一种预防近距离煤层群开采上下层采空区煤自燃的方法与流程

本发明涉及煤矿火灾防治领域，特别是一种预防煤层埋藏浅，煤层间距近的煤层下层煤层群在开采及回采过程预防近距离煤层群开采上下层采空区煤自燃的方法。

背景技术：

近年来，国家煤炭产业按照“控制东部，稳定中部，大力发展西部”的发展思路，大力推进西部大型煤炭基地建设，重点建设一批千万吨级的现代化矿井。西部地区煤炭资源丰富，煤层易自燃，埋藏浅（埋深一般不超过300m），煤层倾角小（一般为0-3度），且为近距离群开采，下层采动易造成上下层采空区连通或直通地表，使得地表漏风严重，采空区煤炭自燃十分频繁；同时矿区开采范围大，工作面开采强度大导致采空区范围大加剧了采空区煤自燃的防治难度，严重影响了矿井的高效开采，造成了巨大的经济损失和重大的社会影响。据不完全统计，西部矿区近10年来发生了300次以上导致工作面封闭的煤自燃事故，直接经济损失达百亿元。

国内外通常采用注氮气、喷洒阻化剂、常规注浆等防灭火技术来预防采空区煤自燃。采用注氮气技术，氮气具有惰化火区、扩散范围广的特点，但氮气易随漏风流飘逸，其灭火降温能力弱，且西部矿区埋藏浅，采空区面积大，地表漏风严重，难以形成封闭空间，因此注氮起不到降低采空区氧深度来预防采空区煤自燃的目的；采用喷洒阻化剂腐蚀井下设备和危害工人健康，且阻化剂扩散范围有限，难以进入上层采空区，因此防灭火效果十分不理想。常规注浆方法一般采用在矿井井口设立注浆站，通过输浆管路将浆液送到井下注浆钻孔进行上下层采空区注浆，注浆时间为随着工作面的回采进行注浆，在预防浅埋深近距离煤层群开采上层及本层大面积采空区煤自燃方面存在以下问题：1）由于西部矿区煤层为近水平煤层，且开采走向长度大，因此常规注浆的浆液流动性差，流动范围有限，不能有效覆盖遗煤预防采空区煤自燃；2）西部矿区矿井井田范围大，且埋藏浅，工作面距离矿井井口远（大于10km），导致常规注浆的输浆倍线小，导致常规注浆过程注浆压力小，容易堵塞注浆管路，注浆实施困难；3）由于西部矿区开采浅埋深近距离煤层群，煤层层间距离小，下层采动时极易引起上层采空区遗煤自燃，而常规的上向孔注浆钻孔实施困难，工程量大，浆液难以达到上层采空区预防遗煤自燃，效果极差。因此，以上方法往往不能有效地预防浅埋深近距离煤层群开采上层及本层大面积采空区煤自燃，给矿井防灭火带来了困难。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：如何在开采近距离煤层群下层煤时，有效预防近距离煤层群开采上下层采空区遗煤自燃，提高矿井防灭火效果，确保矿井安全生产。

本发明所采用的技术方案是：一种预防近距离煤层群开采上下层采空区煤自燃的方法，按照如下的步骤进行

步骤一、确定近距离煤层群上层和下层采空区煤自燃发火防控重点区域；

步骤二、对近距离煤层群上层采空区煤自燃发火防控重点区域在近距离煤层群开采下层煤层前进行地表钻孔注浆，彻底覆盖上部采空区遗煤；

步骤三、在近距离煤层群下层开采500m后和开采结束后15天内，对近距离煤层群下层采空区煤自燃发火防控重点区域采用在联络巷密闭注浆孔注浆和回风顺槽预埋注浆管注浆。

作为一种优选方式：步骤一中，近距离煤层群上层采空区煤自燃发火防控重点区域为上层工作面开切眼和回撤通道附近，近距离煤层群下层采空区煤自燃发火防控重点区域为下层工作面开切眼、回撤通道、靠近下层工作面开切眼的进回风侧300m范围、靠近下层工作面回撤通道的进回风侧300m范围。

本发明的有益效果是：1）针对西部矿区煤层为近水平煤层，且开采走向长度大（走向长度达5000m），采用常规随采随注的注浆方法时浆液流动性差，流动范围有限，不能有效覆盖遗煤预防采空区煤自燃的问题，本发明采用通过开切眼、回撤通道及进回风顺槽联络巷密闭插管对下层采空区危险区域注浆或地面钻孔直接对上层采空区开切眼、回撤通道区域进行注浆，定点将浆液送到采空区遗煤自燃危险区域，浆液流动范围大大扩大，浆液可彻底覆盖自燃危险区域的遗煤。2）针对西部矿区矿井井田范围大，且埋藏浅，工作面距离矿井井口远（大于10km），导致常规注浆的管路输浆倍线小，导致常规注浆过程注浆压力小，容易堵塞注浆管路，注浆实施困难，本发明采用地表注浆站和地表钻孔输浆，井下建立移动注浆站等方式有效地避免了常规注浆的缺点，注浆压力，注浆流量大大提高，实施方便，注浆效果和效率均大大提高。（3）针对由于西部矿区开采浅埋深近距离煤层群，煤层层间距离小，下层采动时极易引起上层采空区遗煤自燃，而常规的上向孔注浆钻孔实施困难，工程量大，浆液难以达到上层采空区预防遗煤自燃，效果极差，本发明采用地表钻孔对上层采空区自燃危险区域地面进行采前预注，这样浆液可彻底覆盖上部采空区遗煤，从而有效预防下层工作面回采产生的采动裂缝引起漏风导致采空区遗煤自燃。本发明实施简单，防火效果好，防火效率高，是十分理想的预防浅埋深近距离煤层群开采上层及本层大面积采空区煤自燃的井上下协同注浆方法。

说明书附图

图1是本发明地面钻孔注浆剖面示意图；

图2是近距离煤层群上层采空区地面注浆平面示意图；

图3是近距离煤层群下层采空区井下注浆示意图；

1-地表；2-地面钻孔；3-采空区上覆岩层；4-上层工作面煤柱；5-近距离煤层群上下煤层间岩层；6-下层工作面煤柱；7-下层工作面采空区垮落岩石；8-上层采空区遗留碎煤；9-下层采空区遗留碎煤；10-下层工作面支架；11-下层工作面刮板输送机；12-下层工作面前方煤体；13-上层采空区回撤通道附近地面钻孔注浆扩散边界；14-上层工作面采区巷道；15-上层工作面回撤通道；16-地面注浆孔；17-上层工作面采空区；18-联络巷密闭；19-上层采空区开切眼附近地面钻孔注浆扩散边界；20-上层工作面开切眼；21-下层工作面采区巷道注浆主管路；22-下层工作面回撤通道附近注浆管路；23-联络巷密闭注浆管路；24-下层工作面回撤通道附近注浆扩散边界；25-下层工作面回风侧靠近回撤通道附近300m埋管注浆管路；26-下层工作面回风侧靠近开切眼附近300m埋管注浆管路；27-下层工作面开切眼附近注浆扩散边界；28-下层工作面回风侧靠近开切眼附近300m埋管注浆管路；29-下层工作面开切眼附近注浆管路；30-下层工作面进风侧注浆管路；31-下层工作面开切眼；32-下层工作面回撤通道。

具体实施方式

以我国西部某矿近距离煤层开采时采用井上下联合注浆预防上下煤层采空区煤自燃为例。该矿正在开采的煤层为9号煤层（9106工作面），上层为4107采空区，4号煤层与9号煤层层间距平均约45m。4号煤层埋藏深度为68-125m，煤层平均厚度为6.5m，遗留顶煤厚度达2.2m，呈破碎状态遗留在采空区。4号煤于1998煤开始回采，至2005年回采结束，采区内共布置8个综采面，均沿煤层倾向布置。4号煤和9号煤均属于自燃煤层，自然发火期为3个月。

4号煤层埋藏浅，层间距近，大巷条带式开采，无盘区巷道布置，工作面顺槽距离长，工作面宽度大，采高大，采空区范围大，附近共有8个采空区，造成整个采空区连成一片，采空区面积达1540万m2。采场压力大，地表塌陷裂隙多，顺槽双巷掘进联巷多（单面超过50个），通风设施多、质量差、漏风通道多，加之有些工作面地表基岩外漏，又处在沟谷边沿，地表裂缝大。

由于近距离群煤层开采时在矿山压力作用下上下层采空区导通，极易造成采空区漏风，从而引起上下层采空区煤层自燃。为预防上下层采空区煤自燃，采用对上下层采空区协同注浆的方法。

对近距离煤层群开采上层4107工作面采空区开切眼和回撤通道附近区域采用地面钻孔注浆，实施时间为下层工作面回采前6个月提前进行注浆；首先根据矿井井上下对照图，在上层采空区开切眼和回撤通道区域的对应地表设计钻孔9个，其中钻孔的直径为108mm，钻孔间距50m，钻孔终孔到4号煤层顶板；在地面钻场附近设立临时注浆站对钻孔进行注浆，注浆材料为高浓度粉煤灰浆液，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，其主要氧化物组成为：sio2、al2o3、feo、fe2o3、cao、tio2等，粉煤灰浆液的固水质量比大于1：2，平均每个钻孔注浆量为1800m³；待钻孔注浆注满后，采用高压注浆泵（2.5mpa）进行注浆80m³,并最后用水泥砂浆封孔，防止钻孔漏风；上层采空区开切眼及回撤通道附近区域注浆实施时间为下层工作面回采前6个月进行，这样浆液可彻底覆盖上部采空区遗煤，从而有效预防下层工作面回采产生的采动裂缝引起漏风导致采空区遗煤自燃。

当下层9106工作面回采500m后，通过在工作面开切眼及工作面进风顺槽靠近开切眼300m范围的联络巷密闭的注浆管进行注浆，每个密闭上预留有孔径为108mm的注浆管，每孔平均注浆量500m³，这样浆液渗透到工作面开切眼及进风顺靠近开开切眼300m附近的孔隙中，彻底包裹采空区遗煤；同时通过在回风侧预先埋设的注浆管路，并每隔50m设一支管和阀门，支管管径为108mm的注浆管，每个支管平均注浆量600m³。注浆材料为高浓度粉煤灰浆液，粉煤灰浆液的固水质量比大于1：2。

当下层9106工作面回采完15天内，通过在工作面回撤通道及工作面进风顺槽靠近回撤通道300m范围的联络巷密闭的注浆管进行注浆，每个密闭上预留有孔径为108mm的注浆管，每孔平均注浆量500m³，这样浆液渗透到工作面回撤通道及进风顺靠近开回撤通道300m附近的孔隙中，彻底包裹采空区遗煤；同时通过在回风侧预先埋设的注浆管路，并每隔50m设一支管和阀门，支管管径为108mm的注浆管，每个支管平均注浆量600m³。注浆材料为高浓度粉煤灰浆液，粉煤灰浆液的固水质量比大于1：2。

下层工作面采空区注浆时在9106工作面附近对应地表设立注浆站并通过地面钻孔将浆液从地面输送到井下移动式注浆站，这样避免了传统的井下注浆管路长产生的易堵管，压力小等缺点。

对下层采空区开切眼、回撤通道及其附近进回风顺槽300m区域实施注浆，这样浆液可彻底覆盖下层采空区遗煤自燃危险区域，从而有效预防下层工作面采空区遗煤自燃。

经过对9106工作面及其上覆的4107工作面采用井上下协同注浆的方法，目前9106工作面已回采完3年，上下层采空区均未发生煤层自燃，实践表明该方法可有效地预防近距离煤层群开采上下采空区煤自燃。