黑龙江龙煤鹤岗矿业公司富力煤矿 黑龙江省鹤岗市 154103
摘要：针对高瓦斯冲击矿压煤层高冒区自然发火，从采动影响、通风、传热等方面详细阐述法富力矿63111回风顺槽高冒区浮煤产生的原因。针对富力矿63111回风顺槽高冒区高温点的特点，提出了喷水降温及注凝胶2种防灭火技术相互配合作用的防灭火措施。实践证明，注浆防灭火和注凝胶防灭火技术相互配合能够有效的扑灭并防治高冒区的煤炭自燃，是治理高瓦斯冲击矿压煤层高冒火区的理想途径。
关键词：自燃;高冒区;注浆;注凝胶;防灭火
综放开采技术的工作面进风巷道和回风巷道均是沿煤层底板布置，巷道断面四周均为煤体，由于地质构造及采动影响，巷道很容易出现高冒区。巷道高冒区在巷道施工中随时都可能出现，由于进回风巷有大量风流通过，在漏风和蓄热条件满足的情况下这些很容易出现自燃，高冒火区往往具有很大的隐蔽性和危险性，比较难以选择合适的灭火措施。针对陕煤胡家河矿103回风顺槽高冒火区的特点，研究高瓦斯矿井高冒区自然发火特征，并提出注浆和注凝胶综合防治高冒区自然发火的技术，取得了良好的现场治理效果。
一、火区概况
富力煤矿设计生产能力为200万t/a。63111工作面煤层比较稳定，煤层近乎水平，厚度8～12m，平均厚度10．5m。工作面布置了4条巷道，即回风巷、进风巷、高抽巷、灌浆巷，其中灌浆巷位于回风巷道的外侧60m处，且煤柱中还设有联络巷，该工作面煤层为易自燃煤层，自然发火期最短为20d。工作面采用双巷掘进，运输巷进风，回风巷回风，通过联络巷形成完整的通风系统。事故发生地点回风顺槽处于掘进处于掘进阶段，主要通过局部通风机进行通风。回风巷94m处出现高温点，初步判断回风巷受A4背斜影响，巷道顶板部分出现高冒区域，高冒区域煤体离层氧化和蓄热，局部形成高温点，且在应急方案实施过程中高温点温度急剧上升，CO浓度急剧上升，情况十分危急。
二、高冒区煤炭自然发火原因分析
1、63111工作面布置4条巷道，破坏了煤体的整体性，再加上冲击矿压影响，灌浆巷与回风与进风巷道之间的煤柱被压。另外，63111回风巷位于地质构造带，受背斜构造影响，巷道沿煤层底板掘进，上部煤岩来压后煤体离层破碎，巷道顶板部分出现高冒区域，形成大量破碎状态的煤体。在破碎区内，煤体已经充分破碎，应力完全释放，大约有2～3m的浮煤呈自然堆积状态存在，巷道中的空气可以通过该区域裂隙渗透进入松散煤体中，并在裂隙暴露的煤表面发生氧化反应，在该区域易于发生自然发火。由于该高冒区位于63111回风巷94m处，从冒顶形成开始，这部分煤体就一直长期暴露在空气中，由于巷道掘进周期远远超过了煤炭自然发火期，所以破碎煤体有足够的时间氧化自燃。
2、63111回风顺槽处于掘进施工的初期阶段，高温点位于回风顺槽风流转弯处，且巷道高差较大。风流方向与巷道表面形成夹角，风流方向发生改变，风流动能在漏风处产生风压差，从而使风流向煤体内渗透，为高冒区破碎煤体自然发火形成连续的通风供氧条件。当风流方向与巷道表面形成夹角θ时产生的风流动压为:Hv=12ρg•v2gsinθ在(1)式中:Hv为巷道起伏引起的动压差;ρg巷道风流密度，g/cm3;珋vg为风流平均流速，m/s。由式(1)可知，动压差Hv的大小和巷道风流风速vg的平方成正比，和风流方向与巷道表面夹角θ的正弦值成正比。vg越大，θ越大，由巷道起伏或变向产生的动压差Hv越大，则漏风强度越大。由于胡家河矿为高瓦斯矿，402103回风顺槽处于掘进期间，局部通风机风量大，并且巷道变向超过30°，这就造成了较大的动压差，为漏风提供了连续的动力，因此要加强对着一问题的研究。
3、对于顶部松散煤体来说，其氧化产热和散热的相互关系取决于孔隙率大小和孔裂隙分布状态。松散煤体热容量:ρcCc=nρgCg+(1－n)ρmCm≈(1－n)ρmCm(2)松散煤体导热系数:λc=nλg+(1－n)λm式中:Cc、Cg、Cm分别为松散煤体、漏风流和煤体的比热容;J/(g•℃);ρc、ρg、ρm分别为松散煤体、漏风流和煤体的密度，g/m3;n为孔隙率;λc、λg、λm分别为松散煤体、漏风流和煤体导热系数，J/(g•s•℃)。由于空气的热容量ρgCg远远小于煤体，如果孔隙率越大，整个松散煤体的热容量ρcCc就越小，则在同样的氧化产热量条件下，松散煤体的温度上升的就越高，从而促进了松散煤体的进一步氧化自燃，因此从蓄热升温来说，孔隙率大一点，有利于松散煤体的自然发火。另外，比较空气和煤体的导热系数来说，空气的导热系数很小，可以近似地认为空气是绝热的，因此从散热和导热来说，孔隙率越大，整个松散煤体的导热系数λc就越小，则有利于蓄热，在同样的氧化产热量条件下，松散煤体的温度上升的就越多，所以孔隙率对煤体自燃升温影响较大。n越大，松散煤体的导热系数λc和热容量ρcCc也越小，引起煤体升温越容易，越容易发生自燃。
三、63111回风顺槽高冒火区治理方案
富力煤矿为高突瓦斯矿井，煤层顶板掘有高位瓦斯抽放巷道，指挥小组根据现场施工条件及火区特点决定利用高瓦斯抽放巷道向高冒区煤体打长钻孔并加注防灭火材料来治理63111回风顺槽高冒区火灾。具体措施如下:
1、首先连接井下巷道内的静压水管路，中间接泥浆泵进行加压，通过管路对高温区域煤体进行喷水降温。由于水具有良好的流动性和灭火降温性能，能迅速对高温点煤体降温，延缓煤体氧化速度。
2、利用高位瓦斯抽放巷道向高冒区打注胶钻孔，根据火区位置，确定钻场及钻孔参数，组织钻机队利用63111高抽巷向回顺高温点上方施工钻孔钻孔间距2m。
3、利用打好的钻孔向高温区灌注化学凝胶，凝胶是在水或者黄泥浆中添加一定比例的胶凝剂而生成的果冻状物质，它能封堵煤体裂隙，阻断氧扩散，同时凝胶中含有的大量水分，能吸收大量煤氧化产生的热量，进而降低煤体内部温度，从而达到防灭火的效果。
结束语
1、富力矿63111回风顺槽高温点处于背斜地质构造带，加上63111工作面设有4条巷道，破坏了煤层整体性，巷道间保护煤柱被压酥，煤体离层破碎，破碎状的煤体为氧化自热提供了反应物。
2、63111回风顺巷处于掘进阶段，且高温点位于巷道变向处并存在高差，风流通过高温点下方时风流方向与巷道表面形成夹角，空气源源不断地通过高冒区煤体裂隙渗入破碎区，为破碎区煤炭自燃提供连续通风的供氧条件。
3、63111回风巷处于掘进阶段，巷道受地热影响，温度非常高，由于通风系统尚未形成，热量不易散失，从而为高冒区煤体提供了良好的蓄热环境。
4、通过向高温点碰水降温并借助高位瓦斯抽放巷道向高温点上方打孔注胶，402103回风顺槽高温点迅速得到控制，能够有效治理高冒区火灾。
参考文献:
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