一、項(xiàng)目背景
某煤礦采用綜放開采工藝，工作面平均煤厚在16.34m左右，采高為4.0m，采放比為1:3.1。當(dāng)工作面推進(jìn)速度慢時(shí)，因采空區(qū)遺煤存在和氧氣進(jìn)入、工作面漏風(fēng)等極易發(fā)生遺煤自燃現(xiàn)象；另外，綜放工作面因采放工藝限制，停采前30-50m不放頂煤，采空區(qū)遺煤較厚；受礦壓及采動(dòng)影響，末采期間及末采前一段時(shí)間煤體易產(chǎn)生裂隙造成漏風(fēng)，從而引發(fā)殘煤自燃。該煤礦煤炭自燃發(fā)火期短，屬于極易自燃煤層，因此，采空區(qū)的防火、滅火工作是礦井生產(chǎn)重點(diǎn)和難點(diǎn)工作之一。
二、研究?jī)?nèi)容
1.常見的防火、滅火技術(shù)
主要有堵漏技術(shù)、均壓技術(shù)、注水和灌漿技術(shù)、密閉工程技術(shù)、膠體防滅火技術(shù)等，主要技術(shù)及防滅火示意圖如下圖所示：
圖1 工作面上下順槽封堵及注膠防滅火平面示意圖
圖2 工作面停采時(shí)注膠防滅火平面示意圖
圖3 順槽預(yù)埋管道注氮防滅火平面示意圖
上述防滅火技術(shù)只能對(duì)順槽和停采線附件區(qū)域進(jìn)行火災(zāi)預(yù)防和治理，不能對(duì)采空區(qū)中部區(qū)域著火區(qū)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)防和治理。
由于采空區(qū)的自燃發(fā)火點(diǎn)不易檢測(cè)、確定，因此給防火、滅火工作帶來困難。另外綜放工作面采空區(qū)由于頂板破碎冒落不易形成注孔，增加了采空區(qū)中部防滅火的難度。為解決采空區(qū)自燃發(fā)火的預(yù)防和治理難題，不連溝煤礦利用大口徑探水鉆望采空區(qū)鉆孔，利用鉆桿內(nèi)部孔徑進(jìn)行采空區(qū)全斷面灌漿和注氮，有效地處理了采空區(qū)煤炭自燃發(fā)火問題。
三、采空區(qū)全斷面火災(zāi)預(yù)防和治理方法
圖4 采空區(qū)全斷面灌漿示意圖
采空區(qū)全斷面火災(zāi)預(yù)防和治理的具體做法是在相鄰工作面順槽采用ZDY-3500LP型鉆機(jī)向采空區(qū)平行于工作面鉆孔，鉆桿直徑為φ73mm，鉆桿內(nèi)經(jīng)為φ63mm，長(zhǎng)度為800mm，鉆孔長(zhǎng)度和工作面長(zhǎng)度相當(dāng)。利用鉆桿內(nèi)部孔徑對(duì)采空區(qū)進(jìn)行灌漿，每次灌漿時(shí)間和灌漿量根據(jù)實(shí)際情況制定；然后逐漸撤除一定長(zhǎng)度的鉆桿后再次進(jìn)行灌漿，并確保兩次灌漿區(qū)域重疊覆蓋；多次重復(fù)操作后確保采空區(qū)全斷面進(jìn)行了灌漿封堵，然后進(jìn)行下一個(gè)鉆孔全斷面灌漿操作，采空區(qū)全斷面灌漿示意圖。
圖5 采空區(qū)全斷面灌漿示意圖
圖6 采空區(qū)全斷面灌漿示意圖
四、應(yīng)用分析
該煤礦在F6209綜放工作面生產(chǎn)時(shí)，在距停采線180m附近由于工作面推進(jìn)速度慢，采空區(qū)出現(xiàn)煤炭自燃趨向，工作面CO含量最高為130ppm，CO2含量為0.5%；為保證工作面順利完成生產(chǎn)，在F6210 工作面順槽向采空區(qū)打鉆，利用探水鉆鉆桿內(nèi)部孔徑對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了灌漿處理，使工作面CO含量降低為23ppm，CO2含量降低為0%, 有效地遏制了采空區(qū)發(fā)火事故的發(fā)生。
采用此方法可實(shí)現(xiàn)快速灌漿作業(yè)，在不確定著火點(diǎn)時(shí)進(jìn)行采空區(qū)全斷面作業(yè)，有效封堵了漏風(fēng)，降低、杜絕了發(fā)火隱患。采用此方法灌漿可在工作面后方進(jìn)行，不影響綜放工作面的正常生產(chǎn)。利用此方法可彌補(bǔ)上下端頭注漿、注氮防滅火的不足，與其它防滅火方法配合后可實(shí)現(xiàn)采空區(qū)發(fā)火隱患區(qū)的全面治理。
利用大口徑探水鉆的鉆桿內(nèi)部孔進(jìn)行采空區(qū)全斷面灌漿的局限之處是只能對(duì)采空區(qū)底部進(jìn)行連續(xù)灌漿處理，無法實(shí)現(xiàn)采空區(qū)頂部的連續(xù)灌漿作業(yè)；另外一個(gè)不足之處是該方法對(duì)著火初期的預(yù)防和治理效果好，一旦著火區(qū)溫度升高會(huì)影響鉆孔的鉆探和漿體的輸送。
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