摘要：针对3305采煤工作面埋深浅、采空区漏风复杂以及采面与上覆采空区间间距小等问题，提出以预防性灌浆、注氮为主的防灭火技术措施，并通过强化监测手段提高火灾预警能力、通过减少漏风实现采空区遗煤及时惰化。结合3305采煤工作面现场情况，对采用的防灭火技术措施进行详细分析。现场应用后，3305采煤工作面回采期间采空区及上覆2#煤层采空区均未发现有遗煤自燃发火征兆，采用的防灭火技术措施取得较好效果。
关键词：煤层群开采,浅埋煤层,防灭火,漏风裂隙
0引言
煤层自燃是影响煤炭安全生产的不利因素之一，存在有火灾治理难度大、安全风险高以及危险性大等问题[1-3]。特别是矿井开采煤层埋深较浅的近距离煤层群时，由于上覆采空区遗煤量大、氧化时间长，同时风流流动规律复杂、采空区漏风严重等，导致防灭火防控难度较大[4-5]。现阶段对于近距离煤层群开采工作面火灾治理工作重点主要是放在本煤层采空区遗煤方面，采取的治理措施也是以本煤层为主，对上覆采空区遗煤自燃发火防治方面研究相对较少[6-8]。山西某矿开采煤层为浅埋煤层群，主要可采煤层包括有2#、3#、5#、9#等，现阶段上部的2#煤层已基本回采殆尽，矿井生产集中在3#煤层，3#煤层与2#煤层层间距在9.5m。文中以3#煤层3305采煤工作面回采为工程背景，对浅埋煤层群工作面回采期间采用的上下煤层采空区防灭火技术进行分析，以期为其他矿井类似情况防灭火工作开展提供经验借鉴。
1工程概况
某矿采用斜井、平硐开拓方式，设计产能为300万t/a，区内稳定且可采煤层包括有2#、3#、5#、9#等，其中2#厚度均值为6.9 m、埋深为180 m，3#煤层厚度均值为4.3 m，2#及3#煤层层间距平均为9.5m。2#及3#煤层经鉴定均为自燃煤层，自燃发火倾向性为Ⅱ类，自燃发火周期介于68~125 d。
3305采煤工作面开采3#煤层，采面设计走向长度为1 980 m、倾向斜长为260 m，采用综采开采工艺，全部垮落法管理顶板，采面北侧为回采完毕的3304采空区、南侧及西侧均为实体煤，东侧为采区集中巷道；采面布置有3条回采巷道，其中2条运输巷，一条回风巷。3302采煤工作面上覆为已回采完毕的2#煤层3205、3206、3207采空区，具体空间位置分布见图1所示。
2浅埋煤层群开采工作面遗煤自燃发火分析
2.1 2#及3#煤层采空区联通情况分析
3#煤层3305采煤工作面采用全部垮落法管理顶板，采面回采后会导致上覆岩层垮落、下沉，从而形成冒落带、裂隙大以及弯曲下沉带，其中冒落带的发育高度与采高、覆岩碎胀性质等密切相关，一般为采高的3~5倍，具体可通过下述公式（1）计算：
式中：h为冒落带高度，m；M为采高，取4.3m；K为顶板碎胀系数，取1.38；α为煤层倾角，取8°。计算得到3305采煤工作面回采后顶板垮落带高度h=11.3 m。而2#及3#煤层层间距平均为9.5 m，则导致3305采煤工作面采空区垮落带直接与2#煤层采空区联通。由于2#煤层采用综放开采工艺，采空区内遗煤量较大，容易导致2#煤层采空区遗煤在3305工作面采空区漏风影响下出现遗煤自燃问题。
2.2遗煤自燃分析
结合3305工作面现场情况、周边采空区情况以及煤层赋存参数等，分析3305工作面回采期间引起采空区遗煤自燃的主控因素为：
1）存在与地面漏风通道。矿井开采的3#煤层及2#煤层埋深均较浅，其中2#煤层埋深均值为180 m，煤层开采后采空区顶板垮落形成的裂隙容易与地表沟通，从而形成漏风通道，加剧采空区遗煤自燃氧化进程。
2）2#煤层及3#煤层采空区相互联通。2#煤层2306、2307工作面回采推进速度较快，采面回采期间采用喷洒阻化剂、注氮等方式进行防灭火，未对采空区进行灌浆处理，同时由于采用综放开采方式、回采巷道留设有保留煤柱，采空区内遗煤量较大；3305工作面回采后采空区顶板垮落带直接与2#煤层2306、2307等采空区联通，形成漏风通道，增大采空区遗煤自燃发火危险性以及自燃发火防治难度。
3）2#及3#煤层均为自燃煤层。矿井回采的2#及3#煤层自燃发火倾向性均为II类，自燃发火期最短为69 d，给采空区遗煤自燃发火提供了先决条件。
3防灭火技术应用
3.1采空区遗煤自燃发火监测
1）KJ95X安全监控。在3305工作面通过KJ95X安全监控系统实现瓦斯、温度、CO等参数监测，具体各传感器布置要求为：在回风隅角位置安装O2、CO、CH4传感器，在回风巷与采面10 m以内位置安装稳定、CO、CH4传感器，具体布置如图2所示。
2）JSG-4束管监测。采面采用JSG-4束管监测系统实现井下气体成分，如O2、CO、CH4、CO2等分析，在采面布置有3趟束管，具体布置为：在回风隅角、采空区内30、70 m分别布置监测点，束管均沿着回风顺槽煤柱帮布置；束管均应使用采样保护装置保护，同时应高度巷道底板1.5 m。
3）密闭内气体人工监测。通过3305工作面联络巷密闭墙内留设的观测孔用以实时监测3305采空区及邻近的3304采空区内气体成分，每天安排专人进行取样分析。
3.2遗煤防灭火技术措施
3.2.1灌浆防灭火
由于矿井采面推进长度、斜长等普遍较长，采空区面积大，从采空区灌浆经济性、效果等方面综合考虑，最终选择用黄土作为灌浆材料。通过向采空区内灌注黄泥将起到包裹遗煤并隔绝氧气、同时可降低采空区温度。由于3305工作面上覆为2#煤层采空区，采空区内遗煤有较大的自燃风险，考虑井下现有灌浆
设备能力，提出3305工作面采空区进行井下灌浆、上覆2#煤层采空区采用地面钻孔灌浆。
1）3305采空区灌浆。采面采空区内使用地面灌浆站铺设至井下的灌浆管路进行预防性灌浆，灌浆点选择布置在开切眼、停采线处及回采巷道靠近切眼、停采线位置300 m范围内，具体如图3所示。
2）2#煤层采空区灌浆。为避免3305工作面回采期间引起2#煤层采空区遗煤自燃问题，在3305工作面回采之前即通过地面钻孔对2#煤层采空区进行预防性灌浆。在3305工作面上覆地面布置钻孔，并在地面减少移动灌浆站，通过地面钻孔向2#煤层采空区内进行大流量、快速以及全覆盖灌浆。
3.2.2注氮
在3305工作面回采之前以及回采期间均通过已有的探测钻孔向上覆2#煤层采空区进行持续注氮，确保2#煤层采空区内氧气浓度始终在7%以下。
在3305工作面回采期间，应依据采空区三带分布情况、漏风区域等将移动制氮机布置在3305辅运巷内，向采空区进行持续注氮。沿采面进风巷铺设管径159 mm的注氮主管路，在采空区内铺设2趟管径108 mm的注氮管路，2趟注氮管路出口间有30 m间距，通过2趟注氮管循环开启确保注氮口始终在采空区氧化带内。
3.3井上下封堵
由于回采的3#煤层埋深较浅，采面回采后容易产生与地面联通的缝隙，因此安排专人巡查地面，确保滞后采面150 m以外不存在裂隙，若发现时则及时进行回填，并确保回填质量，减少地面漏风量。
为减少3305工作面回采巷道对采空区漏风量，在采面进风及回风端头处采用漏风封堵措施，具体为：在采面进风及回风端头位置间隔30 m布置一个堵漏风墙，墙体采用装满矸石或者碎煤的砂袋砌筑；墙体与邻近支架尾梁、巷帮壁以及顶底板等连接处密封严实，减少向采空区的漏风量，具体堵漏风墙布置如图4所示。
3.4其他防灭火措施
1）在采面端头支架与煤壁间布置挡风帘，在机尾147#—150#支架间布置导风帘，从而起到减少采空区漏风目的。
2）在采面煤壁、顶底板上均按照要求喷洒阻化剂，降低采空区遗煤自燃发火风险。
3）在避免端头位置顶板悬空面积过大，通过退锚索并辅助退锚杆措施降低顶板支护强度，以便实现端头位置及时垮落。
4总结
结合3305工作面现场情况对采面防灭火工作开展面临的主要问题进行分析，发现采面采空区与上覆2#煤层采空区联通、采面埋深浅开采裂隙容易与地面联通、回采的3#煤层自燃发火周期短等是导致采面防灭火工作开展难度大的主要问题。
依据以往防灭火开展经验以及3305工作面防灭火需要，综合采用监测、灌浆、注氮、减少漏风等防灭火技术措施，通过对3305采空区及上覆2#煤层采空区进行预防性灌浆、预防性注氮等措施，可减少遗煤自燃发火概率；通过采取减少漏风措施可使得采空区遗煤尽快进入窒息带，避免自燃。防灭火措施现场应用后，3305采空区及上覆2#煤层采空区内均未发现遗煤自燃发火迹象。
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