郑煤集团郑新煤业有限公司河南新密452370
摘要：煤层自燃发火一直是煤矿安全管理中难以预防的重大问题，特别是不易自燃煤层，由于自燃发火期较长，人们往往忽视煤层自然原因可能造成的火灾。本文结合一起矿井自燃发火事故的起因、经过及治理消除过程，探讨煤层自燃发火的防治要点，为避免此类问题的重复发生提供经验。
关键字：煤层；自燃发火；经验探讨
1前言
根据2004年9月24日煤炭科学研究总院重庆分院在兴达煤矿区内11042工作面采样对二1煤层自燃倾向鉴定的结果：兴达煤矿二1煤层自燃发火期为3～6个月，自燃倾向为Ⅲ类，即属于不易自燃煤层。受河南省人民政府兼并重组政策的影响，郑煤集团公司要求矿井从2012年7月1日零点班开始停工停产，井下只进行通风、排水、瓦斯检查。由于矿井长时间的停工停产，10月18日零点班，该11101工作面下安全出口向上切巷内5.3～6.0m处发生顶煤自燃出现明火，后经郑煤集团公司及白坪煤矿救护队现场扑救，明火得到及时消除，煤层自燃得到控制。
2工作面概况及灭火经过
2.1工作面基本情况
兴达煤矿11101采煤工作面东部为矿井专用回风下山、皮带运输下山和轨道运输下山，西部为井田边界，南部为原11081采煤工作面采空区，北部为未开采区域。工作面设计可采走向长303m、倾斜长110m，地面高程+440～+480m，标高+5～-40m，煤层厚度1.87～10.0m，平均煤层厚5.3m，平均倾角21°，直接顶板为砂质泥岩，局部为中粗粒长石石英砂岩，且有炭质泥岩伪顶，一般厚5m左右。底板为细砂岩、泥岩及砂质泥岩互层，一般厚8m左右。
该工作面自2010年9月开始回采，截止2012年7月1日矿井因政策性停工停产时工作面剩余可采长度121m。工作面原设计采用单体液压支柱∏型钢梁支护，手镐落煤，放顶煤开采。
2.211101工作面煤层自燃及处理经过
由于矿井长时间的停工停产，为压减支出，每班井下只安排两人进行瓦斯检查及安全隐患巡查，管理人员实行定期检查。2012年10月18日零点班0时05分在11101工作面回风流中CO传感器检测到CO气体，至2时30分C0气体浓度均在10ppm以下，4时15分CO传感器检测值超过24PPm，监控系统开始报警并快速升高，嵩阳公司通风调度接到报告后立即指令矿井查明原因，矿井随后派瓦斯检查人员和安全员手持便携式CO气体检测仪从进风流进入11101工作面进行查看，4时50分检查人员进入工作面检查，在安全出口往上切巷内约5.5m处发现顶煤自燃并看到明火掉落。现场人员随即采用井下水管洒水灭火。在集团公司、嵩阳公司技术人员赶到现场，经现场勘察后分析讨论做出决策，采取直接灭火措施。在采取安全措施情况下救护队员及矿井人员直接进行灭火处理，工作面明火于7时被清除，煤层自燃得到控制，隐患得到基本清除。11101工作面回风流CO气体变化曲线如图1所示。
图111101工作面回风流CO气体变化曲线
3煤体自燃原因
3.1煤体自身原因
兴达煤矿二1煤的自燃倾向为Ⅲ类，属于不易自燃煤层，自燃发火期3～6个月。受兼并重组政策的影响及集团公司的相关要求，矿井停工停产时间较长，自7月1日至10月18日，煤层暴露于富氧环境中时间已处于自然发火期内。煤炭在缓慢氧化过程中由量变到质变，由缓慢氧化转为快速燃烧。
3.2良好的充氧蓄热条件
发生煤层自燃处在工作面切巷机头段，原11101工作面下副巷掘进期间为抽放瓦斯曾设置挂耳抽放钻场、下付巷回采时由于煤层不沿底板曾进行落巷，并且工作面曾施工顺层抽放钻孔，造成工作面机头处顶部煤层疏松，微风通道顺畅，煤体快速氧化。工作面长期停工停产，下安全出口支柱受压较大、高度偏低，造成顶煤裂隙微风，因矿井停工采面配风量相对减少，为切巷上部煤体热量蓄积创造条件。在现场处理时，发现煤层着火点在切巷顶梁上部约0.5m高，自燃面积约0.5m2。说明煤体由内部先行氧化自燃，在未燃透下部煤体前并无明显征兆。采面回风虽对煤体表面进行了降温，但内部热能一直在蓄积并达到煤层的着火点，煤体自燃热能扩散，烧穿下部煤体，大量CO气体才显现出来，并开始快速燃烧。
4灭火防范方案措施
经现场抢险指挥部分析，此地点切巷顶煤不超过2m，明火可见区域不大，决定直接采用高压供水对着火煤体喷水降温直接灭火，同时对顶部高温煤体及时清处，经现场救护队员努力，明火很快得到清除，采面回风CO气体浓度快速下降。为防止煤体复燃，指挥部结合现场实际情况制定了以下治理方案：
1）为了防止煤层复燃采取煤层注水措施，进一步直接降温，直至返水水温不高于25℃；
2）在工作面设置五个测点加强温度及CO气体浓度检查，第一测点位于工作面高温点处、第二测点位于工作面中部高温点上30m处、第三测点位于工作面上安全出口1.5m老塘侧处、第四测点位于工作面上隅角、第五测点位于工作面回风流；
3）当注水返水温度不高于25℃、五个测点均无CO涌出时，采取工作面快速回采的方式，把着火区域压实在采空区深处，彻底消除火灾隐患。
5措施实施
5.1煤层注水
1）注水设计：①、在工作面老塘侧自下安全出口向上25m范围内，采用4分无缝钢管插管进行静压注水，插管数量不少于3根，插管深度不小于1m，采用多轮次间隔注水；②、在工作面切巷顶煤施工注水钻孔，每排施工3个注水孔，排拒2m，钻孔孔径42mm、孔深5～6m（现场具体以见顶为准），注水采用快速封孔器封孔，注水水压不小于3Mpa，注水以顶板周围淋水、返水温度不高于25℃为准，注水结束后及时用黄泥将注水孔封堵严实（注水孔设计见附图2）。
说明：1、1#、2#、3#号孔设计5～6m，但现场以见顶为准；2、与水平夹角均为10°，根据现场情况水平夹角可适当调整。
附图2单排注水孔设计俯视图及多排注水孔剖面图
2）施工安全措施：①、打钻作业前，首先由救护队员对五个测点处有害气体进行检查，经检查有害气体浓度无异常且打钻地点支护良好的情况下，才允许进行打钻作业；②、打钻作业由两人操作，救护队员现场监护；③、打钻期间，在钻孔施工地点回风侧2m处悬挂一氧化碳及甲烷便携报警仪各一台，如遇一氧化碳、瓦斯异常立即停止打钻，采取措施进行处理；④、打钻期间要对煤体温度进行监测，如遇高温煤体，要及时注水降温；⑤、在下副巷距下安全出口20m范围内配备4台完好的灭火器、洒水软管40m、高压软管40m。
5.2工作面快速回采
1）快速回采的实施：采取工作面注水后，在注水返水温度均不高于25℃、五个测点均无CO涌出后，为彻底消除工作面高温点，采取工作面削巷快速推进使高温点与空气隔绝，即加快工作面下端推进速度，上下端按照1：3的比例进行推进，尽快使高温点甩到老塘侧与空气隔绝。
2）回采工程质量：工作面快速回采时，必须保证工作面采高不低于1.8m、采宽每排1.0m、柱距0.5m，并保证煤壁采直。支柱迎山有力，初撑力达到规定要求。
3）回采安全技术措施：①、加强11101工作面下隅角管理，回采后要求舍帮不能留煤且闭严防止向采空区及下隅角漏风；②、工作面放煤后要及时用液压枪向舍帮喷水随后喷洒阻燃剂；③、工作面回采期间要严格检查五个测点的温度及瓦斯等有害气体浓度，发现异常必须立即停止回采查明原因进行处理；④、工作面机头段放煤时要随时监测煤体温度，温度超过25℃，要及时洒水降温；⑤、工作面回采期间工作面瓦斯浓度要控制在0.5%以下，否则停止回采进行处理，必要时进行工作面瓦斯浅孔抽放。
6治理效果
1）通过煤层注水，达到了进一步降低煤层温度的目的，注水后经过一段时间各注水孔的返水温度均不高于25℃，杜绝了煤层再次发生复燃的现象。
2）通过工作面快速回采，工作面在推进30m后，工作面高温点被甩到了老塘侧，CO气体浓度已基本检测不到。可以判定采面已消除了安全隐患。
7经验教训
1）为防止煤层自燃发火，长期停工采面建议应取封闭管理。对高冒区、顶部微风区要加强温度、CO气体检查。
2）CO传感器浓度报警值不能设置过高，应早预警，早发现火灾隐患，可设置在5～10PPm为好。对容易自燃煤层同时也要对其他烯烃气体进行检查。
3）煤层自燃发火事故要做到早发现、早控制、早处理，小范围着火可以优选直接灭火，并及早清处高温煤体。
参考文献：
[1]张荣立.采矿工程设计手册[M].北京.：煤炭工业出版社.1003
[2]付永永.李建新.义马矿区煤层自然发火防护技术[M].煤炭工业出版社.2011（6）