陈秀章+孟凡武+蔡春城+姜奎
中图分类号：V546 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）11-0005-02
1.概况
7435工作面位于IV1采区东翼下部，是孔庄煤矿最深部采煤工作面，工作面标高为-1017.50m～-883.80m，工作面走向长约1400m，倾斜长为213m，工作面煤层平均厚度4.60m，工作面上下巷均沿煤层顶板掘进。工作面地质构造复杂，共揭露断层17条，断层较多。回采过程中工作面最大瓦斯涌出量达到12m3/min，且回采过程中由于7煤下方8煤层间断性缺失，造成工作面瓦斯赋存不均衡（图1）。
2017年1月7435工作面到达停采线，停采时支架处在煤层中间，支架上方顶煤在压力的作用下呈破碎状堆积，破碎的煤体及顶板产生的裂隙形成了流向采空区的漏风通道，给顶煤及采空区煤体自燃发火创造了良好条件。同时支架上方破碎煤体形成的漏风通道也成为了瓦斯积聚的通道，因此工作面停采撤架期间同时面临防灭火和防瓦斯的双重威胁，如果不采取措施或措施采取不当，煤炭自然发火将成定局，甚至还会出现煤炭自然引起的采空区瓦斯爆炸事故。
2.停采面自燃发火危险性分析
2.1 煤炭自燃标志性气体的确定
孔庄煤矿7#煤层煤炭自燃发火标志性气体实验中发现，在温度为30～70℃时，煤炭氧化所产生的CO释放量随温度的上升速率较缓，但CO释放量倍率上升较大；当温度达到70～90℃时，煤层氧化的速度加剧，CO释放量急剧增加，氧化速率迅速上升。这一时期是煤炭自燃的预测预报与防治的主要时期。如果能检测出C2H4，说明采空区或其他地点已存在120℃以上的高温区，需立即采取措施。因此，孔庄煤矿应采用以CO气体为主，以C2H4气体为辅的预测预报煤炭自燃的标志气体指标。
2.2 采空区自燃“三带”的分布规律
孔庄煤矿为观测工作面“三带”的分布规律，在工作面进风巷及回风巷分别采用采空区埋设温度传感器和束管的方式进行温度和气体监测，通过每天的传感器读数和束管系统的气体分析数据来掌握采空区内的氧化情况，综合进风侧和回风侧自燃“三带”分布规律为：0～20m为散热带，20～60 m为氧化带，60 m以内为窒息带。详见图2。
2.3 停采面自燃发火及瓦斯爆炸的危险性
为掌握停采面自燃发火及瓦斯的危险性，对工作面回风流、上下隅角、隅角抽放管内及工作面架间进行了持续性地气体检测工作。检测过程中发现，停采后各测点CO浓度、CH4浓度和空气温度均呈上升趋势，CO浓度最大值达到142ppm，CH4浓度最大值达到4.8%，空气温度最大值可达34℃。在工作面架间缝隙中向支架顶部及后部施工插管监测气体，测定的CO浓度高达900ppm以上，CH4浓度高达11.8%，O2浓度基本上在15%以上，并且检测中发现和采空区老塘相通的插管内气体忽进忽出，表明采空区内部煤体氧化已达到一定程度，如不及时采取措施进行处理，煤炭自燃会进一步加重，甚至会造成瓦斯事故。
3.停采撤架期间综合防灭火技术
为控制停采面支架撤除期间煤体自燃发火危险性，确保支架撤除期间不发生煤炭自燃事故，保证工作面支架顺利撤除，采取了均压、堵漏及压注惰性气体等一系列综合防灭火措施，并取得了较好的效果。具体措施如下。
3.1 采空区均压防灭火措施
3.1.1 下调工作面风量
7435工作面正常配风量为1900m3/min，进入停采撤架阶段后，工作面风量下调至750m3/min。风量调整后，采空区漏风减少，采空区自燃“三带”位置均相对前移，氧化带宽度变窄，自燃危险区域范围减小（见图3）。
3.1.2 工作面改下行风
支架撤除前期为进一步降低采空区自燃发火危险，将工作面由上行通风改为下行通风。下行通风时工作面采空区的并联扩散漏风量比上行通风时小。随着采空区漏风量的减小，采空区散热带、氧化带及窒息带均前移，氧化带漏风的范围将会进一步变窄，窒息带的范围随之增大。
3.2 采空区注浆及注惰性气体防灭火措施
7435工作面在停采前提前预埋了三趟注浆管路，距停采线分别100米，60米，30米。在工作面正式停采后，分別利用三趟注浆管路向采空区大量注浆及压注惰性气体。之后，由于工作面在停采后采取了降风量、改下行风等一系列均压措施，最终使采空区氧化带进一步靠近停采面，现场又借用上隅角停用的采空区埋管瓦斯抽放管路（与停采线距离约20米）向采空区继续注浆及压注惰性气体。
3.3 阻化剂封堵防灭火措施
由于工作面在停采前，支架上方堆积大量碎煤。工作面停止推进后，中梁及前梁上方的顶煤也会随着时间的延长而松动，产生裂隙。为进一步减少采空区漏风量，利用支架间和后部插管向采空区内压注马丽散和罗克休，充分充填并加固支架上部破碎区和离层区。在后部溜槽回收后，大量压注阻化剂充填支架后部采空区，通过对支架周边及后部采空区的充填，封堵了破碎煤体形成的漏风通道，同时在工作面上、下隅角构筑也分别施工2道隔离墙，隔离墙间压注罗克休充填，并在隔离墙外喷涂快速密闭堵漏风，以减少采空区的漏风量，如图4。
3.4 瓦斯防治措施
7435工作面回采期间一直面临着瓦斯涌出量大的困扰，停面后工作面上部区域各点瓦斯浓度一直保持在较高水平，尤其是采空区监测到的最大瓦斯浓度达到11.8%。为防止回采期间瓦斯异常涌出导致瓦斯事故，适时开启了材料道内高位钻孔瓦斯抽放系统。在高位钻孔瓦斯抽放系统运行期间加强对抽放管内CO气体的监测，适当控制抽放量，防止采空区漏风量增加。
3.5 应用效果分析
为掌握停采工作面在采取一系列防灭火措施后煤体自燃发火特性，每天对工作面回风流、上下隅角、隅角抽放管内，尤其是架间进行了不间断地气体检测工作。通过对气体的监测发现，采取均压、堵漏及注惰等一系列措施后，架间异常点的煤自燃情况得到了有效控制，以煤炭自燃标志气体CO为参考，对采取各项措施后的防灭火效果进行分析。
图5中分别对有代表性的检测点进行了统计，首先以150#支架检测点为例，工作面改下行风前CO浓度最高值为124ppm，在1月12日工作面经历改下行风后，CO浓度逐渐降低，在后期CO浓度基本上低于安全值24ppm。表明工作面改下行风对停采面防灭火工作有一定的积极意义。从其余各点的检测数据中可以看出，通过向支架顶部及后部压注阻化剂封堵漏风通道后，各点测定的CO浓度均不同程度的有所降低，表明工作面撤架期间采取的综合防灭火措施较好地控制住了煤体自燃的发展。
7435停采工作面在采取一系列防灭火措施后，检测气体中一直未发现C2H4，表明采空区或其他地点不存在120℃以上的高温区，也反映出工作面收面期间采取的综合防灭火效果较好，也杜绝了采空区煤体自燃引起采空区瓦斯爆炸的可能性，为支架安全回收奠定了基础。
4.研究结论
（1）停采面初期，采取降风量及改下行风等一系列均压防灭火措施能够为采空区防灭火奠定较好的基础。尤其是工作面改下行风通风，其并联扩散漏风量比上行通风时小，并且采空区煤体在自燃发展过程中出现漏风停滞现象，这对采空区自然发火具有较强的抑制作用。
（2）进入停采面后，利用提前预埋的注浆管路在向采空区大量注浆及压注惰性气体，能够缩小采空区自燃“三带”的散热带和氧化带的范围，增大窒息带的范围，能够使采空区遗煤自燃的几率大大的减小。
（3）通过向支架顶部及后部压注马丽散、罗克休和凝胶等阻化剂材料，一方面能充分充填并加固了支架上部破碎区和离层区，封堵了破碎煤体形成的漏风通道，减少了采空区的漏风，另一方面能降低支架上部及采空区煤体温度，减缓采空区煤体的氧化速度。
（4）停面后工作面各点瓦斯浓度分布表现出上部区域瓦斯浓度较高，中部以下瓦斯浓度较低的特点。为防止回采期间瓦斯异常涌出导致瓦斯事故，适时开启了高位钻孔瓦斯抽放系统，通过适当调整抽放量较好地控制了上隅角区域瓦斯浓度，对停采面瓦斯防治具有积极的意义。
