浅谈开滦（集团）荆各庄煤矿防治煤层自燃现状及对策
华北理工大学矿业工程学院，河北 ·唐山 063210
摘要：煤矿煤层自燃是矿井火灾的主要因素之一，做好煤层自燃防治工作是保证矿井安全生产，杜绝火患的必要途径。做好防火工作必须首先把好设计关，其次在预防为主、防治结合、综合治理的基础上，大胆尝试新工艺、新技术、新设备和新材料的应用，积极摸索出适合本矿特点的防治火患行之有效的方法。
关键词：煤层自燃；地质条件；防治煤层自燃；对策
The spontaneous combustion of coal seams is one of the main factors of mine fires, and the prevention and control of spontaneous combustion of coal seams is a necessary way to ensure the safe production of mines and prevent fires. In order to do the fire prevention work well, we must first pay attention to the design, and then boldly try the application of new processes, new technology, new equipment and new materials on the basis of prevention, combination of prevention and control and comprehensive treatment, actively explore the effective methods of fire prevention and control which are suitable for the characteristics of the mine.
coal seam spontaneous combustion; geological conditions; prevention and treatment of coal seam spontaneous combustion; countermeasures
1 矿井情况简介
开滦（集团）有限责任公司荆各庄矿业分公司（后简称荆各庄矿）矿井可采煤层有9、11、12-1和12-2四个可采煤层，均为二类自燃煤层，自然发火期最短是9煤层，仅有2个月，因此9煤层采掘工作面是该矿井防火重点区域。目前该矿井可采煤炭资源储量已近枯竭，现有工作面多布置在边角余煤、煤柱回收和复采煤层中，这又在一定程度上增大了该矿防灭火压力。例如该矿的9煤层，存在煤层厚度大、硬度低、断层裂隙较为发育、老洞纵横、漏风通道多给采空区自然发火创造了有利条件。
2 煤矿易发生自燃地点的分析
根据荆各庄矿历年来煤层自然发火特点及煤层地质赋存条件来看，以下地点是容易自然发火的地点：煤层巷道交叉点（小间距立体交叉和平面交叉）：这些地点煤体破碎，裂隙发育，是风流分散（汇集）点，极易发生自然发火；老巷内堆积的浮煤处或煤巷的冒顶、垮帮处：这些地点一般为老旧失修巷道，配风不大，行人较少，极易形成煤体氧化升温条件而不易被发现；巷道掘进揭露含煤的地质构造、断层或老巷：这些区域多为煤体及围岩破碎地带，裂隙发育，顶板容易漏冒，巷帮容易劈裂，是容易发生煤体自燃的地点之一；回采工作面始采线、终采线、停采线（停采时间较长）、三角点和顺槽煤柱线：这些地点都处于采动影响比较明显的地点，煤体受压破碎，而且有些地点容易形成持续供氧和氧化升温的条件。
3 防治煤层自燃的对策
荆各庄矿有近40年的开采历史，多年来经过荆各庄矿通防战线广大技术、操作人员的积极探索，积累了大量防治煤层自燃的手段和经验，摸索出了一套适合荆各庄矿防治煤层自燃的方法。
3.1 规范设计
生产实践证明，合理的开拓布置方式、采（盘）区布置方式和采煤方法的选择，对于自燃火灾的防治起着至关重要的作用，有关数据显示由于开拓方式和采煤方法不合理造成的内因火灾占比在60 ~75%以上。设计要考虑最小的煤层暴露面、最大的煤炭回收率、最快的回采速度、最简单的通风系统、最易于隔绝的采区。
3.1.1 合理的开拓布置方式
防治煤层的自然发火首先要选择合理的开拓布置方式，井底车场、永久硐室、运输及轨道大巷等主要巷道应布置在岩层中，对主要巷道布置在容易自燃或自燃煤层中时，必须采取锚喷、砼结构或砌碹支护，碹后空间和冒落处必须使用不燃性材料充填严实。
采（盘）区上下山巷道宜布置在煤层顶底板岩层中，布置在煤层的应该采区喷浆、砼结构或砌碹等隔绝煤体的支护方式；对于风桥、断层或冒落地点的煤层巷道必须采取不燃性充填材料充填严实。
3.1.2 合理的采煤方法
合理的采煤方法对于防止煤炭自燃起着决定性的作用。对于自燃或易自燃煤层采煤方法的选择应慎重：宜采用走向长臂式采煤，全部垮落法管理顶板，工作面推进方式不得选择前进式。
煤柱的留设也是造成自然发火的诱因之一，留设合理尺寸的煤柱，不仅可以提高煤炭回采率，减小巷道压力，对防止自然发火也会起到至关重要的作用。从国内外的防火经验来看，推广无煤柱开采是有效的防止自然发火方法之一。荆各庄矿结合本矿井的特点，经过多年的开采和防火经验的摸索，最终确定了采取的是留设小煤柱开采的方式，在实际的防火工作中也取得了较好的效果，荆矿自2008年以来十多年中未出现过火患。
3.1.3 合理的通风系统
开采自燃煤层，合理的通风系统，最大程度上减少漏风，降低自然发火的供氧条件。所通风系统的合理布置是减少煤层自燃的一个关键。因此通风系统布置重点考虑以下三点要求：
（1）通风网络结构布局合理，主扇与风网匹配。开采自燃层的大中型矿井，宜采用中央分裂式和两翼对角式通风方式，便于灾变时进行通风控制，可以大大提高了矿井抗灾变的能力。其次，通风系统要力求简单、独立，这样会大大降低矿井自然发火几率。
（2）通风设施设置合理。通风设施设置不合理，会使通风设施附近及其所服务系统的采空区自然发火的危险系数成倍增加。
（3）通风压力分布合理，开采自然发火煤层的矿井，矿井的通风阻力不宜过大，矿井通阻力分布应处于合理比例。矿井的进风、用风、回风区段的通风阻力应保持在3：2：5比例为宜[2]。
3.2 采取防治结合的综合防灭火方法
由于煤矿在建设、生产过程中会遇有例如，地质条件变化、设备选型、经济等诸多因素影响，因此要根据实际情况选择设计方案，完全使设计服从防火条件要求不切实际，即使设计合理也不能完全避免煤层自燃。为此自燃、易自燃矿井的防火工作不能松懈。
3.2.1 认真做好自然发火预测预报
煤层自燃是需要自燃煤层或是易自燃煤层具备自燃条件，并持续氧化一定时间，因此根据本矿煤层的自燃发火特点制定自然发火预测预报方法，是防治自然发火的关键。
我矿煤层自然发火期最短二个月，我们根据定期的防火排查结果，采取层次分级定期人工检测、定期人工取样和安全监测监控系统实时监控等方式。每天由专职防火技术人员进行数据分析汇总。
人工监测的手段是先利用红外线热成像仪进行面检，排查出的重点部位采用特制检查长杆探入煤体内部（一般自燃点在煤体内1.5 ~2.5m左右）进行点检，利用安全监测监控系统的CO传感器的读数变化监控风流中CO浓度变化情况，定期对回采工作面自然发火观测站（回风流及回风隅角）进行取样利用色谱仪进行分析。
3.2.2 自然发火的防治措施
发现异常或是隐患地点需要根据煤层自然发火所处阶段采取相应措施，对于煤层巷道断层附近、构造破碎带、巷道交叉点、冒高处等局部地点的防治方法，可以采取打钻并探入注水管，然后向隐患点进行注水、注阻化剂、发泡水泥和罗克休等材料。若是情况比较严重不好确定高温点具体位置采取注发泡剂的措施会起到较好效果。
上述手段，注水最经济，操作简单，可以处理一些简单隐患点，但是复发间隔较短，需要经常注水；阻化剂与水相比操作较为复杂需要采用专业设备，配备20%的阻化剂效果较好，一般阻化周期为5 ~7天左右；发泡水泥是一种无机物质，可以迅速充填煤体空隙，阻隔煤体继续氧化，但是需要专用设备，发泡水泥成本也较高，适合处理一些较为发火频繁反复的地点；罗克休是一种化学阻燃材料，能够迅速膨胀充填煤体空隙，成本高需要使用专用泵，操作方便，主要用于局部严重隐患地点或是封堵漏风的地点。发泡剂是三项泡沫的添加剂，与水充分混合后可以依靠泡沫迅速堆积，短时间内可以抬升防灭火高度，对于防治高处和深远的隐患点效果明显。
防治采空区煤体自然发火的方法最直接有效的方法就是注浆，但是这种方法消耗的材料多，耗水量大，需要一段时间将隐患地点全面覆盖，可以根治火患；这种方法与三项泡沫配合使用可以大大发挥浆液快速堆积的作用，达到迅速灭火的目的，多年来我们经常采取该方法处理了多处火患，不过这种方式多用于采后封闭的采空区。
对于正在开采中的采空区，使用过注氮或是喷洒氯化镁等预防措施，注氮方式初期投入大，成本高，运行过程中需要大量的人力物力，并且持续不间断的向采空区注入，才能起到一定有效果。
喷洒氯化镁的方法需要投入专用的喷洒泵，并需要进行全覆盖喷洒，对于厚煤层的开采，需要投入大量的人力物力，而且上部煤层无法喷洒到位，在实际工作中可操作性差；利用阻化剂雾化装置在工作面的进风隅角进行雾化[1]，依靠风流将阻化剂带入采空区覆盖阻化遗煤。雾化阻化剂溶液按20%的浓度配比为宜，但是吨煤的用液量需要试验确定。
4 结语
对于一个自燃、易自燃的煤矿首先要把好设计关，保证开拓、采区巷道布局合理，正确选择采煤方法，通风系统正规简单优化；再次，是做好自然发火的预测预报工作，选择简单易行的预测预报手段，培养专业防火队伍，从而做到对自燃隐患的提前预报超前防治；最后是针对实际情况选择行之有效的防灭火方法，发现隐患后能够迅速处理；矿井防火工作还需要建立一套完善的管理制度，监督机制，从而保证各个环节各种措施不折不扣的执行到位。
【参考文献】
[1]范天吉.矿井防灭火综合技术手册[M]吉林:吉林音像出版社, 2008.3
[2]冯永杰.矿井通风系统优化与实施[J]华东科技:学术版,2015年第8期.
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