采空区自燃火源位置精确探测技术应用

2009 年第 1 期 总第 88 期

采空区自燃火源位置精确探测技术应用

鹤壁中泰矿业有限公司

王文选

摘 要 详细分析了启封工作面采空区自然隐患产生原因，通过采取煤层火源精确探测技术，准确判

断出火源位置，并采取了开路均压、注浆、注复合胶体等措施，成功消除采空区自然隐患，保证工作面安全撤

除封闭。

关键词 采空区 自然发火位置 精确探测应用

氧，造成采空区遗煤氧化。特别是工作面封闭后，观测孔均向 外漏风，且随小煤窑主扇开停有规律变化，开时漏风量减小，

1 工作面概况

2501 综放工作面位于二水平南翼地区，工作面东邻南翼

停后漏风量增大。

回风巷，南邻设计的 2503 工作面，北邻 4F017 断层，西邻小煤 （3）工作面回采 7 个月时，采空区发生瓦斯爆炸，且随后 窑采空区。工作面为单斜构造，上顺槽紧靠 4F017 断层，落差 又间隔出现三次小型爆炸。分析采空区火源为遗煤自燃，从时

间上，正好与煤层自燃发火期吻合，为此说明工作面回采期间 10m，4F051 断层落差 1.5m，与切眼斜交。工作面为山西组二 1

煤层，走向长 150m，倾斜长：365.5m，煤层倾角：10°~14°，平均 煤厚 8.45m，地质储量:62.5 万 t，可采储量：50.3 万 t。工作面煤 尘爆炸指数为：13.5~16.7%，自燃发火期为：62~155 天。工作面 安装 97 台 ZFZ3200- 14.4 型液压支架，采用全层放顶煤回采工

艺，全部跨落法管理顶板。

2 工作面自燃发火情况

工作面于 2002 年 3 月 25 日投产，通风方式为：“U+L”型，

配风量为：1200m3/min 左右，回采期间绝对瓦斯涌出量为：

3

3

采空区曾出现遗煤自燃。

（4）根据采空区 CO 涌出范围、浓度，结合采空区漏风规 律，判定采空区氧化点位置在采空区以里 50~60m 中下部，该 点为采空区自燃位置。工作面封闭后，采空区漏风量减少，氧 气浓度下降，CO 降为 0。启封后，采空区漏风增大，造成采空区 浮煤重新氧化。

4 工作面采空区氧化点位置的准确定位

自燃火灾防治的关键技术是精确确定火源的位置与范 围，为了给确定有效治理方案和安全措施提供科学依据。矿与 山西先采科技开发有限公司合作，采用“煤层自燃火源位置精 确探测技术”，对 2501 工作采空区氧化点位置与范围进行精 确定位。探测原理：利用氡易与吸附性好的物质吸附原理，由 高吸附材料制成，在地面对应位置布置测点，置入探杯，4 小时 后取出置入 CD- 1d 杯测氡仪，将氡子体电离，测定读数作好记 录，所测结果应用 CDTH 专用软件包进行处理可得到测位，绘 制异常值立体图及相对应的等值线图，从而可得出火区分布

14.98m/min，相对瓦斯涌出量为：11.5m/t，注浆方法为上隅角 埋管注浆。2002 年 7 月份，工作面过中切眼推进速度慢。曾在上

隅角网内检查出 CO，最大浓度为：0.007%。推过中切眼后，随着

工作面推进速度的加快和采取埋管注浆措施，采空区 CO 逐渐 下降为 0。2002 年 10 月 10 日，工作面采空区发生瓦斯爆炸，

平面图。

造

探测时间为 2004 年 3 月 19 日至 24 日，矿提前在地面对

成采空区 CO 涌出，浓度为：0.24%，10 月 21 日封闭工作面。

应位置给出初始测场及各边界点，共布测点 480 个，点测为：

工作面封闭后，通过采取喷胶、堵漏、均压、注浆等措施，

10m×10m，总探测面积为：45000m2。探测后，在测场内探明 4

2003 年 3 月 15 日，工作面转载巷、泄巷、上顺槽三道密闭内

个温度异常区，分别为：A、B、C、D，面积共约 1400m，其中：A、

的

B 区为氧化区，位置在工作面以里 40~50m 中下部采空区；C、D

CO 全部降为 0，O2 浓度稳定在 8%左右。多次赴峰峰、平顶

为高温氧化区，位置在中切眼以里 20~40 m 上部采空区；四个

山、

温度异常区位置、范围如图。

义马等局化验，均未查出乙烯、乙炔、乙烷气体。鉴于密闭内指

2501 下顺槽

标稳定，工作面与 2004 年 3 月 10 日启封，进行拆除支架工

作。工作面初期配风量为： 560m3/min。3 月 12 日 0 点班检查

A

发现采空区涌出 CO，范围为：工作面 34# 架往上至上隅角，中

C 部（50#~70#）大两边小，最大值为：0.016%(70# 架后)，3 月

B

14 D 日 CO 波及到下隅角，CO：0.0035%，存在严重的自燃发火隐 患，如不及时采取措施处理，势必造成工作面重新封闭。

2

3 工作面采空区氧化原因分析

从工作面采空区涌出 CO 浓度范围和发展趋势，结合工作 面回采期间的 CO 涌出情况，综合判定采空区氧化高温点位置 在采空区以里 50~60m 中下部和中切眼附近。分析主要有以下 原因：

（1）工作面采用综采放顶煤工艺回采，采空区遗煤给采空 区自燃发火创造条件。特别是工作面回采至中切眼时，因推进

速度慢，曾在上隅角检查出 CO，故判定中切眼附近存在高温

1 2 34

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2501 上顺槽

南翼边界回风巷

氧化点。 （2）工作面切眼邻近小煤窑采空区，回采后

与小煤窑采空

区连成一片，自然形成一条漏风通道，长时间向采空区漏风供

说明:图中 A、B 分别为氧化区，C、D 分别为高温氧化区

图中 1- 7 为钻孔示意图

图 1 温度异常区位置、范围图

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南翼回风巷运煤槽川 综放工作面 2501 煤矿现代化

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顶板锚索预锚固技术在岩巷开拓中的应用

鹤壁中泰公司

王合军 周连春

摘 要 阐述了顶板锚索预锚固技术的原理、支护参数及施工工艺。通过在岩巷开拓中的应用表明，顶 板锚索预锚固技术施工安全，支护效果好，劳动强度低，值得推广。

关键词 长锚索 岩巷支护 预锚固

3.1 布置形式：上向扇形布置（断面、侧面图见图 1）

锚索 8m

1500mm

在矿山的岩巷掘进过程中，由于岩巷顶板围岩不稳固、破 碎或有构造弱面时，将会影响岩巷开拓进度；特别是在爆破震

动以后，岩层的错动和变形加剧，极易发生顶板围岩冒落及较 大的地压活动。此时，一部分矿山通常采用减小阶段高度或缩 小锚杆间排距来增加岩巷顶板的稳固性，其结果是增加了开 拓工程量，增加开拓成本量；另一部分矿山则是在掘后压力增

大后采用架设 U 型棚支护、锚杆支护或其它联合支护方式来

提高岩巷顶板的稳固性，但由于这时的支护已属二次支护，支

拱基线以上部分

4900mm

护工作量大，劳动条件差，工作效率低，成本高。使用锚索可承

载能力高、可施加较大的预紧力，因而可获得比较理想的支护 效果，是目前最可靠、最有效的一种手段，具有较好的技术和

图 1 断面、测面图

经济效果。

如所示，利用凿岩巷道钻凿一定深度的上向扇形孔，钻孔 在围岩中的部分将作为锚索预锚固段，并放入相应长度的锚 索。采用前进式打锚索，将树脂药卷、锚索注入钻孔中的预锚 固段，预锚固段中的药卷凝固后即成上向扇形布置岩巷顶板 锚索预锚固结构。 3.2 锚索结构

预应力锚索一般由锚固段、自由段和张紧段三部分组成。 锚固段，是锚索锚固在岩体内提供预应力的根基；自由段，是 连接锚固段与张拉端的索体部分；张拉端，是锚索位于孔口外 口的外露部分，是锚索借以提供张拉力和锚固锁定部位。如图 2 所示： 3.3 长度

一般情况下，锚索为高强预应钢绞线，其长度为锚杆长度 的 3～5 倍（根据工程需要还可以更长）。除具有普通锚杆的悬 吊作用、组合梁作用、组合拱作用、楔固作用外，与普通锚杆不 同的是对巷道顶板进行深部锚固而产生强力悬吊作用，并沿 采空区遗煤氧化起到一定抑制作用。

5.3 采空区注复合胶体，预留防灭火隔离带

工作面发现 CO 后，矿及时向采空区注复合胶体 1.5t，复 合胶体注入工作面附近采空区，在工作面采空区附近预留一 条防灭火隔离带，隔绝工作面与深部采空区的联系，从根本上

1 原理

岩巷顶板锚索预锚固技术，就是在岩巷开拓未支护前，利 用锚索对顶板围岩先进行锚索锚固。由于锚索是在顶板原岩应 力状态下锚固的，这就使得在岩巷开拓过程中，锚索一直起着 限制岩块位移、调整岩层内部应力场，以及使顶板围岩及时形

成完整稳固岩体的作用，有效提高了岩巷顶板围岩的稳固性。

2 作用

锚索是采用由一定弯曲柔性的钢绞线，通过预先钻出的 钻孔以一定的方式锚固在围岩深部，外露端由工作锚通过预

张拉压紧托盘，对围岩进行加固补强的一种手段。

3 参数

5 综合治理采空区自燃发火措施及效果

采空区高温氧化点位置精确定位后，矿及时采取针对措

施进行治理，具体措施如下：

5.1 取开路均压通风，减少采空区漏风量

启封后工作面出现 CO 后，通过采取局部风流短路措施将

抑制自燃带前移，消除采空区自燃发火。

通过采取以上措施后，工作面各点及回风流中的 CO 浓度 风量减到 336m3/min，此时工作面风速仅为 0.9 m/s，同时安排

上隅角补打 5m×5m×2m 阻漏墙。并对工作面准备、推采、拆 稳定下降，至 4 月 2 日工作面上下隅角和架后 CO 浓度全部降 除分三个阶段配风，具体配风量为：准备阶段配风 350m/min、 为 0。仅剩的 2501 泄瓦斯巷横川 CO 浓度降为 0.004%以下，采 推采阶段配风 600m3/min、拆除阶段配风 350m3/min。通过采取 空区自燃发火隐患得到彻底控制。4 月 20 日工作面安全拆除 开路均压通风，降低了工作面两端头压差，减少采空区漏风 支架 97 台、运输机三部、皮带运输机 2 部、煤机、绞车、电缆、 量，有效地抑制和减缓采空区遗煤的氧化速度和自燃范围。 轨道等设备，价值 一千多万元，并对工作面安全封闭。

作者简介 5.2 采空区注浆减缓自燃发火速度

王文选（1974-），男，河南省西平县，工程师，1997 年毕业 由于工作面为俯斜开采，当工作面采空区出现 CO 后，一

于太原理工大学矿山通风与安全专业，现从事一通三防技术 是利用原预埋注浆管集中向采空区注浆；二是利用南翼边界

3

回风巷钻孔向工作面采空区补注浆。自 3 月 11 日至 4 月 20 管理工作。

日共注浆 10 次，注入黄土 150m，注浆量：1050m。所注浆液对

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（收稿日期：2008- 11- 9）

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