1概述

葛亭煤礦是2001年1月份投產的新礦井，設計生產能力60萬t/a，礦井位于山省濟寧市西北部，可采儲量4290萬t，礦井服務年限51a?，F開采的3層煤平均厚度8.03m，屬特低硫、特低磷、低灰、高發(fā)熱量、結焦性能好的氣煤。首采工作面為130采區(qū)的1301采煤工作面，埋藏深度為240m，工作面走向長150m，傾向長900m，煤層傾角平均8°，最大21°，回采方法為傾向長壁后退式俯采綜放采煤法。

礦井通風方式為中央并列抽出式，主立井為提升兼回風，副立井進風，礦井主要通風機為BDK-62No.22對旋式通風機，電機功率為110×2kW。礦井實際進風量為3800m³/min，礦井有效風量率為86%，通風阻力為810Pa。礦井相對瓦斯涌出量為0.825m³/t，鑒定等級為低瓦斯礦井；煤塵爆炸指數為40.54%，具有煤塵爆炸性；最短自然發(fā)火期為34d，屬自然發(fā)火礦井。

由于礦井煤炭自然發(fā)火期短，地壓大，且回采方法為大傾角俯采，給防治煤炭自燃帶來了極困難。在1301工作面歷次因故推采速度放慢時，CO濃度增多出現持續(xù)上升現象。同時1301工作由于處于F₂、F₃兩大斷層之間，受斷層的影響，煤層中瓦斯中含量高，炮眼中瓦斯?jié)舛冗_到25%左右，在回采過程中工作面回風隅角易造成瓦斯積聚。瓦斯和煤炭自燃兩大隱患的同時存在，給礦井安全生產帶來了嚴重威脅。礦井現裝備KJ95安全監(jiān)測系統(tǒng)一套；MK—400型井下移動膜分離制氮系統(tǒng)一套；KSS—200束管色譜微機監(jiān)測系統(tǒng)一套；地面灌漿系統(tǒng)一套。

2俯采綜放面防治自燃危害的難點分析

（1）采空區(qū)丟煤自燃供氧條件好，俯采工作面由于其回采方向是由高處向低處推采，采空區(qū)位于工作面上部。在回采過程中，進入采空區(qū)的漏風風流在進風順槽風流速壓、礦井負壓和空氣的自身升騰力作用下，空氣進入采空區(qū)的深度較仰采面要大，且俯采工作面的采空區(qū)不宜積水,空氣干燥, 使采空區(qū)內的丟煤容易進行氧化反應。

（2）采空區(qū)丟煤自燃積聚熱量條件好，俯采工作面采空區(qū)內的丟煤在氧化過程中生成的熱量在其熱膨脹和上升力的作用下，易于積存在采空區(qū)為煤炭自燃創(chuàng)造了條件。

（3）采空區(qū)灌漿措施不易實施，在進行采空區(qū)灌漿時，其灌漿量一旦大于采空區(qū)承受能力，就會發(fā)生泥漿淹面事故。即使進行采空承受力，就會發(fā)生泥漿淹面事故。即使進行采空區(qū)灌漿，其泥漿也是只覆蓋采空區(qū)底板小范圍的丟煤，采空區(qū)大量的頂板落煤得不到泥漿覆蓋。

3俯采綜放面防止自然危害的綜合治理措施

俯采綜放面防止煤炭自燃是當前擺在“一通三防”工作的難點，如果措施不利就會在回采過程中出現煤炭自燃或自燃征兆，給礦井正常生產帶來極大威脅，特別是在煤層中瓦斯含量大，采空區(qū)瓦斯?jié)舛雀撸ㄟ_7%左右），積存量大，一旦采空區(qū)出現高溫點或自然發(fā)火點，將可能引起瓦斯爆炸事故，給礦井安全造成不可估量的經濟損失和人員傷亡。因此在既有煤炭自燃傾向性，又有瓦斯大量存在的情況下，采取綜合治理措施顯得尤為重要。

（1）無腐蝕性硅谷酸鎂凝膠阻化劑的研制與應用。葛亭煤礦自行研制的白色無腐蝕性硅酸鎂凝膠阻化劑主要用于采煤工作面開切眼、回采巷道、風量小的人行巷道。采空區(qū)煤柱巷道等地點，暴露煤炭的覆蓋阻化和臨近采空區(qū)煤柱裂隙的漏風封堵，主要防止暴露在空氣中的煤炭在風量小，而供氧充足的情況下煤炭氧化產生熱量積聚，造成煤炭自燃事故。硅酸鹽膠狀阻化劑是由硅酸鹽主劑+硅酸鎂+促凝劑+水膠狀阻化劑組成。主要功能和作用為：①有色，在噴灑過程中易于控制噴灑的范圍和均勻度。②成膠速度可根據噴灑設備的流量和壓力自行配置，使從噴灑設備中噴出的阻化劑在噴到煤炭表面上時成膠。③膠狀體均勻、無毒、味小。④固水時間長：由于膠狀阻化劑內部90%左右為水分，在主劑和輔助保水劑的作用下水分不宜脫水，通過實驗，膠狀阻化劑的固水時間在35～60之間。⑤吸熱降溫好：膠狀阻化劑在成膠過程中伴有吸熱效應，噴灑到煤炭上后能吸收熱量，特別是噴灑到開切眼和采空區(qū)時，能大量吸收煤炭氧化而產生的熱量，使采空區(qū)溫度降低，杜絕熱量積聚。⑥封堵漏風作用好，在回采臨近采空區(qū)采煤工作面時，當工作面壓力增大時，沿空煤柱勢必出現裂隙漏風，此時將膠狀阻化劑噴灑到煤柱頂幫上，由于膠狀阻化劑為可流動的膠狀體，在漏風壓力下會封堵到這些裂隙上，起到封堵漏風的作用。

（2）構筑防止采空區(qū)漏風阻燃墻。采空區(qū)發(fā)生煤炭自燃是由于采空區(qū)丟煤在有連續(xù)供氧的條件、持續(xù)的儲熱環(huán)境下造成的。通過在工作面進回風隅角同時構筑阻燃墻，減少采空區(qū)漏風，改變“三帶”的范圍和供氧條件，使氧化帶提前進入窒息帶。

（3）俯采工作面采空區(qū)黃泥灌漿措施的實施。采空區(qū)灌漿也是一種行之有效的防滅火措施。礦井現建有泥漿站1座，泥漿池2個，泥漿池容量為2×40m³。我們針對俯采工作面灌漿，采空區(qū)無法存留泥漿的困難，采取了予埋管灌漿方法，即在采空區(qū)順面埋設灌漿管路，灌漿管路與工作面等長，管路每15m設1個出漿口，出漿口按漿體流動方向由小變大，直徑從50~108mm不等，利用地面，結合大傾角俯采面的實際情況，泥漿水土比配制為5：1，同時在泥漿中加入15%~20%左右的阻化劑，使泥漿在灌入采空區(qū)后，部分水份分離出以后，而混有阻化劑的黃泥漿保存在采空區(qū)，覆蓋在采空區(qū)遺煤上，起到阻化、覆蓋和增加采空區(qū)濕度作用。為防止灌漿管路內的空氣在灌漿過程中被漿體擠壓沖入采空區(qū)，形成采空區(qū)丟煤自燃的供氧來源，通過研究改造，在工作面超前控制范圍內設置了1個三通放氣閥，三通放氣閥后部設置1個截止閥門，在灌漿時，先關閉截止閥，打開三通氣閥，漿體由地面灌漿池通過灌漿管路向工作面流動過程中，灌漿管路中的空氣從三通放氣閥被放出，三通放氣閥見泥漿后立即關閉，并立即打開截止閥，工作面開始正式灌漿。

（4）均壓通風。均壓通風是采煤工作面防滅火技術的一項重要措施，采取均壓措施，可以改變通風系統(tǒng)中的壓力分布，降低漏風風路兩端的風壓差，減少采空區(qū)漏風，達到抑制煤炭自燃的目的。為了保證采煤工作面風流穩(wěn)定和均壓效果，我們主要采取了風窗調壓原理：即在工作面回風順槽中設置了一道控制風量的風窗，提高工作面的通風壓力。根據1301工作面實施的均壓研究與應用，工作面配風在450m³/min左右，工作面通風阻力在29Pa時，對工作面防滅火最有利;為此，工作面配風在600m³/min左右，通風阻力在35Pa左右時，對工作面防止隅角瓦斯超限最有利，為此，將工作面配風控制在500m³/min左右。為保證均壓通風的效果，實現通風系統(tǒng)穩(wěn)定，我們在礦井所有風門上設置了閉鎖裝置，并在工作面附近的主要風門上設置了風站開停顯示，特別是在巷道貫通期間，提前建好通風設施，三班專人看守，貫通后及時調整通風系統(tǒng)等，保證礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定和風量充足。

（5）艾格勞尼新型防火材料的應用。艾格勞尼是由2種成分組成的可膨脹的燃堵漏風的泡沫材料，用于密閉空氣和瓦斯及充填沒有機械阻力的空隙。該產品使用1臺泵和1支混合槍。樹脂和發(fā)泡劑2種成分以20：15或1：1的體積相混合，在槍內由壓縮空氣來自動激活發(fā)泡。優(yōu)點是可快速生成泡沫、良好的膨脹能力、充填時用量少、使用簡單經濟、快速消除漏風、抗靜電泡沫可大面積使用、不蔓延火焰。通過將艾格勞尼新型防火材料在1301綜放工作面撤面前后使用，采空區(qū)漏風得到明顯控制，用微風管測試，墻體漏風基本杜絕，回風隅角CO濃度明顯下降，特別是工作面停采后，通過利用艾格勞尼材料進行封堵，回風隅角阻燃墻內側的CO濃度連續(xù)下降，由剛停采時的15010^×-6，下降到110×10^-6，距停采線25m處的采空區(qū)在停采15d后進入窒息帶。工作面撤出封閉后，由于利用上艾格勞尼材料進行封堵，采空區(qū)在20d O₂含量降到6%以下，這充分說明艾格勞尼材料的堵漏風效果顯著。

（6）監(jiān)測系統(tǒng)的應用。為搞好瓦斯管理和防止煤炭自燃預測預報工作。我們主要利用KSS—200礦井安一束管監(jiān)測系統(tǒng)和KJ95安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和人工檢測相結合的方法，積極開展預測預報工作。KSS—200礦井安全束管監(jiān)測系統(tǒng)實現對CO、CO₂、CH₄、C₂H ₄、C₂H₆、O₂、N₂等氣體含量的在線監(jiān)測，其分析結果在實時監(jiān)測報告、分析日報兩種方式提供數據的同時，自動存入數據庫中，以便今后對某種氣體含量的彎變化趨勢進行分析；對于個別地占需進行取樣分析時，可人工地行氣體取樣，上井后利用色譜儀進行氣體分析，并同時實現數據打印和儲存。本系統(tǒng)對常量分析和微量分析可同時進行，監(jiān)測氣體種類多、線性范圍大、精確度高、24h在線監(jiān)測。為礦井防滅火工作總結全面準確的技術資料奠定了基礎。KJ95安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的使用和進一步改造完善，無論在礦井瓦斯管理還是在礦井防止煤炭自燃管理中，均起到積極作用，收到顯著的效果。實現了井上下電源停電2h內安全監(jiān)測系統(tǒng)正常工作，保證了CH₄、風速、溫度、CO、設備開停、風門開關等微機監(jiān)控；實現了主要通風風機電流、電壓、軸承溫度、風量、負壓等參數的微機監(jiān)控；完成了通防、調度、總工程師、礦長等辦公地點的微機聯網和信息共享。

4 俯采綜入工作面防止自然發(fā)火治理的效果

俯采綜放工作防止煤炭自燃技術是一項復雜的系統(tǒng)工程。葛葶煤礦通過對礦井俯采綜放工作面防止煤炭自燃技術研究、應用和完善，取得出顯著的效果。

（1） 杜絕了綜放工作面過大斷層，推采進度慢時不發(fā)生煤自燃事故；

（2） 工作面撤除期間，由于措施得力，杜絕了撤面期間的煤炭自燃事故，保證了工作面安全撤出；

（3）該項技術的研究應用，為葛亭煤礦大傾角俯采工作面防止煤炭自燃治理提供了科學的實踐經驗和理論依據。使葛亭礦防治煤炭自燃技術已初步形成了一套有效地綜合治理技術，杜絕了煤炭自燃事故的發(fā)生，實現了安全生產。