摘要：对综放工作面开采期间防治采空区煤炭自然发火技术进行了阐述。重点分析了工作面采空区压注胶体泥浆防火技术的机理、特点、应用工艺和实施效果。

关键词：综放工作面；开放来空区；胶体泥浆；防灭火

工作面开采期间，防止采空区煤炭自燃的根本性措施是工作面推进度，根据采空区“三带”与推进度的关系研究表明：综放面推进度在60 m/月以上。辅助措施是采空区注浆、两道打阻燃墙、采空区后方注氮等，保证工作面安全回采。但是，对于推进度较慢的下行“U”型通风的综放面，一旦采空区上巷(开放空间)着火，很难用注浆、注氮、均压等传统技术措施处理，若工作面俯采，注浆措施更是难以实施。

向采空区上巷压注胶体泥浆，并辅以注浆防灭火，不仅效果显著，而且工作量小，还不影响采煤面正常生产，防灭火费用也较低。

1 开放采空区压注胶体泥浆防灭火的机理

向开放采空区注胶体泥浆的防灭火机理是：采空区有“三带”，即散热带、自燃危险带、窒息带，煤炭自燃发生在自燃危险带内。最易自燃深度一般为30~60m。若在距工作面30～60 m的采空区内的最易自燃区域前的某一固定地点，压注胶体泥浆，通过控制凝胶配比和成胶时间来控制胶体泥浆的流动范围，使胶体泥浆与矸石等共同形成一道较宽的隔离带，在隔离带内辅以注浆。隔离带可以阻止黄泥浆流向工作面，迫使黄泥浆向采空区更深方向流动，向火源点流动。随着工作面的向前推进，采空区顶板冒落的逐渐严实，空间逐渐减小，采空区漏风量逐渐减少，火源点也逐渐下移；随着隔离带的加高，流向火源点的注浆量也逐渐增加，使采空区充填更趋于严实，温度逐渐降低，使得注浆防灭火效果能更好地发挥作用。

概括地说，就是在采空区内最易自燃区域前注胶体泥浆，形成一道隔离带，在隔离带内大量注浆，从而破坏漏风供氧和蓄热环境，消灭煤炭自燃。胶体泥浆是其核心技术，起到形成隔离带的作用，即起到：①阻挡作用，是防止注浆浆液流向工作面，影响正常生产；②隔离作用，隔断火源向工作面延伸；③密封作用，密封堵漏风。

2 胶体泥浆防灭火特性

胶体泥浆防灭火技术，常用于防治开放采空区和无煤柱(或小煤柱)开采的综放邻近采空区(封闭采空区)的煤炭自燃，具有用料省、施工强度低、防灭火效果显著等特点。在姚桥煤矿，应用胶体泥浆防灭火技术，分别成功地防治了7513综放面、7003综放面、7507综放面的各自邻近采空区(封闭采空区)的煤炭自燃。

胶体泥浆的特性：

胶体泥浆是由基料(如水玻璃等)、促凝剂(碳氨、铝酸钠等)和黄泥浆(或粉煤灰浆及矸石制浆)按一定比例混合而成，可控制在一定时间内发生胶凝固化，并吸热降温；胶体中加人充填剂，可使之增加强度、耐热性和延长有效期。胶体泥浆主要具有如下性能：①高固水性，固水量在80%以上；②强渗透性，渗透距离可超过5 m；③吸热降温快，基料浓度为6%时，胶体吸热量为4×104 kJ/m3上；④密封堵漏效果好；⑤阻化性能高；⑥耐热稳定性能好；⑦强度高，在井下稳定1 a以上时间；⑧成本低、工艺简单、设备轻便，操作方便灵话。

3 应用无氨胶体泥浆防灭火技术治理7005综放面开放采空区自燃

3.1 综放工作面概况

7005综放面为姚桥煤矿中央采区首采面，走向长1649m，倾斜长159 m，煤层厚度5.8～4.27 m，煤层倾角9～19，标高为-676～-730m，工作面采用下行“U”型通风系统，正常供风量为741～639m3/min。该面有10余条较大断层，断层处煤体疏松、易自燃。在掘进过程中，材料道、切眼和刮板输送机道曾多处遇断层发生煤层自燃现象。在回采过程中出现2次自燃。

3.2 上隅角采空区自燃原因分析

在7005工作面推进至1190 m，突然发现该工作面上隅角出现CO，且高达220×10-6，在工作面第85#~110#架尾也有少量CO，并随后呈上升之势，而工作面下隅角CO一直稳定在(20~50)×10-6。经调查分析，其主要原因是：

(1)工作面上出口附近有3～5个支架不放煤

或放煤量很少，老空区遗煤量大，留下自燃隐患。

(2)虽然元月份工作面推进速度较快，达156m，但顶板冒落仍不严实，采空区注浆量小(因工作面较长时间微俯采，无法正常注浆)，采空区漏风窜风现象严重，即具备供氧蓄热条件。

(3)近期外围巷道贯通多，通风系统不稳定，工作面风量变化幅度大，风量最小时不到300 m。／min(当时工作面配风量为620 m3/min)，形成拉风箱效应，诱发了采空区遗煤自燃。

3.3 自燃的处理

由于工作面是微俯采，所以针对上述情况，决定采取注胶体泥浆和辅以注浆技术措施灭火。该措施的关键技术之一是确定胶体泥浆的配比，经实验，选取：①黄泥浆水土比为3：1(体积比)；②凝胶的配比为水：水玻璃：无氨促凝剂=94：4：2(质量比)，成胶时间约为4～5 min。其工艺是在现有的静压埋管注浆系统中，在井下利用添加泵，按一定比例向注浆管路中添加促凝剂，形成一道胶体泥浆隔离带，并在隔离带内注浆。

具体实施方案和过程为：突击运、装注胶泵，并增铺2趟76 mm注浆管路约600 m，其中第一趟管路在798#棚处开口用于注胶体泥浆，第二趟管路在732#棚处开口作注胶体泥浆备用管，原108 mm管路在884#棚处开口仍作注浆管用。采取每天早班压注胶体泥浆1 h、中夜班注浆各3 h、加强放煤、保持正常推进度和稳定工作面风量并增加至830m3/min等措施，共注胶体泥浆1382 m3、注浆4436m3、工作面推进86 m，上隅角老空区CO降至15×10-6以下，在106#、96#、85#支架尾部查无CO，隐患基本消除，并一直维持到工作面回采结束封闭。[page]

3.4 防灭火治理综合分析

7005综放面是非标准的“U”型通风工作面(工作面后尾有放水巷、材溜后尾均有尾巷，虽然尾巷被封闭，但受回采动压影响，墙体压酥漏风)，回采了11个月推进760 m时，刮板输送机道后尾(老巷)出现自燃，自燃的主要原因是工作面向后尾老空区漏风量大。同时说明：7005采空区自燃危险带的带宽远)35～110m。在本次煤炭自燃前，虽然工作面的推进速度分别是110 m/月、150 m/月和156 m/月，远>60 m，仍未能避免工作面上巷采空区发生自燃。

鉴于此，7005综放面配风为830 m3/min，如采空区漏风率按1%计算，进风隅角采空区漏风量可达8.3 m3/min，要惰化这么大的漏风量，需注氮300m3/h以上。而7005制氮机的最大制氮能力不到300 m3/h，很难惰化采空区进行防灭火。因此，实现注氮防灭火是不可能的，惟有堵漏风和破坏蓄热环境的方法可行。

所以，在距工作面的40 m的最易自燃点前的798#棚处(固定地点)压注胶体泥浆，在采空区距工作面51.6 m的884#棚处压注黄泥浆。这样，在798#棚的附近区域，注胶体泥浆，形成一道隔离带；在隔离带内的最易自燃区域注浆，共同阻止自燃向工作面方向延伸扩展；随着工作面的向前推进，采空区顶板冒落的逐渐严实，使得注浆防灭火效果更好，达到堵漏风和破坏蓄热环境的目的，从而最终灭火。

胶体泥浆起到隔离带的作用：①隔断火源向工作而方向扩展延伸；②密封堵漏风；③防止注浆浆液流向工作面，迫使注浆浆液流向火源点，破坏蓄热环境，降温灭火。

4 采空区两道阻燃墙防火技术

工作面采空区的内部漏风主要是由上下两道压差造成。上下两巷道因支护原因在回采过程中冒落不实，特别是采用锚网、锚索支护形式的巷道，回采后冒落滞后，使采空区的漏风深度加大。当上下隅角建墙后，有效封堵了因两巷造成的漏风，起到了缩小采空区漏风宽度的作用。

工作面在回采过程中，每推进10～15 m在工作面上下两道冒落处建立阻燃墙。建墙材料可就地取碎煤，按比例在碎煤中加人阻燃剂装袋进行全砌，对墙面喷涂聚胺脂或用黄泥摸面处理后注入凝胶材料或罗克休材料，严禁风流从两道漏进或漏出，减少采空区的漏风量，缩小漏风的宽度。

5 结论

(1)综放工作面防止开放采空区煤炭自燃的根本性措施是推进度，设计合理的工作面长度，加强工作面的管理，确保月推进不低于60 m。

(2)压注胶体泥浆可在采空区内形成隔离带，便于采空区大量注浆，可防止工作面推进慢时采空区煤炭自燃。

(3)胶体泥浆能否达到预期效果，关键是成胶比例的控制。因此在实施压注胶体泥浆技术措施时，根据不同采空区的具体情况，有针对性的采取不同配比，严格控制成胶时间，以达到预想目的。