采煤工作面煤层自燃原因分析与处理对策

采煤工作面煤层自燃原因分析与处理对策

刘锁

冀中能源股份有限公司邢台矿河北省邢台市054000

摘要：一般情况下，在煤层自燃发火的时候，需要经历潜伏期、自热期和燃烧期三个阶段。为了能够有效地预防和控制煤层自燃的现象，企业员工应首先充分掌握煤层自燃的法律，和了解引起煤层自燃的因素，只有这样，才能实现有效的预防和控制煤层自燃。

关键词：自燃煤层；防灭火措施；

煤矿企业是促进我国经济发展的主要企业之一，也是人们生活中不可缺少的一项重要能源。目前，随着煤层自燃发火事故的不断发生，不仅给企业效益带来了影响，而且对企业员工的人身安全也造成了一定程度的威胁。

一、工作面采空区CO异常原因分析

根据采煤工作面回采地质资料并结合采煤工作面开采情况分析，采空区具备煤层氧化自燃的条件，具体原因分析如下。

1.采煤工作面回采初期采空区残留了大量的浮煤。切巷在掘进过程中由于受断层的影响，采煤工作面从运输巷往上71m段为岩巷（断层区域），断层带煤层处于回采煤工作面的顶板上方，采煤工作面回采过程中大量的煤体垮落至采空区。

2.采煤推进度缓慢，为煤层氧化提供了足够的时间。采煤工作面由于受断层的影响，采煤工作面运输巷往上71m段均为岩巷，加之顶板破碎，容易冒顶堵塞通风断面及压死采煤工作面溜子，岩石段采用人工开帮的方式进行推进，整体推进度缓慢，为煤层氧化提供了足够的时间。

3.采空区存在足够的氧气。采空区在抽放负压和主扇负压的共同作用下，部分风流进入采空区，为煤层氧化提供了氧气来源。

4.采空区具有一定储热条件。由于进入采空区的风量不足以将煤层氧化产生的热量带走，加剧了采空区煤层氧化速度，导致该采煤工作面采空区CO浓度发生异常。

5.与相邻巷道交叉处容易发火。由于煤矿工程设计的原因，工作面上、下巷道与相邻巷道上、下交叉，因交叉巷道布置在同一层煤中，因此二者之间的交叉间距较小，在这种情况下，就会导致两条巷道之间出现漏风的现象，从而引起煤炭自燃。

二、煤矿煤层自燃发火因素

1.回采工作面采空区自燃因素分析。根据氧化情况的不同，我们可以将采场分为氧化带、冷却带和窒息带三个层次。其中，冷却带和窒息带在开采过程中煤氧化所生成的热量不会储存很长时间，从而导致热量不会大面积积聚，因此，无论是冷却带还是窒息带，都不会有煤层自燃发火的现象发生。而氧化带则不同，相对于冷却带和窒息带来说，氧化带在采场中的空间位置会随着开采的进度逐步向工作面移动，与此同时，氧化带的宽度也会随着外界的条件而发生变化。当氧化带达到一定宽度的时候，回采工作面采空区就容易出现煤层自燃发火的现象。

2.两道两线自燃因素分析。在煤矿开采过程中，由于开采方式选择的不同，一些方法和容易导致远离煤壁的采空区部分出现上部松动、底部压实的现象，这种情况会导致采空区漏风主要经过上部松动的不燃性岩石空间，进回风道和停采线上，覆顶板由于煤壁的支撑作用呈悬壁梁状态，煤壁和煤柱附近空间相对来说比较疏松，形成漏风通道，加上又有浮煤堆积。随着时间的不断推移，这种现象也会越来越明显，此外，老顶弯曲还会不断加大，悬壁梁状态跨度也会不断减小，矿山压力不断增高，区段煤柱以及附近密闭逐渐造到破坏，使漏风从小到大逐渐增加，在风流从小到大增加过程中，必然有适合煤炭自燃的风流存在，只要此种风流存在的时间足够，煤炭就能够自燃。

3.季节性自燃因素分析。通常情况下，煤层自燃发火现象在冬季的发生次数要比其他季节多，这主要是各个季节气候特点不同所导致的。冬季相对于其他季节来说，地表空气较为寒冷干燥，井下特定深度的煤层温度在这个季节要高于地表的温度，在这样的条件下，一旦有风从井巷进入，那么就会导致煤层的气温不断上升，湿度也会进一步减小，久而久之，井下特定深度内的空气就会越来越干燥，这种干燥的空气一旦流入氧化带，就会造成热量积聚，随着时间的推移，这种热量越来越强，就会导致煤层自燃发火的现象发生。

4.倾斜巷道自燃的影响因素分析。倾斜巷道氧化区温度变化，导致自燃风压对漏风风流产生影响，漏风为下行风时，氧化区温度升高，自然风压呈现浮力效应，使氧化带漏风减小，温度降低，在降温的作用下，节流效应大于浮力效应，又出现增加漏风的趋势，使漏风流向和风量频繁变化，使氧化区的空气与热能不断与附近区域交换，预热附近煤炭的同时也获取了氧气，氧化生热持续发展并能形成热量积聚，也有利于煤炭自燃。在向斜轴部顶板应力集中带区段煤柱采空区密闭破坏重，易于漏风，自燃发火率自然就高。

三、防灭火措施

1.采空区注氮气。采煤工作面回采前，在采煤工作面运输巷铺设一趟4寸注氮管延伸至距切巷2m位置，并在注氮管终端打设木垛对注氮管进行保护。通过地面注氮泵连续不断地向采空区注氮（注氮浓度不低于97%），以扩大采空区窒息带，减少采空区氧气供给量。

2.向采空区注水。根据工作面所处位置的地质构造情况，在采煤工作面回风巷及运输巷设计施工注水钻孔，向采空区后方裂隙带进行注水。在工作面回风巷及运输巷向采空区施工顶板穿层注水钻孔11个，其中工作面回风巷施工注水钻孔8个（1#、2#、3#、4#、7#、8#、9#、10#），运输巷施工注水钻孔3个（3#、5#、6#），注水钻孔终孔位置控制在综采支架后方15m位置和采空区顶板往上20m的位置。所施工的钻孔全长采用废旧钻杆和1寸管下套管，在钻杆末端和1寸管末端加设高压变头、水表和压力表，所下套管与供水管路联网进行注水。采用此方法有效降低了采空区遗煤的温度，大大降低了煤体氧化速度，并且每班派人现场检查钻孔施工及注水情况，根据注水量、注水压力、采煤工作面CO浓度和温度及时调整钻孔注水量。

3.减少工作面的配风量。该综采煤工作面回采初期配风量为1576m3／min，为减少进入采空区的风量，减少煤层氧化所需的供氧量，并保证采面瓦斯不超限的情况下，将采煤工作面的配风量由原来的1576m3/min调至832m3/min。

4.减少采空区瓦斯抽放量。该综采煤工作面回采初期，上隅角留设一趟Φ350mm瓦斯抽采管路、顶抽巷留设两趟Φ350mm瓦斯抽采管路，为减少采空区漏风，将采煤工作面上隅角留管停止抽放，顶抽巷由原来的2趟Φ350mm瓦斯管抽放调整为1趟抽放，并将瓦斯抽放泵由原来的560kw泵调整为250KW泵抽放，大大减少了采煤工作面的抽放量（抽放混合量由原来的263m3/min降至118m3/min），逐步提高顶抽巷抽放浓度，抽放浓度由原来21%增加至34%。

5.采用上隅角喷淋装置向采空区喷洒水。在采煤工作面上隅角处安设1寸PVC管喷淋装置实行24小时连续向采空区喷淋洒水，确保采空区处于湿润状态。

6.在采煤工作面及采空区喷、洒阻化剂。采煤工作面移架前后对采空区及架间进行洒水、撒石灰、喷洒浓度10-20%的氯化镁。

7.加快采煤工作面的推进度。加快采煤工作面的推进度，每月保持60m以上的推进度，尽快将氧化带甩至窒息区，防止煤层自燃氧化。

8.加强采空区及采面架子附近CO及温度的监测监控，并对气样进行色谱分析，掌握火灾气体的变化趋势，及时采取应对措施。通过采取上述各项综合防灭火措施后，采空区煤层氧化速度得到了有效控制，采空区CO浓度保持稳定后逐渐下降，采空区CO浓度保持正常稳定状态，CO浓度一直保持在10ppm左右。

9.煤柱巷顶自燃防治措施。对于煤柱巷顶自燃发火防治，可以根据煤层的具体情况，采用喷涂堵漏措施，充填适当的防火材料进行处理。

总之，只要煤矿安全监管部门、矿山救护队加强防灭火监测监控力度，密切配合，提前预防，措施到位，多措并举，回采工作面火灾是完全可以控制和消除的。

参考文献：

[1]李权.采煤工作面煤层自燃原因分析与处理措施.2017.

[2]王新宇，浅谈采煤工作面煤层自燃原因分析与处理对策.2017.