摘要：分析采用傳統沿煤層底板布置巷道開采易燃厚煤層易發火的時間與空間，提出了兼顧回采率與火災防治的新型巷道布置系統，并結合時段與區域發火特點采取相應對策，以期達到安全、經濟生產的目的。
　　
　　關鍵詞：易燃厚煤層，綜放開采，錯層位，三段式回采工藝
　　
　　1引言
　　
　　自然發火是制約厚煤層開采工藝發展的因素之一，也是煤炭工作者多年來致力解決的一個課題。本文通過采用錯層位巷道布置系統[1]，結合傳統防治火災的技術，分析其可行性。
　　
　　2現場條件
　　
　　以某礦現場實際條件為例，工作面長144m，采深230-240m。平均煤厚11.5m，最大煤厚14m，平均傾角12°，煤層構造較簡單，煤層松軟，硬度系數f=1.4，容重為14.5kG/m3，煤層極易自燃，發火期平均為20天，最短為7天。含有厚0.2～0.4m的夾矸1層。煤層直接頂為砂質泥巖，平均厚1.5m，老頂為中厚層狀細砂巖，厚14m。
　　
　　3自燃發火類別分析
　　
　　發生自燃的因素包括浮煤的存在，煤體破碎，與氧氣接觸并有蓄熱條件和時間。生產中無論采用何種方式方法，破碎煤體的存在以及與氧氣接觸是不可避免的，但是如能減少破碎煤體的存在并縮短其蓄熱時間，自然發火的幾率將會大大降低。在這一指導思想下，對傳統放頂煤巷道布置系統易發生自燃的區域以及易發生自燃的時段進行分析。按照放頂煤回采系統下各區域發生自燃的幾率大小進行等級劃分：（1）容易發生自燃區域巷道揭露的相鄰原高溫區域或老火區、巷道頂板局部冒落區、巷道變坡頂板破碎區，巷道揭露相鄰沿空側的停采線、溜煤眼、聯絡巷及其它硐室等處。（2）較易發生自燃區域巷道頂煤離層破碎區、沿空側煤柱破碎區。（3）可能發生自燃區域巷道巷幫破碎區以及工作面采空區。根據對綜放開采時自然發火事故出現的頻繁程度，確定火災易發地點依次為巷道及開切眼、末采收作線、鄰近采空區、工作面端頭，（如圖1所示）。自然發火防治工作的另一重點就是從不同的時期進行分析，各個時期的防治工作要從其產生的根源著手，有四個時期最易發生自燃，分別是：（1）掘進期間。巷頂易形成高冒區以及碎煤裂隙帶發育帶，局部通風機正壓作用加劇了氧氣在煤體中擴散，深部產生的熱量散發困難，是自然發火的隱患之一；
　　
　　（2）工作面安裝期間。切眼時大量碎煤存在于支架上方，綜放工作面安裝時間比較長，在安裝完畢前，可能會導致煤層自燃發火；（3）回采期間。首先，開切眼到初次放頂，時間間隔長，支架頂煤的蓄熱時間長；其次，工作面剛安裝完，需要磨合設備，導致推進速度慢；再次，上下端頭放下的碎煤大量堆積；還有，放頂過程中，頂板會大面積下沉，可能會受到外部客觀條件的影響，形成導風通道；（4）拆除期間。綜放工作面，拆除時間肯定長；支架上方煤體裂隙發育，與氧氣接觸面積大；架后煤多且松散。以上自然發火因素，影響著煤礦正常安全的生產，尋求更合理的開采生產系統便是解決上述問題的重要研究途徑。
　　
　　4方案分析
　　
　　4.1方案的提出
　　煤礦的生產始終圍繞安全、經濟、回采率三方面展開，該生產條件下煤層開采受到自燃發火的影響，傳統放頂煤沿煤層底板布置巷道以及留煤柱護巷已不能適應生產需要，亟需采用既能提高回采率，又能保證安全生產的無煤柱巷道布置以及相應的回采工藝，本文提出采用錯層位巷道布置系統和三段式回采工藝來實現無煤柱開采[2]，（如圖2所示）。
　　
　　
　　
　　該系統綜合集成放頂煤、上分層鋪網放頂煤和下分層網下放頂煤三種回采工藝于一個工作面，三種工藝用于工作面的不同位置，形成獨特的三段式回采工藝。圖中的a段，即工作面在沿頂板布置的進風巷道一側采用分層放頂的上分層回采工藝，需要鋪網，為下一工作面巷道的掘進與回采作準備。圖中的c段，即在距離相鄰采空區側的工作面采用網下放頂煤回采工藝，這一段不需要鋪網，但需要控制好采煤機割煤高度，防止漏矸。圖中的b段，中部工作面采用放頂煤回采工藝。
　　
　　4.2與傳統放頂煤對比
　　
　　是否能有效防治自然發火是判定方案可行性的重要依據，為此在防治自然發火方面對錯層位巷道布置與傳統放頂煤沿底板布置巷道[3]（如圖3）進行了比較：
　　
　　
　　1.區段運輸平巷；2.區段回風平巷；3.損失的頂煤與區段煤柱；4.上區段運輸平巷位置；
　　
　　（1）錯層位巷道布置系統將進風巷與回風巷分別布置在煤層頂板與上一區段采空區下，進風巷、回風巷頂板分別為巖石和少量煤皮，基本上避免了巷道高冒區的出現，可以降低自燃發火率；傳統放頂煤沿煤層底板布置巷道，巷道上方是厚煤層，在壓力作用下易冒落形成孔隙，存在自燃發火隱患。據統計，綜放開采2/3的火患都發生在巷道高冒區。（2）錯層位巷道布置系統進風巷巷幫受到應力作用，但是由于該巷直接位于巖石頂板之下，不會出現巷道頂煤高冒，進而加劇巷幫的破壞，不易形成發育的碎煤裂隙，同底板布置的煤巷巷幫比較，發火幾率小，而且易于維護；回風巷優勢更為明顯，因為布置在采空區下的回風巷處于免壓區，對巷幫不會造成強烈的擠壓，可以降低發火幾率。（3）錯層位巷道布置系統下，相鄰工作面之間只有少量三角煤柱的存在，而且處于免壓區內，不易出現傳統放頂煤中留有大量“T”型煤柱處在應力集中區內而被壓裂壓酥導致巷旁向采空區漏風的情況，不但有利于相鄰采空區的防治自燃，而且有利于降低煤柱自身的發火幾率。（4）上一區段進風巷一側是上分層鋪網放頂煤工藝段，此段的浮煤存在于網下，下一區段進行回采時可以回收，減少了采空區內浮煤的數量，而且上一區段邊回采邊灌漿，有利于形成人工假頂或產生一定的膠結效果，在下一區段網下回采時，減少了向采空區的漏風，所以特殊的回采工藝也是降低自然發火的有利條件。對比得出，采用錯層位巷道布置系統，在易自然發火條件上有了根本性的改善。
　　
　　5工作面防滅火
　　
　　錯層位巷道布置系統同傳統沿煤層底板布置放頂煤相比，自然發火的隱患大為降低，但防治火的工作絕不能掉以輕心。在自然發火的防治過程中，具體的防滅火工作在不同時期、不同地點采取不同的對策。
　　
　　5.1工作面上、下巷工作面隨著成巷時間不同，巷道頂幫壓裂松動破碎的程度由內到外逐漸發展，隨著巷道頂幫破壞日益嚴重和巷壁半徑的擴大，巷道自然發火隱患也從內向外逐漸增大，同時，井下條件不能及時把氧化產生的熱量散發，在掘進工作中就要采取對策，預防火災的發生。

      （1）嚴格頂板控制，嚴防冒頂，若發生冒頂及時鉸架，打閉板抹泥，用不燃材料進行充填。有發火預兆地點，要及時打鉆糊頂進行灌漿、注粉煤灰或注膠，消滅高溫點。

     （2）預埋灌漿管，間歇灌漿工作面上下巷鋪設灌漿管路，每50m設一處三通閥門，要保證能隨時進行灌漿，灌漿不僅可以帶走熱量，而且對裂隙處起著充填封閉作用，可以考慮在適當距離設一處注漿鉆孔。

      （3）均壓措施定期進行一次工作面上下巷之間漏風情況，若上下巷串風，應在上巷建調節風窗實行均壓措施，減少上下巷之間及采空區漏風。
　　
　　5.2初采期間受各方面綜合影響，巷道斷面大，初采速度緩慢，壓力大，造成頂煤破碎漏風，形成發火隱患，應采取相應的技術措施，防治自然發火。

　　（1）煤層厚度大，在掘進切眼時留有大量頂煤，應加大注漿孔的密度和充填的力度。注漿孔的分布要保證整個初采期間頂板都能被注漿覆蓋。對初采期間的頂幫可以用不燃物進行封閉處理，確保不出現發火征兆。
　　
　　（2）架間打眼注漿，防止架后浮煤局部發火。
　　
　　（3）工作面的切眼形成后，應在回風巷向上分層打鉆注水或漿，每隔一定距離布置一個鉆孔，鉆孔落點必須進入上分層采空區的合理位置，不注水鉆孔或無效孔必須封嚴，防止漏風，回風巷見水可停止本鉆孔注水或漿。
　　
　　5.3回采期間回采期間防滅火的重點在工作面兩端頭，雖然錯層位回采率比傳統放頂煤有很大提高，但端頭過渡支架不放頂煤，難免還會有少量浮煤隨工作面推進落入采空區，存在發火隱患，進風巷一側含氧量高，存在煤炭發生自燃隱患。而氧化產生的有害氣體隨風流上行流動，易在回風一側測到。