摘要：文章分析煤炭自燃的理论，并对目前比较常用的采空区遗煤自燃防治技术的基本原理和优缺点进行对比分析，并针对综放工作面不同回采时期的特点，提出了相应的采空区防灭火技术应用。
关键词：综放工作面；采空区；防灭火技术
1引言
众所周知，煤矿井下生产作业具有较高的危险性，而其中具有较大危害程度以及较高发生概率的事故就是火灾事故，而所有的火灾事故中有超过90%的原因是由于煤炭自燃引起的，而且其中有超过一半的自燃问题是在采空区发生的。尤其是在目前煤矿井下对厚煤层进行综采放顶煤技术的应用中，虽然采煤效率和煤矿企业的经济效益大大增加，但是与此同时也增加了垮落空间以及采空区的遗留煤的数量，导致漏风问题比较严重，减缓了采放交替作业时工作面的推进速度，使得采空区出现煤炭自燃问题的概率增加。因此，针对工作面回采过程中的上述问题以及不同回采时期综放工作面出现煤炭自燃的问题，在原有的常规技术的基础上对防灭火技术进行改进和创新，结合不同技术的适用条件和优势进行互补，实现对综放工作面的综合防灭火技术的实施和回采工作的顺利开展。
2煤自燃理论
煤炭自燃简单地说就是在其内部温度达到着火点之后出现燃烧的现象，其内部温度的升高是由于煤氧化而蓄热以及环境散热不及时而产生的结果。此自燃过程主要分为潜伏期、自热期和燃烧期三个阶段。而且在满足具有自燃倾向性的煤呈现出破碎状态堆积、连续供氧、蓄热环境以及时间等四个条件时才能发生自燃现象。而针对采空区的特点，其发生自燃现象的概率主要与采空区中遗留煤的浮煤厚度、含氧量、漏风孔隙率以及浮煤温度等因素有关系。按照上述原因和煤炭自燃的影响因素可以将采空区分为散热带、自燃带和窒息带三部分。其中采空区中的自燃带是出现自燃问题的多发部分，因此就针对此部分采取相应的自燃综合防治技术，消除能够引起自燃问题的四个条件中的一个或多个，中止促使煤氧化蓄热的过程来对煤炭自燃问题进行避免。
3现有采空区遗煤自燃防治技术
目前随着综放工作面中先进技术和设备的不断应用，采空区遗煤自燃问题的防治技术也在不断改进和发展，目前比较常用的方法有以下几种，下面就对这些不同技术方法的作用机理和优缺点进行分析和对比。一是对采用合理的开采方法。其作用机理就是减少丢煤量，避免媒体受压破碎，加快工作面的推进速度，此种方法可以从根本上防止采空区遗煤发生自燃问题，但是会受到现有采煤技术的影响。二是均压、堵漏。此技术的作用机理就是降低漏风通道两端压差，增大风阻，减少工作面风流与采空区气体交换，此种技术具有较低的成本和较小的工作量，但是无法确保所有墙体均不漏风，而且工作面风流存在波动，导致均压要求难以长时间确保。三是黄泥灌浆。此方法作用机理就是将黄泥在煤体表面进行覆盖以及对孔隙裂隙进行填充，实现对煤与氧气接触的阻止以及起到降温的作用，以及水受热汽化之后对氧起到隔绝作用。此技术具有较低的成本和简单的工艺，但是沿底板流失，形成“拉沟”现象，恶化工作环境，过度使用会消耗土地资源。四是注入惰性气体。其主要作用就是对氧浓度进行降低，此技术工艺简单且易于扩散，但是惰性气体容易随漏风问题而散失。五是使用阻化剂。其主要原理就是吸水液膜对氧进行隔绝并进行降温，其工艺比较简单，但是存在干燥煤体，离开水阻化作用消失，易流失等缺点。六是采用水玻璃与碳酸氢铵盐凝胶，其主要是采用堵漏风、阻隔煤氧结合以及降温的机理，此技术成本比较低且工艺简单，但是会产生氨气并会对管路造成堵塞。七是采用高分子胶体以及复合胶体进行堵漏风和阻隔煤氧结合，此方法不产生氨气，且可以在采空区永久停留，但是成本较高。八是采用酚醛泡沫和聚氨酯泡沫来进行堵漏风，其不仅工艺简单，而且可以快速密闭，自身也具有较高的阻燃特性和气密性，但是成本较高。九是采用三相泡沫来进行堵漏隔氧，并起到惰化、降温和阻化等作用，不仅可以提高灌浆效率，滞后惰性气体散失并且在高处进行堆积，但是不能在采空区永久停留。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4综放工作面不同回采时期的防灭火技术
4.0 工作面掘进期间沿空
综放工作面一般不是采区第一个工作面，都有一侧或两侧沿空掘进，沿空掘进期间，由于煤柱受压力变形，往往出现向采空区漏风，造成采空区煤炭自燃，造成工作面没形成系统，就造成发火。为做好超前预防工作，必须对沿空侧煤壁进行喷射混凝土或其它防灭火材料，如LMF防灭火喷涂材料，对沿空侧巷道进行封闭，防止漏风。施工方式，可采用边掘边喷，揭露后及时封闭。对沿空侧喷浆封闭，可有效防止漏风，也可在出现沿空侧出现煤炭自燃发火期间，保证注浆或凝胶时不漏浆，从而有效防止老空区煤炭自燃发火。
4.1初采阶段的防灭火技术
综放工作面初采阶段的主要特点就是顶板比较完成的悬露且具有较小的变形，大部分都处于悬空但是不会垮落的现象，且由于放顶煤的难度比较大，因此需要进行较多的开切眼操作以及在此处存在数量较多的遗煤。此外也会使得综放工作面的开切眼断面比较大，容易出现漏风供氧以及蓄热环境，容易导致出现遗煤自燃问题。针对在初采阶段的切眼处应主要采取堵漏技术，其中胶体防灭火技术比较适用，主要操作方法就是在工作面上下端头进行沙袋墙的堆砌，然后通过插管、预埋管或钻孔向切眼两巷灌注胶体，这样就通过所灌注形成的密实的胶体隔离带来起到堵漏风的作用。
4.2初次来压至开切眼进入窒息带期间
此阶段的主要自燃风险就是由于煤柱受压之后呈现出较为严重的破碎问题，会存在充足的氧气以及环境中良好的蓄热能力，因此，在对此阶段的遗煤自燃问题进行防治时，最好采用三相泡沫，将黄泥或粉煤灰以及水和惰性气体进行结合来提高灌浆效率以及延长这些惰性气体在采空区中的滞留时间，还要使用沙袋墙在端头进行密闭以及采用悬挂端头风帘的方式进行堵漏风。
4.3顺利回采期间
此阶段的浮煤减少，自然带宽也会缩小，此时需要加强对规律性指标气体检测工作，并且通过废弃的压风、静压水管预埋在采空区进行注氨和灌浆操作来进行降温。而且在端头使用袋装沙袋或煤袋来进行密闭，以及使用可以随着支架进行同步移动的风帘进行堵漏风，在工作面出现异常时采用预埋的注氨和注浆管路向采空区注入三相泡沫等方法进行防灭火处理。
4.4工作面推进受阻期间
此阶段主要是煤层原有的连续性和完整性受到破坏，且构造带位置的推进速度较慢，容易出现大量浮煤堆积以及漏风严重等问题，因此针对漏风问题，尽量降低工作面风量，并采用均压措施来平衡漏风通道两端的风压差，使用酚醛固化泡沫进行快速充填密闭和喷射密闭墙等措施。二是进行隔氧降温，通过黄泥或粉煤灰对碎煤进行包裹以及对裂纹孔隙进行填堵、注入惰性气体以及采用高倍三相泡沫等结合的方式抑制遗煤自燃。此外还要通过放炮、更换切割机切齿等措施强行推进来加快工作面推进速度，避免氧化蓄热。
4.5 工作面结束
此阶段主要采取工作面封闭，工作面两顺建立混凝土密闭墙，或砖壁充填，防止密闭外氧气进入，造成煤炭自燃；同时对防止停采线注粉煤灰浆体，对停采线附近采空区进行灌浆封堵，进一步减少采空区氧气，从而杜绝煤炭自燃，防止发火。
5结语
针对综放工作面不同回采使其的特点采取相应的采空区防灭火技术，除了文章介绍的几个阶段，还要在工作面撤架期间通过连续灌注三相泡沫来对锚网未放顶煤距离的遗煤进行覆盖隔氧、浸润阻化、湿润降温以及缺氧惰化，还有通过用沙袋堆砌密闭墙、预埋注氮管理、加强对工作面上隅角、支架间、采空区内部的指标气体检测等方式来对其自燃问题进行防治，在确保工作面顺利回采的同时，满足技术先进、安全可靠以及经济合理等要求。
参考文献：
[1] 徐志强, 邵小平. 倾斜分层大采高综采工作面采空区防灭火技术研究[J]. 现代商贸工业, 2017(10):191-192.
[2] 张颐纯. 综采放顶煤工作面采空区注氮防灭火技术研究[D]. 太原理工大学, 2016.
论文作者:李建华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/9
标签：采空区论文; 工作面论文; 技术论文; 煤炭论文; 蓄热论文; 惰性气体论文; 阶段论文; 《防护工程》2018年第30期论文;