摘要：分析采用傳統(tǒng)沿煤層底板布置巷道開采易燃厚煤層易發(fā)火的時(shí)間與空間，提出了兼顧回采率與火災(zāi)防治的新型巷道布置系統(tǒng)，并結(jié)合時(shí)段與區(qū)域發(fā)火特點(diǎn)采取相應(yīng)對策，以期達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的目的。
　　
　　關(guān)鍵詞：易燃厚煤層，綜放開采，錯(cuò)層位，三段式回采工藝
　　
　　1引言
　　
　　自然發(fā)火是制約厚煤層開采工藝發(fā)展的因素之一，也是煤炭工作者多年來致力解決的一個(gè)課題。本文通過采用錯(cuò)層位巷道布置系統(tǒng)[1]，結(jié)合傳統(tǒng)防治火災(zāi)的技術(shù)，分析其可行性。
　　
　　2現(xiàn)場條件
　　
　　以某礦現(xiàn)場實(shí)際條件為例，工作面長144m，采深230-240m。平均煤厚11.5m，最大煤厚14m，平均傾角12°，煤層構(gòu)造較簡單，煤層松軟，硬度系數(shù)f=1.4，容重為14.5kG/m3，煤層極易自燃，發(fā)火期平均為20天，最短為7天。含有厚0.2～0.4m的夾矸1層。煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚1.5m，老頂為中厚層狀細(xì)砂巖，厚14m。
　　
　　3自燃發(fā)火類別分析
　　
　　發(fā)生自燃的因素包括浮煤的存在，煤體破碎，與氧氣接觸并有蓄熱條件和時(shí)間。生產(chǎn)中無論采用何種方式方法，破碎煤體的存在以及與氧氣接觸是不可避免的，但是如能減少破碎煤體的存在并縮短其蓄熱時(shí)間，自然發(fā)火的幾率將會大大降低。在這一指導(dǎo)思想下，對傳統(tǒng)放頂煤巷道布置系統(tǒng)易發(fā)生自燃的區(qū)域以及易發(fā)生自燃的時(shí)段進(jìn)行分析。按照放頂煤回采系統(tǒng)下各區(qū)域發(fā)生自燃的幾率大小進(jìn)行等級劃分：（1）容易發(fā)生自燃區(qū)域巷道揭露的相鄰原高溫區(qū)域或老火區(qū)、巷道頂板局部冒落區(qū)、巷道變坡頂板破碎區(qū)，巷道揭露相鄰沿空側(cè)的停采線、溜煤眼、聯(lián)絡(luò)巷及其它硐室等處。（2）較易發(fā)生自燃區(qū)域巷道頂煤離層破碎區(qū)、沿空側(cè)煤柱破碎區(qū)。（3）可能發(fā)生自燃區(qū)域巷道巷幫破碎區(qū)以及工作面采空區(qū)。根據(jù)對綜放開采時(shí)自然發(fā)火事故出現(xiàn)的頻繁程度，確定火災(zāi)易發(fā)地點(diǎn)依次為巷道及開切眼、末采收作線、鄰近采空區(qū)、工作面端頭，（如圖1所示）。自然發(fā)火防治工作的另一重點(diǎn)就是從不同的時(shí)期進(jìn)行分析，各個(gè)時(shí)期的防治工作要從其產(chǎn)生的根源著手，有四個(gè)時(shí)期最易發(fā)生自燃，分別是：（1）掘進(jìn)期間。巷頂易形成高冒區(qū)以及碎煤裂隙帶發(fā)育帶，局部通風(fēng)機(jī)正壓作用加劇了氧氣在煤體中擴(kuò)散，深部產(chǎn)生的熱量散發(fā)困難，是自然發(fā)火的隱患之一；
　　
　?。?）工作面安裝期間。切眼時(shí)大量碎煤存在于支架上方，綜放工作面安裝時(shí)間比較長，在安裝完畢前，可能會導(dǎo)致煤層自燃發(fā)火；（3）回采期間。首先，開切眼到初次放頂，時(shí)間間隔長，支架頂煤的蓄熱時(shí)間長；其次，工作面剛安裝完，需要磨合設(shè)備，導(dǎo)致推進(jìn)速度慢；再次，上下端頭放下的碎煤大量堆積；還有，放頂過程中，頂板會大面積下沉，可能會受到外部客觀條件的影響，形成導(dǎo)風(fēng)通道；（4）拆除期間。綜放工作面，拆除時(shí)間肯定長；支架上方煤體裂隙發(fā)育，與氧氣接觸面積大；架后煤多且松散。以上自然發(fā)火因素，影響著煤礦正常安全的生產(chǎn)，尋求更合理的開采生產(chǎn)系統(tǒng)便是解決上述問題的重要研究途徑。
　　
　　4方案分析
　　
　　4.1方案的提出
　　煤礦的生產(chǎn)始終圍繞安全、經(jīng)濟(jì)、回采率三方面展開，該生產(chǎn)條件下煤層開采受到自燃發(fā)火的影響，傳統(tǒng)放頂煤沿煤層底板布置巷道以及留煤柱護(hù)巷已不能適應(yīng)生產(chǎn)需要，亟需采用既能提高回采率，又能保證安全生產(chǎn)的無煤柱巷道布置以及相應(yīng)的回采工藝，本文提出采用錯(cuò)層位巷道布置系統(tǒng)和三段式回采工藝來實(shí)現(xiàn)無煤柱開采[2]，（如圖2所示）。
　　
　　
　　該系統(tǒng)綜合集成放頂煤、上分層鋪網(wǎng)放頂煤和下分層網(wǎng)下放頂煤三種回采工藝于一個(gè)工作面，三種工藝用于工作面的不同位置，形成獨(dú)特的三段式回采工藝。圖中的a段，即工作面在沿頂板布置的進(jìn)風(fēng)巷道一側(cè)采用分層放頂?shù)纳戏謱踊夭晒に嚕枰伨W(wǎng)，為下一工作面巷道的掘進(jìn)與回采作準(zhǔn)備。圖中的c段，即在距離相鄰采空區(qū)側(cè)的工作面采用網(wǎng)下放頂煤回采工藝，這一段不需要鋪網(wǎng)，但需要控制好采煤機(jī)割煤高度，防止漏矸。圖中的b段，中部工作面采用放頂煤回采工藝。
　　
　　4.2與傳統(tǒng)放頂煤對比
　　
　　是否能有效防治自然發(fā)火是判定方案可行性的重要依據(jù)，為此在防治自然發(fā)火方面對錯(cuò)層位巷道布置與傳統(tǒng)放頂煤沿底板布置巷道[3]（如圖3）進(jìn)行了比較：
　　 　　
　　1.區(qū)段運(yùn)輸平巷；2.區(qū)段回風(fēng)平巷；3.損失的頂煤與區(qū)段煤柱；4.上區(qū)段運(yùn)輸平巷位置；
　　
　?。?）錯(cuò)層位巷道布置系統(tǒng)將進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷分別布置在煤層頂板與上一區(qū)段采空區(qū)下，進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷頂板分別為巖石和少量煤皮，基本上避免了巷道高冒區(qū)的出現(xiàn)，可以降低自燃發(fā)火率；傳統(tǒng)放頂煤沿煤層底板布置巷道，巷道上方是厚煤層，在壓力作用下易冒落形成孔隙，存在自燃發(fā)火隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，綜放開采2/3的火患都發(fā)生在巷道高冒區(qū)。（2）錯(cuò)層位巷道布置系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)巷巷幫受到應(yīng)力作用，但是由于該巷直接位于巖石頂板之下，不會出現(xiàn)巷道頂煤高冒，進(jìn)而加劇巷幫的破壞，不易形成發(fā)育的碎煤裂隙，同底板布置的煤巷巷幫比較，發(fā)火幾率小，而且易于維護(hù)；回風(fēng)巷優(yōu)勢更為明顯，因?yàn)椴贾迷诓煽諈^(qū)下的回風(fēng)巷處于免壓區(qū)，對巷幫不會造成強(qiáng)烈的擠壓，可以降低發(fā)火幾率。（3）錯(cuò)層位巷道布置系統(tǒng)下，相鄰工作面之間只有少量三角煤柱的存在，而且處于免壓區(qū)內(nèi)，不易出現(xiàn)傳統(tǒng)放頂煤中留有大量“T”型煤柱處在應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)而被壓裂壓酥導(dǎo)致巷旁向采空區(qū)漏風(fēng)的情況，不但有利于相鄰采空區(qū)的防治自燃，而且有利于降低煤柱自身的發(fā)火幾率。（4）上一區(qū)段進(jìn)風(fēng)巷一側(cè)是上分層鋪網(wǎng)放頂煤工藝段，此段的浮煤存在于網(wǎng)下，下一區(qū)段進(jìn)行回采時(shí)可以回收，減少了采空區(qū)內(nèi)浮煤的數(shù)量，而且上一區(qū)段邊回采邊灌漿，有利于形成人工假頂或產(chǎn)生一定的膠結(jié)效果，在下一區(qū)段網(wǎng)下回采時(shí)，減少了向采空區(qū)的漏風(fēng)，所以特殊的回采工藝也是降低自然發(fā)火的有利條件。對比得出，采用錯(cuò)層位巷道布置系統(tǒng)，在易自然發(fā)火條件上有了根本性的改善。
　　
　　5工作面防滅火
　　
　　錯(cuò)層位巷道布置系統(tǒng)同傳統(tǒng)沿煤層底板布置放頂煤相比，自然發(fā)火的隱患大為降低，但防治火的工作絕不能掉以輕心。在自然發(fā)火的防治過程中，具體的防滅火工作在不同時(shí)期、不同地點(diǎn)采取不同的對策。
　　
　　5.1工作面上、下巷工作面隨著成巷時(shí)間不同，巷道頂幫壓裂松動破碎的程度由內(nèi)到外逐漸發(fā)展，隨著巷道頂幫破壞日益嚴(yán)重和巷壁半徑的擴(kuò)大，巷道自然發(fā)火隱患也從內(nèi)向外逐漸增大，同時(shí)，井下條件不能及時(shí)把氧化產(chǎn)生的熱量散發(fā)，在掘進(jìn)工作中就要采取對策，預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。

（1）嚴(yán)格頂板控制，嚴(yán)防冒頂，若發(fā)生冒頂及時(shí)鉸架，打閉板抹泥，用不燃材料進(jìn)行充填。有發(fā)火預(yù)兆地點(diǎn)，要及時(shí)打鉆糊頂進(jìn)行灌漿、注粉煤灰或注膠，消滅高溫點(diǎn)。

（2）預(yù)埋灌漿管，間歇灌漿工作面上下巷鋪設(shè)灌漿管路，每50m設(shè)一處三通閥門，要保證能隨時(shí)進(jìn)行灌漿，灌漿不僅可以帶走熱量，而且對裂隙處起著充填封閉作用，可以考慮在適當(dāng)距離設(shè)一處注漿鉆孔。

（3）均壓措施定期進(jìn)行一次工作面上下巷之間漏風(fēng)情況，若上下巷串風(fēng)，應(yīng)在上巷建調(diào)節(jié)風(fēng)窗實(shí)行均壓措施，減少上下巷之間及采空區(qū)漏風(fēng)。
　　
　　5.2初采期間受各方面綜合影響，巷道斷面大，初采速度緩慢，壓力大，造成頂煤破碎漏風(fēng)，形成發(fā)火隱患，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，防治自然發(fā)火。

　　（1）煤層厚度大，在掘進(jìn)切眼時(shí)留有大量頂煤，應(yīng)加大注漿孔的密度和充填的力度。注漿孔的分布要保證整個(gè)初采期間頂板都能被注漿覆蓋。對初采期間的頂幫可以用不燃物進(jìn)行封閉處理，確保不出現(xiàn)發(fā)火征兆。
　　
　?。?）架間打眼注漿，防止架后浮煤局部發(fā)火。
　　
　　（3）工作面的切眼形成后，應(yīng)在回風(fēng)巷向上分層打鉆注水或漿，每隔一定距離布置一個(gè)鉆孔，鉆孔落點(diǎn)必須進(jìn)入上分層采空區(qū)的合理位置，不注水鉆孔或無效孔必須封嚴(yán)，防止漏風(fēng)，回風(fēng)巷見水可停止本鉆孔注水或漿。
　　
　　5.3回采期間回采期間防滅火的重點(diǎn)在工作面兩端頭，雖然錯(cuò)層位回采率比傳統(tǒng)放頂煤有很大提高，但端頭過渡支架不放頂煤，難免還會有少量浮煤隨工作面推進(jìn)落入采空區(qū)，存在發(fā)火隱患，進(jìn)風(fēng)巷一側(cè)含氧量高，存在煤炭發(fā)生自燃隱患。而氧化產(chǎn)生的有害氣體隨風(fēng)流上行流動，易在回風(fēng)一側(cè)測到。

　?。?）加強(qiáng)通風(fēng)管理。根據(jù)瓦斯涌出量，保證風(fēng)流暢通，有害氣體不超限以及風(fēng)量滿足的情況下，合理控制有效風(fēng)量，是減少氧化帶寬度，防止氧化自燃的有效手段。
　　
　?。?）加快工作面的推進(jìn)速度，確保采空區(qū)的煤處于窒息狀態(tài)。
　　
　?。?）加強(qiáng)工作面端頭管理。雖然在巷道中采取了防滅火的灌漿與封堵等手段，但是在采動影響下，很難保證煤體不氧化自熱?？梢栽诿堪嗬芊彭敽螅瑢Ψ畔碌拿哼M(jìn)行灑水降溫；在進(jìn)風(fēng)巷溜子機(jī)頭處，設(shè)一道水幕，增加切眼漏風(fēng)的濕度，延長煤的自燃發(fā)火期；當(dāng)發(fā)現(xiàn)高溫火點(diǎn)時(shí)，采用注漿與建防火墻相結(jié)合的手段。
　　
　　（4）對掘進(jìn)期間形成的老火區(qū)，要定期灌漿，消滅高溫火點(diǎn)的存在。
　　
　?。?）回采期間，加強(qiáng)隨采隨灌，進(jìn)風(fēng)巷一側(cè)見漿停止。
　　
　?。?）在上下拐頭處掛風(fēng)簾，減少老塘漏風(fēng)?！　?
　　5.4工作面末采及回撤期間

　　（1）停采后，在回風(fēng)巷用壓管向采空區(qū)定期灌漿，工作面要定期灌漿，達(dá)到散熱防火的目的。
　　
　?。?）架間打鉆孔注漿。
　　
　　（3）在下拐頭第一架架頂建土袋墻，架與架之間的縫隙用黃土等糊嚴(yán)，上下拐頭用木板糊頂，減少架頂漏風(fēng)，在上下拐頭處建土袋墻，堵塞采空區(qū)漏風(fēng)。
　　
　　（4）停采后，工作面要控制有效風(fēng)量。
　　
　?。?）加快工作面支架的回撤速度。
　　
　　（6）老巷出現(xiàn)發(fā)火預(yù)兆的要及時(shí)進(jìn)行灌漿或注膠，消除高溫點(diǎn)后定期進(jìn)行一次灌漿，防止發(fā)生煤層自燃。在易燃煤層采用錯(cuò)層位巷道布置一次采全厚采煤方法，由于其自身特點(diǎn)有利于防滅火，再配合以傳統(tǒng)的防滅火技術(shù)同時(shí)結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的技術(shù)，可以有效的緩解工作面的煤層自燃問題。　　
　　6小結(jié)

　?。?）注漿是開采過程中防滅火的常規(guī)手段，具有經(jīng)濟(jì)、方便、可靠等優(yōu)點(diǎn)，在工作面回采中采用黃泥隨采隨灌為主，輔以定點(diǎn)定時(shí)注漿的方式。黃泥灌漿技術(shù)成熟，本礦有高水平的技術(shù)力量，而且灌漿防滅火的長時(shí)效果可靠，應(yīng)為首選的措施。
　　
　?。?）在工作面開采過程中使用均壓技術(shù)，合理配風(fēng)，保證合適的回采速度，提高回采效率等都是十分積極的方法，可以發(fā)揮巨大的作用。
　　
　?。?）加強(qiáng)現(xiàn)場管理是防滅火的重要保證。
　　
　　（4）開采過程中的防滅火必須從系統(tǒng)的角度出發(fā)，實(shí)施積極有效的綜合技術(shù)措施；貫徹預(yù)測、預(yù)報(bào)、預(yù)防和有效滅火的原則，才能確保綜放工作面的安全生產(chǎn)。
　　
　?。?）在工作面采用錯(cuò)層位采煤方法，其特殊的巷道布置對于消除煤炭自燃條件是十分有利的。
　　
　?。?）加快工作面推進(jìn)速度，這是一項(xiàng)積極的主動措施，不需要額外投入。
　　
　?。?）合理安排工作面開采順序，有利于工作面的接替和隔離已采區(qū)域。