近距离煤层群火灾治理方法与流程

本发明涉及煤矿采空区火灾防治技术领域，尤其涉及一种近距离煤层群火灾治理方法。

背景技术：

近距离煤层由于上下煤层间距较小，煤层开采时受采动影响比较大。在下部煤层开采过程中，老顶初次来压、垮落后，发生周期性来压、垮落，引起顶部岩层产生冒落带、裂隙带和整体移动带，称后两者为破裂带。下部煤层顶部岩体垮落产生大量裂隙，使得冒落带和裂隙带中的裂隙成为空气渗流的主要通道，上部煤层供氧充分，易引起煤层自燃。

据煤矿相关人员介绍，矿井综采工作面回采至距停采线约125m时，发现工作面回风流中co最大值为400ppm，上隅角滞后架群约0.8m的3副支架后部测得co最大值为2000ppm，检测手段为co鉴定管。

此间，随着工作面的继续回采，顶板垮落时co增大；检修班检修期间，停采时则co减小。在放假停工期间，工作面出现淡薄烟雾，巷道内疑有明火出现。矿井综采工作面日推进度约为13m，该工作面推采完毕后，构筑永久闭墙后co消失，目前该闭墙内co气体含量为零。

出现这一情况后，矿方采取了以下措施：1)采用了700m³矿用移动式制氮机沿矿井辅运顺槽向采空区内压注氮气；2)在矿井工作面上、下隅角处设置挡风帘；3)降低了矿井工作面配风量；4)在矿井工作面上隅角处采用11kw正压风机向隅角正压通风。通过这些措施实施后，火区治理效果不明显，由于无法确定火灾隐患的原因，因此无法进行预防和治理。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种近距离煤层群火灾治理方法，能够对近距离煤层的自燃现象有效预防，并及时处理，防止出现火灾现象。

首先，根据矿井现场实际勘察和矿方介绍的情况，结合井下与地面的情况初步对隐患原因及现状进行分析：

1)矿井综采工作面的co只在回采过程中有顶板垮落的情况下出现，遇到检修停采时则消失；而综采面目前已经回采完毕封闭，co消失，表明co气体不是来自于本工作面；

2)矿井开采的3^-1煤层赋存稳定，综采面推采进度快，回采率高，采空区内无浮煤，本煤层工作面采空区基本不存在自然发火的可能；

3)矿井综采工作面辅运和回风顺槽、07面至10面辅运机头、矿井边界护巷内向顶部2^-2煤施工的钻孔探测表明，2^-2煤有明显的发火迹象；

4)在距该煤矿回风井以南约150m外正在露天开采的小窑，其正在剥挖之前由于房柱式开采而遗留的2^-2煤煤柱，该露天矿有几处正在燃烧冒烟；而小窑开挖的2^-2煤与煤矿之前开采的2^-2煤采空区连通；

5)已经开采完毕的矿井综采面地表存在裂隙，地表距3^-1煤顶板距离平均约为90m，和地表连通；

6)矿井综采工作面上部的部分区域为以前小窑房柱式开采的2^-2号煤层，这些区域开采残留了5m间隔的采空区和煤柱，存在自然发火的条件。

为进一步分析co产生原因，在矿井综采面的辅运顺槽内距副平硐约300m处向该巷道顶板上部的2^-2煤打探测钻孔，打透后由孔内向外出气，测得孔内co为6800ppm；然后在矿井综采面的辅运顺槽内距副平硐约250m处向该巷道顶板上部的2^-2煤打探测钻孔，2^-2煤与3^-1煤的层间距约为32～35m，打通后，由孔内向外出气，测得孔内co为4800ppm。

综合以上情况，分析认为：

1)该煤矿现正在开采的3^-1煤着火可能性不大，开采工作面涌入的高浓度co主要来源于外部火区；

2)该煤矿开采工作面出现的co主要来自上部2^-2煤层小窑遗煤自燃，当回采工作面顶部冒落并与之沟通后，随采空区漏风涌入3^-1煤综采工作面；

3)邻近露天剥挖区的2^-2煤高温明火与相邻开采范围内的2^-2煤相沟通，产生大量高浓度的co集聚，会随着工作面回采，涌入矿井内，严重影响工作面安全回采；

4)煤矿开采范围内的顶部2^-2煤是否存在自燃高温隐患尚不能排除。

本发明根据矿井工作面回采时受2^-2煤自燃影响出现co严重超限的实际情况，后期回采各矿井工作面时，工作面进入2^-2煤层下部时，2^-2煤火区漏风距离更短，有害气体对工作面安全回采会造成更大的威胁。

2^-2煤平均煤厚为3.7m，2^-2煤在井田范围内被小窑开采后形成的采空区范围较大，由于过去2^-2煤过去小窑开采时没有留下开采时的图纸和文字资料，对井田范围内2^-2煤采空区发火情况不清楚，火区位置模糊，给治理带来了巨大的困难。

因此，本发明结合火区状况及现场实际情况，矿区防灭火重点工作是防止顶部2-2煤采空区遗煤自燃产生的co涌入生产区域，制定“外部隔离、内部熄灭、均压防控”的总体治理思路。

本发明设计了一种近距离煤层群火灾治理方法，包括如下步骤：

(1)由于该煤矿难以掌控露天剥挖区的高温明火治理工作，因此需在煤矿边界的露天剥挖区之间的2^-2煤采空区内形成一条胶体隔离带，从而降低2^-2煤采空区形成的外部漏风，阻止2^-2煤采空区高温火源产生的co向矿井泄漏，同时阻止该高温火源向矿井井田内发展；

(2)采用测氡探火技术，对该煤矿井田范围内2^-2煤采空区可能存在的高温异常区进行探测，如发现高温区，则对其进行彻底治理，防止开采过程中顶部垮落后，2^-2煤采空区高温氧化产生的co突然涌入矿井内，造成人员伤害或财产损失；

(3)通过该煤矿3^-1煤巷道向顶部2^-2煤采空区施工的钻孔注入惰性气体(n2或co2)，降低该区域内的氧浓度，从而减少高温煤体氧化产生的co，同时稀释co浓度，防止高浓度co突然涌入矿井内；

(4)加强3^-1煤巷道已开采区域的闭墙管理，降低矿井采空区形成的内部漏风，同时，防止2^-2煤采空区的co通过闭墙泄漏至矿井内；

(5)通过3^-1煤巷道向顶部2^-2煤采空区施工的钻孔观测co等气体，随时掌握其发展变化情况，并加强3^-1煤巷道开采过程中的co监测(尤其是开采至2^-2煤采空区底部的区域时)；

(6)建立防止co突然涌入生产工作面的应急准备。

其中，建立胶体隔离带步骤如下：

1)钻孔布置

采用煤矿注胶防灭火钻具进行钻孔，向上打入2^-2煤采空区，钻孔深度为50m，孔间距15m；

2)注胶系统

在回风井建立30－60m³/h的临时灌浆站，沿总回风巷辅设灌浆管路，至3^-1煤巷道或总回风巷内；

3)注胶量

根据2^-2煤采空区采5m留5m的特点，注胶时每个钻孔注950m³复合胶体及0.15％复合胶体添加剂。

其中，所述测氡探火技术包括如下步骤：

1)使用测氡探火技术掌握井下2^-2煤层高温区域和火区范围，为后期有重点针对性地防火处理提供重要依据；

2)根据对井田内该区域的火区探测，若发现有多处高温氧化区，则对高温氧化区进行钻孔，钻孔间距为10m，设计20个钻孔，并在每个钻孔内注胶300m³。

本发明的有益效果是：该近距离煤层群火灾治理方法通过分析针对2^-2煤采空区制定“外部隔离、内部熄灭、均压防控”的总体治理思路，控制并减少矿井火灾、瓦斯爆炸等重大恶性事故的发生。

具体实施方式：

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例：

1.火区隔离

在该煤矿3-¹煤边界护巷或总回风巷内向2^-2煤采空区布置注胶钻孔，通过钻孔灌注黄土(或粉煤灰)复合胶体，形成一条长约1000m，宽约30m的胶体隔离带。

1)钻孔布置

钻孔向上打入2^-2煤采空区，钻孔深度约50m，孔间距15m，钻孔总数约1000m/15m＝70个，考虑1.3倍的富余系数，则钻孔总长度50×70×1.3＝4550m。

煤火治理的关键是要向火区内压注各类灭火材料，因此，向火区内施工钻孔是火区治理和控制技术的核心，而松散煤体内施工钻孔和下套管一直是煤层火灾治理的难点，主要体现在：

1)施工钻孔过程中常常出现煤渣“卡钻”现象，且原有钻头和钻杆不宜于用来灌浆注胶，废孔率高；

2)向采空区施工钻孔后，抽出钻杆下套管的过程中往往会造成“塌孔”现象，向钻孔里下套管的成功率很小；

3)施工钻孔和下套管的时间长，工序复杂，影响了灭火的进度，常用的钻机体积大，受巷道体积和其它因素影响，不利于运输和安放。

针对上述三个问题，采用一次性成孔打钻机具施工钻孔，即采用专利号为200620079735.9的一种煤矿注胶防灭火钻具。该机具在煤体和松散煤体内的最大钻进距离不小于80m，主要由岩石电钻、加水器、连接变头、钻杆、钻头、导轨等部分组成。钻杆和套管采用一体化设计，钻杆本身就是套管，钻头有效断面大于内径32mm的套管，钻孔施工完成后，可直接进行连管注浆灭火，无需抽出钻杆后，再下套管，减少了施工工序，且避免了塌孔。

其主要参数如下：

①最大钻进深度：在煤体和松散煤体内钻进距离80m。

②打钻方式：湿式打钻。

③动力：3kw电机。

④钻进速度：40m/h。

⑤钻杆：钻杆套管一体化，钻杆本身就是套管，外径50mm，内径38mm。

⑥适应巷道高度：1.8～3.5m。

采用kf-750快速封孔器进行封孔。

2)注胶系统

在回风井建立30－60m³/h的临时灌浆站，沿总回风巷辅设4寸灌浆管路，到3^-1煤边界护巷或总回风巷内，管路总长约4000m。

3)注胶量

根据2^-2煤采空区采5m留5m的特点，并考虑1.2倍的富余系数，则设计注胶量为1000m×30m×3.7m×50％×1.2＝66600m³，约需黄土(或粉煤灰)

40000m³，复合胶体添加剂浓度按0.15％计算，约需100t，注胶时每个钻孔约需注950m³复合胶体。

2.高温异常区探测及处理

使用测氡探火技术精确掌握井下2^-2煤采空区高温区域和火区范围，为后期有重点针对性地防火处理提供重要依据。

根据对井田内该区域404500m²火区探测，发现有两处高温氧化区g1和g2需进行处理，根据图示尺寸其处理范围分别为50×30m²和40×30m²。

g1区注胶量：50×30×3.7×50％×1.2＝3330m³，；g2区注胶量40×30×3.7×50％×1.2＝2664m³，合计注胶量约6000m³，约需黄土(或粉煤灰)3000m³，复合胶体添加剂浓度按0.15％计算，约需9t，钻孔间距10m，设计20个钻孔，每个钻孔注量约300m³，钻孔总长度50×20×1.3＝1300m。

3.对已回采完工作面闭墙进行喷浆处理

由于本矿采煤工作面巷道断面较大，难以做到每个密闭墙的严格封闭，易形成3^-1煤采空区、2^-2煤采空区、地表间的漏风，所以应对已回采完的工作面闭墙进行喷浆或灌注处理，尽量减少采空区漏风环境，防止和抑制2^-2煤采空区的遗煤自燃。

4.采空区注氮

通过对该煤矿3^-1煤巷道向顶部2^-2煤采空区施工的钻孔注入惰性气体(n2或co2)，降低该区域内的氧浓度，从而减少高温煤体氧化产生的co，同时稀释co浓度，防止高浓度co突然涌入矿井内，惰性气体注入点应布设在2^-2煤采空区的正压侧。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。