一系列综合防灭火措施后，井下采空区从未出现过自燃发火现象，且井下已封闭的采空区CO浓度均在3ppm以下，除近期封闭的两个采空区外，其余采空区O2浓度均在5%一下，各采空区均无自燃发火征兆。榆家梁煤矿在长期煤炭自燃防治探索过程中发现：煤层自燃发火防治就是要从源头上杜绝煤层自燃发火条件的形成，而在防止煤层自燃发火条件形成过程中，最有效的方法就是减少采空区遗煤量，降低采空区氧气浓度。因此只要减少采空区遗煤，加强采空区遗煤惰化，杜绝采空区漏风，减低采空区氧气浓度，才能在煤层自燃防治中取得主动权。

参考文献：

[1]李学诚.中国煤矿安全大全[M].北京：煤炭工业出版社，1998.3.

[2]王捷帆，李文俊.中国煤矿事故暨专家点评集[M].北京：煤炭工业出版社，2001.

[3]中华人民共和国煤矿安全规程[ S].北京： 煤炭工业出版社，1992.

[4]于海勇，吴健. 放顶煤开采理论与实践[M].徐州：中国矿业大学出版社，1990.

作者简介：

彭宝山（1987-），男，甘肃武威。2010年毕业于西安科技大学安全工程专业，获工学学士学位。现供职于中国神华神东煤炭集团榆家梁煤矿，主要从事矿井通风与防灭火方面的研究工作。