1、S2905 综采工作面自燃倾向处理实践与分析大兴矿 徐世波 朱大志 龙 海摘 要：大兴煤矿 S2905 综采工作面火成岩侵入严重、地质构造复 杂，自然 发火期为 17 天。该工作面回采至 42m，回顺侧边采边加支架时，架间采空区 CO 最大值达到 387ppm，回 风 CO 最大值达到 22ppm，工作面出现自然发火征兆，通过采取减风堵漏、充填注水、注氮气和液态 CO2降氧降温的治理措施，有效的防治了灾害的扩大，并通过合理的技术措施将 CO 浓度降低到合理范围。关键词：综采工作面；自然发火1 问题的提出大兴煤矿 S2905 综采工作面为南二采区主采工作面，2016 年 5 月 15 日开始回采
2、。5 月 31 日南二 905综采工作面运顺回采 42m、回顺回采 46m。现场查工作面架间、上隅角高顶、老塘束管及 5 月 22 日束管（距切眼 10.5m）等地点 CH4、CO 浓度情况，发现从 58#支架至机尾支架架间均有 CO，其中 96#97 #架间CO 浓度最高为 312ppm、上隅角高顶 CO 浓度为 225ppm、老塘束管 CO 浓度为 257ppm、5 月 22 日束管 CO 浓度为 387ppm，采场回风 CO 浓度为 22ppm，呈现上涨趋势。2 工作面概况及特点S2905 工作面位于南二采区东部。工作面大面长 659m，倾斜宽 190m；小面长 290m，倾斜宽 140
3、m。工作面面积165810m2。工作面四周均为未采动区，工作面上邻 7-2 煤层，北部未采动，南部为 S5719 上采空区，7-2 煤层厚度在1.364.93m 之间，一般为2.96m，与 9 煤层间距在 33.0736.73m 之间，一般为 34.99m。工作面下邻 10-1 煤层，煤层厚度在0.280.62m 之间，一般为 0.45m，不可采，与 9 煤层间距在 9.6928.07m 之间，一般为 11.21m。S2905 工作面从 2016 年 5 月 15 日开始回采，至 2017 年 7 月 28 日回采完毕。工作面煤岩形态为舒缓向斜构造，采用走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法。回采期间
4、，共实见九条断层，断层最短延伸长度为150m，最长延伸长度为 700m；最小落差为 0.4m，最大落差为 3.1m。工作面共实见两条火成岩岩墙，其中一条火成岩岩墙宽度为 1.1m 左右，回采至 400m 时开始出现，至 850m 尖灭；另外一条火成岩岩墙宽度3.5m 左右，从 564 米进入到工作面，延伸长度为 560m，至回采结束。回采至 1093m 时，工作面实见一条火成岩岩床。工作面“陷落柱”构造较发育，回采至 804m、814m、868m、1010m 时，共实见四处“陷落图 1 巷道布置示意图 柱”构造。 “陷落柱”主要为角砾岩、煤块、火成岩块组成，规模一般为 320m 不规则的圆形。
5、 本工作面煤的工业牌号为长焰煤，南部有少量不粘煤，煤层厚度在 3.394.55m 之间，一般为4.05m。本工作面煤层呈黑色，块状构造，质较纯，以亮煤为主。煤的自燃发火期为 17 天，煤尘爆炸指数为 33.81。3 生产基础信息S2905 工作面煤炭产量为 136.7 万 t，块段原始瓦斯含量为 8.67m3/t、压力为 2Mpa；经过采取顺层预抽煤层区段瓦斯的区域防突措施，残余瓦斯含量为 5.18m3/t、残余瓦斯压力 0.66Mpa（计算值） 。回采前累计抽采纯量 484.81 万 m3,回采期间累计抽采纯量 3415.1 万 m3。绝对瓦斯涌出量 16.498.5 m3/min，相对瓦斯
6、涌出量在 7.451 m3/t。2016 年 10 月 10 日绝对瓦斯涌出量最大值为：122.5m 3/min，相对瓦斯涌出量最大值为 51m3/t，出现在 2017 年 6 月。4 高温点位置分析本次产生自然发火倾向隐患时，工作面正处于扩面边采边加支架期间，开采 17 天仅推进 42m，采空区氧化带浮煤易达到其自然发火期而出现高温点。根据工作面防火措施效果、CO 气体涌出特点与浓度变化及地质条件分析，可以判定产生自燃倾向主要原因是回采期间工作面切眼前部 10 号支架附近断层处遗留浮煤发生氧化自燃，其理由如下：4.1 措施有效性分析（1）6 月 8 日6 月 9 日运顺切眼 30m 埋管充填
7、期间， 6 月 8 日回风 CO 浓度最高达 21.63ppm，6月 9 日回风 CO 浓度降到 7.96ppm。回风 CO 浓度大幅下降（当时 5 月 29 日埋深 30m 注氮管单点注氮） ，说明该充填点附近存在自然发火隐患。但由于充填量较大（6 月 9 日当日充填量为 20m3/h） ，没有及时减少下沙量、过早起压，造成该点充填时间较短，自然发火隐患点附近没有充分过水。（2）7 月 1 日工作面采取均压通风措施后，工作面 CO 涌出量 186.9m3/d（回风 CO 平均浓度38.16ppm） 。7 月 2 日工作面 CO 涌出量 287.7m3/d（回风 CO 平均浓度 84.34pp
8、m） 。7 月 3 日工作面取消均压通风，恢复负压通风，当日 CO 涌出量 336m3/d（回风 CO 平均浓度 128.38ppm） 。CO 涌出量及回风 CO 浓度均大幅上涨，均压措施失败。（3）通过采取注液态 CO2降氧降温措施，稀释降温运顺侧逆流出高于工作面环境温度的高浓度CO。7 月 5 日9 日工作面 CO 涌出量由 248.3m3/d 下降到 14.2m3/d，回风 CO 平均浓度 117.63ppm 下降到 2.56ppm。（1） （3）两项措施实施后，CO 涌出量和回风最大值都大幅下降；（2）项均压措施实施后，灾情没有得到控制，相反出现上涨趋势。说明自然发火隐患点在本层采空区
9、。4.2 工作面上部空间标志性气体分析通过 905 瓦斯道、上部的 S5719 工作面采空区气体取样化验分析均没有出现高浓度 CO，说明 S2905工作面与上部的南五 719、717 工作面采空区联通不是导致本次自然发火的主导诱因。4.3 地质条件分析工作面切眼前部 10#支架附近及中部 50#支架处各有一断层，回采期间断层处遗留浮煤。5 自燃倾向处理过程图 2 5 月 31-6 月 27 日 CO 涌出量变化曲线图 图 3 5 月 31-6 月 27 日回风 CO 变化曲线图本次 S2905 综采工作面自然发火处理过程可分为两个阶段。5.1 5 月 31 日6 月 27 日自然发火防治阶段工
10、作面风量1819 m3/min ，最大瓦斯涌出量27.90m 3/min，最大瓦斯抽采量14.81m 3/min。自燃发展过程如本文开头所述。5.1.1 煤炭自燃防治综合技术及实施5.1.1.1 封堵漏风主要技术措施堵漏降压减抽技术措施主要目的是为了减少采空区因内外压差引起漏风供氧加剧高温点氧化，主要内容是为防止通风系统对采空区漏风影响。先后对工作面减风，工作面风量从 1800m3/min 逐渐减到1100m3/min。分别于 5 月 31 日、6 月 19 日及 6 月 21 日，在运顺下隅角分别砌筑永久封堵墙，并在1#2 #架间注罗克休 1t，4 #5 #架间注罗克休 1t。6 月 21
11、日6 月 26 日工作面停产，前 30 组支架喷浆。5.1.1.2 充填砂带主要技术措施充填砂带措施不仅能抑制采空区漏风、降低采空区温度，更能在架后形成砂墙，减少工作面漏风量,防止灾害扩大。S 2905 工作面 CO 上升后，针对切眼 10#支架及 50#架后断层处遗留浮煤氧化自燃，从 6 月1 日起，对采空区进行连续充填。5 月 31 日6 月 27 日期间对两顺及切眼埋管等 9 处埋管点进行充填，充填总量达 7085m3。5.1.1.3 注氮降氧降温主要手段注氮对采空区能够起到降温、降氧的作用，随工作面推进分别在距切眼 30m、74m、94m 处埋管向运顺采空区内进行注氮，注氮流量在 23
12、95 m3/h 左右，共计注氮 105.6 万 m3，并根据 CO 变化趋势对注氮管路出口进行调整。5.1.1.4 上部采空区注水降温在上部南五采区719、七层轨道采空区密闭，利用管路对7-2煤层采空区进行注水，共计注水量6940m3。5.1.2 防治效果通过采取各类措施后，工作面 CO 涌出量出现两次波动（见图 2、图 3） 。6 月 4 日工作面 CO 涌出总量最大为 170m3/d（回风 CO 平均浓度 23ppm） ，6 月 5 日至 6 月 17 日，CO 涌出总量逐渐下降并稳定到80m3/d（回风 CO 平均浓度 13ppm） 。从 6 月 18 日至 6 月 22 日，工作面 C
13、O 涌出总量上涨，6 月 22 日 CO 涌出总量最大达到 410m3/d（回风 CO 平均浓度 128ppm） ，6 月 23 日至 6 月 27 日工作面 CO 涌出量再次下降至 58m3/d（回风 CO 平均浓度 8ppm） 。5.2 6 月 28 日7 月 9 日自然发火防治阶段6月28日四点班工作面恢复生产，7月4日9日工作面停产放假，运顺已回采133m、回顺回采136.8m。5.2.1 自燃发展过程6月28日工作面CO涌出总量47.5m 3/d（回风CO平均浓度7.08ppm） ，7月1日工作面采取均压通风措施后，工作面CO涌出量186.9m 3/d（回风CO平均浓度38.16pp
14、m） 。7月3日工作面取消均压通风，恢复负压通风，当日CO涌出量336m 3/d（回风CO平均浓度128.38ppm） 。7月4日工作面CO涌出量上涨最高达348.1m 3/d（回风CO平均浓度155.24ppm） 。5.2.2 煤炭自燃防治综合技术及实施5.2.2.1 工作面均压通风措施在 S2九层轨道中巷设 2 组型号为 255kW 和 1 组型号为 245kW 的对旋式局部通风机，风机额定供风风量为三台运转、三台备用。在距 S2905 运顺口 70m 处、S 2905 回顺防火门处建设 3 道反向临时风门。在 S2905 运、回顺风门里侧 10-15m 各设一个束管，引到最外侧风门外，连
15、接压差计及压力传感器。在S2905 瓦斯道闭前 15m 处建一道增阻框。S2905工作面回采期间均压风筒末端风量为1500m 3/min左右，工作面风量控制在1100m 3/min左右，运顺侧风门外观测压差控制在100120mmH 2O。CO涌出量及回风CO浓度均大幅上涨，均压措施失败。5.2.2.2 恢复负压通风、堵漏主要技 术措施7月3日工作面取消均压通风，工作面恢复负压通风。恢复运顺风量至865 m3/min。同时在停产期间对工作面前三角点和前50组支架进行喷浆。在6月30日、7月1日、7月4日分别对前三角点大墙空隙注罗克休3.1t。5.2.2.3 两顺采空区埋管充填措施6月28日7月9
16、日期间对运回顺3处采空区埋管点进行充填，总量达1440m 3。5.2.2.4 注氮措施6 月 28 日-7 月 3 日继续对 5 月 29 日埋管、6 月 10 日埋管、6 月 16 日埋管向采空区内进行注氮，日注氮量在 1300 m3/h 左右。本阶段共计注氮 39.3 万 m3。5.2.2.5 注液态CO 2降氧降温措施为快速有效置换 S2905 综采工作面采空区内气体，创造一个惰化采空区，对 S2905 综采工作面采空区、南五 719 采空区注液态 CO2。 7 月 5 日9 日，对运顺 5 月 29 日埋管连续注入液态 CO2，共计 55 罐车、110m 3。7 月 7 日，利用南井充
17、填系统对南五 719 回顺闭过堂管路连续注入液态 CO2，共计 2 罐车、52t。5.2.2.6 注水、注泥降温措施在上部南五采区719、七层轨道采空区密闭，利用过堂管路对7-2煤层采空区进行注水，共计注水量6200m3。7月6日，对南五719回顺闭注泥220袋。5.2.3 煤炭自燃防治效果通过采取以上措施工作面CO发展得到有效控制，注液态CO 2起到了决定性作用。7月5日工作面CO涌出量248.3m 3/d（回风CO平均浓度117.63ppm） 。7月6日工作面CO涌出量117.9m 3/d（回风CO平均浓度图 4 6 月 28 日-7 月 9 日 CO 涌出量变化曲线 图 5 6 月 28
18、 日-7 月 9 日回风 CO 变化曲线95.08ppm） 。7月7日工作面CO涌出量55.1m 3/d（回风CO平均浓度22.92ppm） 。7月8日工作面CO涌出量20.8m3/d（回风CO平均浓度5.66ppm） 。7月9日工作面CO涌出量14.2m 3/d（回风CO平均浓度2.56ppm） 。6 结论5 月 31 日至 7 月 9 日，S 2905 工作面累计充填河沙 8525m、注氮总量 144.9 万 m、注液态 CO252t、注水 13.1 万 m、注罗克休 5.1t。 边采边加支架、初采推进速度慢等因素给防火工作增加难度。常规注氮气防火措施在灭火过程中没有发挥惰化和降温作用。工
19、作面正常回采期间常规防火措施，必须坚持使用氮气防火措施。如出现自然发火隐患，需要根据发火点位置和CO变化趋势，及时调整注氮位置。必要时，联合注液态CO 2措施进行防灭火工作。针对切眼内的地质构造区域，实施的防火工程量较少。应加强对切眼内的地质构造区域的防火管理，在切眼贯通后回采前，采取喷浆、施工消火孔注泥、动态取样观测、预埋效果管路等措施，确保工作面出切眼阶段不留隐患。均压通风技术缺少经验，对于均压通风技术在本次防治自然发火的实际应用中是失利的，但不代表不能再其它工程上投入使用。作者简介：徐世波（1985.10.29-） ，男，工程师，2008 年毕业于辽宁工程技术大学安全工程学院，现任铁煤集团大兴煤矿两防办副主任。联系电话：15841028830。
