1概述

葛亭煤礦是2001年1月份投產(chǎn)的新礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬t/a，礦井位于山省濟(jì)寧市西北部，可采儲量4290萬t，礦井服務(wù)年限51a?，F(xiàn)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(jié)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(fēng)方式為中央并列抽出式，主立井為提升兼回風(fēng)，副立井進(jìn)風(fēng)，礦井主要通風(fēng)機(jī)為BDK-62No.22對旋式通風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率為110×2kW。礦井實(shí)際進(jìn)風(fēng)量為3800m³/min，礦井有效風(fēng)量率為86%，通風(fēng)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(shù)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(shí)，CO濃度增多出現(xiàn)持續(xù)上升現(xiàn)象。同時(shí)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_(dá)到25%左右，在回采過程中工作面回風(fēng)隅角易造成瓦斯積聚。瓦斯和煤炭自燃兩大隱患的同時(shí)存在，給礦井安全生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重威脅。礦井現(xiàn)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(jī)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(diǎn)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(jìn)入采空區(qū)的漏風(fēng)風(fēng)流在進(jìn)風(fēng)順槽風(fēng)流速壓、礦井負(fù)壓和空氣的自身升騰力作用下，空氣進(jìn)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(nèi)的丟煤容易進(jìn)行氧化反應(yīng)。

（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(nèi)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(shí)施，在進(jìn)行采空區(qū)灌漿時(shí)，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(jìn)行采空承受力，就會發(fā)生泥漿淹面事故。即使進(jìn)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(dāng)前擺在“一通三防”工作的難點(diǎn)，如果措施不利就會在回采過程中出現(xiàn)煤炭自燃或自燃征兆，給礦井正常生產(chǎn)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_(dá)7%左右），積存量大，一旦采空區(qū)出現(xiàn)高溫點(diǎn)或自然發(fā)火點(diǎn)，將可能引起瓦斯爆炸事故，給礦井安全造成不可估量的經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(fēng)量小的人行巷道。采空區(qū)煤柱巷道等地點(diǎn)，暴露煤炭的覆蓋阻化和臨近采空區(qū)煤柱裂隙的漏風(fēng)封堵，主要防止暴露在空氣中的煤炭在風(fēng)量小，而供氧充足的情況下煤炭氧化產(chǎn)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(jù)噴灑設(shè)備的流量和壓力自行配置，使從噴灑設(shè)備中噴出的阻化劑在噴到煤炭表面上時(shí)成膠。③膠狀體均勻、無毒、味小。④固水時(shí)間長：由于膠狀阻化劑內(nèi)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(shí)驗(yàn)，膠狀阻化劑的固水時(shí)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(yīng)，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(shí)，能大量吸收煤炭氧化而產(chǎn)生的熱量，使采空區(qū)溫度降低，杜絕熱量積聚。⑥封堵漏風(fēng)作用好，在回采臨近采空區(qū)采煤工作面時(shí)，當(dāng)工作面壓力增大時(shí)，沿空煤柱勢必出現(xiàn)裂隙漏風(fēng)，此時(shí)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(fēng)壓力下會封堵到這些裂隙上，起到封堵漏風(fēng)的作用。

（2）構(gòu)筑防止采空區(qū)漏風(fēng)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(jìn)回風(fēng)隅角同時(shí)構(gòu)筑阻燃墻，減少采空區(qū)漏風(fēng)，改變“三帶”的范圍和供氧條件，使氧化帶提前進(jìn)入窒息帶。

（3）俯采工作面采空區(qū)黃泥灌漿措施的實(shí)施。采空區(qū)灌漿也是一種行之有效的防滅火措施。礦井現(xiàn)建有泥漿站1座，泥漿池2個(gè)，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(shè)灌漿管路，灌漿管路與工作面等長，管路每15m設(shè)1個(gè)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(jié)合大傾角俯采面的實(shí)際情況，泥漿水土比配制為5：1，同時(shí)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(nèi)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(nèi)設(shè)置了1個(gè)三通放氣閥，三通放氣閥后部設(shè)置1個(gè)截止閥門，在灌漿時(shí)，先關(guān)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(guān)閉，并立即打開截止閥，工作面開始正式灌漿。

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

（5）艾格勞尼新型防火材料的應(yīng)用。艾格勞尼是由2種成分組成的可膨脹的燃堵漏風(fēng)的泡沫材料，用于密閉空氣和瓦斯及充填沒有機(jī)械阻力的空隙。該產(chǎn)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(nèi)由壓縮空氣來自動激活發(fā)泡。優(yōu)點(diǎn)是可快速生成泡沫、良好的膨脹能力、充填時(shí)用量少、使用簡單經(jīng)濟(jì)、快速消除漏風(fēng)、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(fēng)得到明顯控制，用微風(fēng)管測試，墻體漏風(fēng)基本杜絕，回風(fēng)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(jìn)行封堵，回風(fēng)隅角阻燃墻內(nèi)側(cè)的CO濃度連續(xù)下降，由剛停采時(shí)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(jìn)入窒息帶。工作面撤出封閉后，由于利用上艾格勞尼材料進(jìn)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(fēng)效果顯著。

（6）監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用。為搞好瓦斯管理和防止煤炭自燃預(yù)測預(yù)報(bào)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(jié)合的方法，積極開展預(yù)測預(yù)報(bào)工作。KSS—200礦井安全束管監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對CO、CO₂、CH₄、C₂H ₄、C₂H₆、O₂、N₂等氣體含量的在線監(jiān)測，其分析結(jié)果在實(shí)時(shí)監(jiān)測報(bào)告、分析日報(bào)兩種方式提供數(shù)據(jù)的同時(shí)，自動存入數(shù)據(jù)庫中，以便今后對某種氣體含量的彎變化趨勢進(jìn)行分析；對于個(gè)別地占需進(jìn)行取樣分析時(shí)，可人工地行氣體取樣，上井后利用色譜儀進(jìn)行氣體分析，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)打印和儲存。本系統(tǒng)對常量分析和微量分析可同時(shí)進(jìn)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(jié)全面準(zhǔn)確的技術(shù)資料奠定了基礎(chǔ)。KJ95安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的使用和進(jìn)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(shí)現(xiàn)了井上下電源停電2h內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)正常工作，保證了CH₄、風(fēng)速、溫度、CO、設(shè)備開停、風(fēng)門開關(guān)等微機(jī)監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)了主要通風(fēng)風(fēng)機(jī)電流、電壓、軸承溫度、風(fēng)量、負(fù)壓等參數(shù)的微機(jī)監(jiān)控；完成了通防、調(diào)度、總工程師、礦長等辦公地點(diǎn)的微機(jī)聯(lián)網(wǎng)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(shù)是一項(xiàng)復(fù)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(shù)研究、應(yīng)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(jìn)度慢時(shí)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(xiàng)技術(shù)的研究應(yīng)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(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論依據(jù)。使葛亭礦防治煤炭自燃技術(shù)已初步形成了一套有效地綜合治理技術(shù)，杜絕了煤炭自燃事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。