复杂区域综放工作面
采掘期间的防灭火技术研究
实 施 方 案
兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿
山 东 科 技 大 学
2009年12月
目 录
一、项目的必要性 .......................................................................................1
二、研究开发内容 .......................................................................................3
三、主要经济技术指标、项目最终目标 . ..................................................3
四、关键技术及创新点 ...............................................................................4
五、研究或研制开发的技术路线，实施的方式、方法、步骤 ..............4
六、技术、经济可行性及可靠性分析、论证 . ........................................24
七、对安全、环境、健康的影响性分析 . ................................................25
八、现有基础、技术条件，保证体系 . ....................................................25
九、经济、社会效益分析 .........................................................................26
十、项目实施进度计划（按年、月的详细进度计划） ........................26
十一、经费计划 .........................................................................................27
十二、项目负责人、项目组成员及分工 . ................................................27
复杂区域综放工作面采掘期间的防灭火技术研究
实施方案
一、项目的必要性
兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿十采区位于井田的南翼，北至矿井工业广场保安煤柱；东至井田边界煤柱，与东滩煤矿为邻；东南至3上和3下煤层露头风氧化带；西南以采区煤柱为界与四采区相邻；西以采区煤柱为界与二采区相邻。本井田各煤层均有自燃发火的可能性，3煤为易自燃发火煤层，发火期3~6个月。十采区首采面103上01综放面于
2003年3月开始开采，现已开采综放工作面为103上01、103下01、103上02及103上03、103
上04、103上05、103上06四个工作面的下部。十采区各工作面沿空顺槽隔离煤柱宽3米，沿
空切眼隔离煤柱宽3.5m 。十采区采掘工程图见图1。
图1 十采区采掘工程图
从图1可以看出，鲍店煤矿十采区在生产过程中东部及北部部分已采工作面已形成一个大面积采空区相连的复杂区域，该采区在采掘期间将面临如下通防隐患：
① 十采区现已形成一个大面积采空区相连的复杂区域，在该区域内易形成复杂的多源多汇漏风通道，向采空区漏风可能增多，给矿井通防尤其防灭火工作带来较重的压力。
② 由于受地面建筑及铁路桥搬迁等的影响，103上04、103上05、103上06三个工作面
现均在工作面中部位置临时停采封面，103上06工作面停采后不撤除支架进行封闭；由于三
面的临时停采时间长，并且停采线附近遗煤较多，如果处理不当，会造成向后部采空区的大量漏风；此外103上04②工作面拟在103上04工作面临时停采线3.5m 左右，重新沿空开
切眼回采，沿空开切眼时，由于巷道顶煤受矿压影响易于离层、被压裂，易于形成较强的漏风通道，使103上04②工作面沿空巷道及相邻采空区煤层自燃的危险大大增加。
③ 由于生产接续工作的需要，103上03②综放面停采封面后7天，将开始103上04②轨
道顺槽的沿空掘进，由于停采封面时间短，103上03②工作面停采线前一段距离内，由于采
空区顶部破碎煤岩冒落不完全未压实，易造成煤柱及其顶板破碎，形成漏风通道。
④ 103上04②综放面东邻103上04①工作面采空区，北邻103上03工作面采空区，局部
通风系统复杂，此外103上03②综放面开采完毕后，在一段时期内有可能形成103上04②和103上06②综放面同时开采的生产部署，采区的需风量将大量增加，向采空区漏风将不可避
免的增多，工作面在回采过程中采空区遗煤的自然发火隐患也会随之增大。
由上述分析可知，鲍店煤矿十采区尤其是103上04②综放面和103上06②综放面所处区
域，在空间上将成一个多工作面沿空综放开采及大面积采空区相连的复杂区域，沿空掘进及回采期间的自燃隐患很大；而且由于接续紧凑，在时间上又将形成隐患重叠期，增大了该区域自然发火的可能性。该复杂区域从空间和时间上看，面临的煤炭自燃隐患不仅是鲍店煤矿而且也是整个兖矿集团下属各矿开采历史上所未有的，其在开采过程中通防特别采空区遗煤的自燃隐患较大，极易在该区域开采过程中造成较大的安全生产事故，严重威胁着矿工的人身安全。因此，必须对矿井复杂区域通防灾害治理技术进行研究，以保证矿井的高效安全生产。
本课题通过对矿井复杂区域采掘期间的防灭火技术进行研究，可以有效减小沿空综放面煤炭自燃隐患，建立健全开采复杂区域的综合防灭火技术体系，提高工作面的安全开采水平，保障矿井的安全生产；并可为兖州矿区类似复杂区域通防灾害治理技术工作提供理论、经验，因此，本课题具有重要的理论与现实意义。
二、研究开发内容
1. 采空区大面积连通状况下矿井采区通风系统稳定性研究
鲍店煤矿十采区在生产过程中多个工作面沿空综放开采，形成进回风巷及采空区与邻近采空区连成一片的较为复杂的复合采场。为了建立可靠有效的矿井局部通风系统，本课题将基于测压系统理论，进行采空区大面积连通状况下矿井采区通风系统稳定性技术研究，通过对通风系统的压力分析测定，掌握各综采工作面与周围采空区间的压能关系，有效结合通风理论与监测技术，确保通风系统网路简单、风流稳定，通风设施设置及时合理、坚固严密，提高矿井通风系统的减灾和抗灾能力，实现煤矿的安全、高效运转。
3. 复杂区域开采大面积采空区漏风规律研究
鲍店煤矿十采区在生产过程中将有多个工作面沿空综放开采，形成多个采空区连成一片的较为复杂的复合采场，形成了复杂的多源多汇漏风通道，使得该区域自燃危险性大大增加。为了减少漏风，防止自然发火，课题组根据测定的压能分布结果，分析其巷道、采空区的相互关系，分析回采时漏风的地点、范围，利用连续释放SF 6示踪技术探测漏风，并运用FLUENT 软件模拟十采区不同生产阶段的漏风规律，进而确定回采期间的漏风方向、漏风通道、漏风风速和漏风流场等漏风规律。
4. 复杂区域综放工作面采掘期间的防灭火技术研究
课题组针对鲍店煤矿十采区在生产过程中将形成大面积采空区相连复杂区域的状况，系统地分析十采区不同生产时期的煤炭自燃隐患特点，在充分研究现有防灭火技术的基础上，优化完善鲍店煤矿十采区的火灾防治技术，制定出预防为主、监测同行的防治与监测措施，以遏制煤炭自燃事故的发生，确保十采区复杂区域综放工作面的回采安全。
三、主要经济技术指标、项目最终目标
1. 技术经济指标
1）对鲍店煤矿十采区各工作面进行的压能和漏风量测定，确保测定误差≤5%；
3）制定、建立鲍店煤矿十采区复杂区域综放面开采不同时期防火技术与体系。
2. 项目的目标
根据兖矿集团鲍店煤矿矿井十采区复杂区域综放面的现状和特点，具体实现以下目标：
1）研究出鲍店煤矿矿井十采区复杂区域综放面发生自燃的特点；
2）研究出鲍店煤矿矿井十采区复杂区域综放面堵漏风技术及工艺；
3）鲍店煤矿十采区复杂区域综放面开采不同时期防火技术研究；
项目的研究成果将达到国际先进或国内领先水平。
四、关键技术及创新点
1. 关键技术
1）十采区复杂区域多连通状况下通风系统稳定性研究；
2）复杂区域的漏风检测技术及堵漏风技术；
3）复杂区域综放面开采不同时期防火技术。
2. 创新点
研究出适合鲍店煤矿的堵漏风措施，以及可靠的适合复杂区域综放面开采的防火技术措施，解决开采不同时期的通风及防灭火问题。
五、研究或研制开发的技术路线，实施的方式、方法、步骤
根据鲍店煤矿复杂区域综放面开采易自燃的特点，运用系统工程的观点，采用理论分析、现场实测计算机模拟和具体实施相结合的方式进行；通过对沿空开采时区域通风阻力的测量和分析，确定的合理通风方式及配风量；根据漏风参数的测定，准确掌握漏风区域和漏风状况，然后确定出适合鲍店煤矿的均压通风技术；针对不同开采条件的开采不同时期的自燃危险性分析确定适合的防火技术，并对该技术的工艺进行研究，最终从根本上达到防灭火的目的。本课题的研究技术路线如图2所示。
图2 本课题的研究技术路线
5.1采空区大面积连通状况下矿井采区通风系统稳定性研究
鲍店煤矿十采区南北走向长平均约1500m ，东西倾斜长平均约1750m ，面积约2.63Km 2，由于生产接续的需要，在生产过程中将行成一个多工作面沿空综放开采的复杂区域，本面采空区与相邻采空区连成一片，且多个工作面同时临时停采，形成了复杂的多源多汇漏风通道，矿井通风系统的可靠性差，整体防灾抗灾能力降低，通防工作压力比较大。因此需要进行大面积采空区多连通状况下矿井局部通风系统稳定性技术研究。本课题将以测压系统理论为基础，通过对通风系统的压力分析测定，掌握各综采工作面与周围采空区间的压能关系，确定安全合理的通风方式，设置及时合理有效通风设施，提高矿井通风系统的减灾和抗灾能力，实现煤矿的安全、高效运转。
由于十采区综放面区域复杂、机电设备散热量大、漏风较多，自燃发火危险大，其通风系统稳定性需综合考虑。综放工作面的不同配风量，会使工作面及其附近区域的压能具有不同的分布，对采空区特别是相邻采空区的漏风状况造成不同的影响。不适当地增大工作面的通风强度，无疑会引起采煤工作面进、回风两端的通风压差增大，不利于防治采空区自然发火；不适当地降低风量，又不利于改善综放工作面的气候条件，对安全生产造成威胁。因此需要利用测压系统理论，根据主要点的风量大小和压力分布，通过对通风系统的压力分析测定，掌握各综采工作面与周围采空区间的压能关系，以确定安全合理的通风方式，提高通风系统的稳定性和矿井的抗灾能力。
本课题拟采用压能测定如下：
①测点布置
根据周围采空区与上述工作面顺槽之间的关系，布置测点，井下测点布置按阻力测定的测点布置方法；测定路线选定后，即可按照压能测定的要求，结合本矿巷道布置的具体条件，在通风系统示意图上确定测定点的位置和数量，并沿测定路线将测点依次编号。在确定测点布置时一般应遵守下述原则：
ⅰ. 测点布置在风流稳定、巷道断面规整的地点，测点前后支护完好，巷道内无堆积物； ⅱ. 测点布置在风流分叉、汇合及压能变化较大的地点；
ⅲ. 测点与风流变化点之间应有一定的距离；
ⅳ. 测点应尽可能选在标高控制点附近。
在井下实测时，还应据现场的实际情况对个别测点进行调整，甚至临时性的增加或减少一些测点，以便使测点的选择能有效的控制主要巷道和工作面的压能分布情况。
②矿井压能的计算与压能图绘制
根据测定的数据，通过计算，掌握各工作面顺槽回采期间相邻工作面采空区及其周围巷道、采空区之间的压能关系和十采区的压能分布；绘制十采区井下压能图和上述工作面顺槽周围的压能图；掌握其与周围采空区之间的压力关系，通过压力关系，对周围的漏风的趋势进行定性分析，为确定安全合理的通风方式提供有效依据，同时为释放示踪气体研究漏风规律提供理论基础。
在研究该通风系统稳定性，确定合理的的通风系统时，兼顾漏风和煤尘等多种因素，为降低漏风实现合理的通风方式可以采用构建均压调节风门，实施并联风路等措施，要求保证井下所有供风地点的风量与各个生产环节相适应，为合理组织生产提供较好的环境条件；达到通风网路简单、风流稳定、角联和串联风路少、通风设施设置及时合理、坚固严密、采空区和盲巷封闭严实、有完善的反风设备、有利于灾害处理、抗灾、防灾能力强；同时主扇供电可靠、运行稳定，工况点在扇风机高效范围内，风量、风压、效率均达到标准规定，保证十采区综放工作面安全回采。
5.2 复杂区域综放面采空区的自燃危险性分析
自燃危险性是对开采系统中自燃危险程度的全面客观描述，包含危险概率和危险严重度两方面的含义。煤自燃危险性除了煤本身属性外，还受开采、通风、管理等方面因素的影响。本课题拟以现场实测数据为基础，从便于现场实际应用出发，课题组拟采用模糊聚类预测方法，建立综放工作面采空区自燃危险性评估模型，并对鲍店煤矿十采区综放面采空区自然危险性进行综合评估。
(1)自燃危险性评判原则
1) 煤本身类型所规定的与氧作用的敏感程度和可能性强弱的描述(目前用自燃倾向性指标来刻画) 。
2) 煤层本身赋存条件的反映与刻画。
3) 采场开采技术基本条件(含防治自燃的安全保障条件) 的反映与刻画。
4) 以上三方面综合决定着煤层开采时的自燃危险性，故要从此三方面寻求评判自燃危险性的指标。
5) 指标参数应立足现实，力求简便，又能反映问题的本质。
(2) 分析步骤
应用模糊聚类法预先分析鲍店煤矿十采区综放工作面自燃危险性，其步骤如图3所示。
图3 模糊聚类预先分析步骤
煤层赋存条件中的煤层自燃倾向性、煤层厚度、煤层倾角、煤的坚固性以及开采参数对煤层自燃危险性的影响是这些因素综合作用的结果。本课题运用模糊数学中聚类分析和模式识别方法，综合了煤层赋存条件中的自燃倾向性、煤层的坚固性、煤层厚度、煤层倾角以及开采参数，拟从现场收集103上03②、103上04②、103上06②和103上05②4个采煤工作面样本，按“煤层开采自燃危险性”的概念进行合理的等级划分，并以现场实际自燃情况验证等级划分的合理性。危险性等级划分的目的在于建立各类采煤工作面自燃危险性模式，并通过模式识别的方法对于待分析采煤工作面自燃危险性进行预先分析。这种自燃危险性预先分析在矿井设计阶段对煤层赋存条件均已探明及开采参数设计确定的情况下，可对煤层在未来实际开采时的自燃危险性做出综合预先分析，亦可用于生产矿井实际采煤工作面的自燃危险性评定分析。
5.3 复杂区域开采大面积采空区漏风规律研究
十采区103上04②和103上06②以及103上05②工作面均为沿空综放面，形成大面积采空区相连的复杂区域，地应力大，矿压显现比较明显，隔离煤柱很容易被压跨，导致煤柱两侧在风压差的作用下出现漏风现象；且由于主采3煤为易自燃发火煤层，随着时间的延长积聚热量，将导致隔离煤柱和采空区自然发火，影响煤矿的安全生产。为了有效防治该复杂区域的漏风问题，必须清楚上述工作面各顺槽与周围工作面采空区的连通情况、漏风通道及其漏风量。
课题组将针对十采区103上03②综放工作面、同时回采的103上04②和103上06②综放面、以及103上05②孤岛面不同开采时期漏风的地点、范围进行分析，根据压能测定结果，应用定量连续稳定释放示踪气体研究巷道漏风，通过分析沿途巷道各点示踪气体的浓度变化，找出沿空巷道漏风规律：①漏风区域的漏风状况，包括漏风方向、漏风通道、漏风风速及漏风流场等；②确定主要漏风源和漏风汇。
示踪技术探测漏风的基本原理是：在高能位侧，通过释放SF6，同时在低能位侧（即在漏风汇处）根据具体情况布置若干个取样点取样，进行气体分析；依据气体分析的结果，即SF6气体的浓度变化等，找出沿空巷道漏风规律。
1) 上述工作面顺槽与周围工作面采空区连通分析
根据压能测定的结果，在适当的井下地点释放SF 6气体，确定上述工作面顺槽与周围工作面采空区连通情况，在需要收集的地点进行检测和收集SF 6气体；采集气样的色谱分析和数据分析。
根据工作面顺槽与周围工作面采空区连通情况及其实际的漏风规律，采用FLUENT6.0对上述工作面顺槽的漏风规律进行模拟分析，掌握开采时的漏风规律。
FLUENT 是用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导的CFD 计算软件。FLUENT 的出现，使求解流体力学中的连续性方程、动量方程、能量方程以及组分方程，以及它们之间的耦合求解变得方便快捷。FLUENT 操作界面如图4所示。
图4 FLUENT 操作界面示意图
2) 工作面顺槽的漏风量测定
103上03②综放工作面、103上04②综放面以及103上05②孤岛面各沿空顺槽为进风巷，假设巷道沿途有风漏出，风量逐渐减少，在上述工作面顺槽采过相邻工作面采空区230~300m之间，在上述工作面顺槽迎头定量释放SF 6气体，测定上述工作面顺槽的漏风量，从而定量确定漏风情况。为了保证测定漏风量测定的准确性，在测点处每隔十分钟采集一次，共采集六次，然后通过数值分析来确定风量的合理性。
5.4复杂区域综放工作面采掘期间的防灭火技术研究
针对鲍店煤矿十采区综放工作面的生产布置，本课题将该复杂区域的防灭火研究工作划分为如下四个时期：(1) 工作面临时停采、封面及启封期间的防灭火技术研究；(2) 沿空掘进巷道及切眼期间的防灭火技术研究；(3) 103上04②和103上06②综放面同时开采期间的防灭火技术研究；(4) 103上05②孤岛面开采期间的防灭火技术研究。针对不同时期不同
的工作情况分别制定出相对应的防灭火技术，确保十采区工作面的正常生产与安全。
5.4.1 工作面临时停采、封面及启封期间的防灭火技术研究
鲍店煤矿十采区由于受工作面上方地面建筑的影响，103上04、103上05、103上06三个
工作面现均在工作面中部位置临时停采封面，由于工作面临时停采时间较长，自燃发火的危险性较大，为确保工作面停采、封闭、启封期间相关工程顺利施工，特结合矿井实际制定以下治理方案。
1）103上06工作面临时封闭前
103上06工作面停采后不撤除支架进行封闭，预计2010年6月份恢复生产，为确保工
作面临时停采安全，制定如下方案：
十采区工作面上、下顺槽均为锚网支护，工作面在回采时一般不拆除锚杆及铁丝网，采空区后部两顺槽位置冒落不彻底，形成较长的漏风通道，易导致工作面停采时后部采空区尤其两端遗煤带的残煤自燃，在两顺槽各构筑一道炉渣袋隔离墙消除采空区漏风。
停采前，在运顺巷道中间补打锚索钢带，一排一根，加强顶板支护，并对沿空侧进行喷浆堵漏。停采前20m 时，工作面两顺槽分别施工沙袋隔离墙，并预埋注浆管路和束管。在距离停采线60m 以外，两顺槽各施工1道柔性密闭，并在柔性密闭前后施工木垛或打单体加强支护。加强工作面及两顺槽支护，并对移动电泵站、采煤机、前、后部刮板输送机、转载机、液压支架、破碎机、胶带输送机等设备进行保护。
停采后，工作面上下隅角分别施工沙袋隔离墙，并喷赛福特封堵，敷设工作面、上、下隅角监测束管。隔离墙从煤帮一直构筑至1~2架支架处，垛墙厚度2~3m，在隔离墙外喷射厚度不小于0.5m 的SF~1赛福特快速密闭材料，以有效防止端头向采空区漏风。沙袋隔离墙、注浆管及束管布置情况如图5所示。
图5 沙袋隔离墙、注浆管及束管布置图
2）工作面封闭
103上04、103上05和103上06三个工作面现均在工作面中部位置临时停采封面，工作
面由于长时间不推进，形成严重的煤层自然发火隐患，为防止自然发火现象，工作面停采后10天内必须完成封闭工程。工作面封闭分为3个步骤：一是停采线封闭；二是顺槽封闭；三是防灭火治理及系统调整。
(1)停采线封闭
密闭施工前，距停采线60m 以外，分别在上、下顺槽施工1道木垛（打点柱）和1道柔性密闭，并对其外部喷浆或喷赛福特封堵，柔性密闭厚度为0.5m ，木垛规格为3×3m 的全断面木垛。其结构如下图：
图6 木垛及柔性密闭布置图
(2)顺槽封闭
在距离上、下顺槽门口5m 范围分别施工1道永久密闭，并对其全部喷注赛福特封堵，其结构如下图：
图7 永久密闭布置图
(3)防灭火处理
①工作面停采线封闭前，排查风、水管路系统，杜绝漏风、漏水。在上下顺槽永久密闭施工后，将风管改为注氮管路，向采空区注氮气进行防灭火处理，并在巷道口将水管掐开，留设三通阀门。
②注氮系统：地面→二采皮带巷→2306联巷→2306岩集运→2309轨道上山→十采回风巷→联络巷→轨道顺槽。
③封闭初期，每天必须对采空区进行防灭火处理（注氮气），经化验分析采空区氧气浓度﹤5%时，可根据实际间隔注氮气。
④防灭火系统布置图：
图8 防灭火系统布置图
3）监测监控
103上04、103上05和103上06临时封闭工作面采用束管监测、安全监测和人工采样分
析的方法对停采线、采空区气体情况进行监测。
(1)安全监控
工作面回采、停采、封闭前，采用CO 、CH 4、温度、风速传感器有效监测工作面环境参数。
(2)束管监测
工作面停采前，向工作面停采线施工2个钻孔，通过钻孔敷设5路不同颜色的束管，并编号说明，其中1#、2#束管埋设在上、下顺槽2道隔离墙之间顶板位置；3#束管埋设在上隅角顶板处；4#束管埋设在工作面中间位置紧贴支架上部；5#束管埋设在下隅角顶板处；束管监测点具体布置情况如下图：
图9 束管监测点布置图
(3)人工采样分析
正常情况下，工作面停采1个月内，每天采集1次气样；工作面停采1个月后，气体无样改为每周采集1次气样；启封密闭前1个月，每天采集1次气样。
4）启封
103上04、103上05和103上06工作面启封前，必须对采空区内气体成份进行分析化验，
确认是否具备启封条件。
(1)启封任务
启封顺槽密闭及柔性密闭；恢复工作面风、水管路和供电、注浆、运输、通风系统。
(2)启封方法、顺序
工作面启封工程分为3个步：一是采用局部通风机启封顺槽密闭；二是恢复通风系统，形成进回顺槽压差，采用全风压通风启封柔性密闭；三是恢复工作面风、水管路和供电、注浆、运输、通风系统；具体启封顺序如下：
启封顺序→恢复局部通风机供风→启封两顺槽密闭→调整通风系统，形成进回风顺槽压差→启封柔性密闭→恢复通风、生产系统。
5.4.2 沿空掘进巷道及切眼期间的防灭火技术研究
103上04②和103上05②工作面拟在103上04和103上05工作面临时停采线3.5m 处，重
新沿空开切眼回采，沿空开切眼时，由于巷道顶煤受矿压影响易于离层、被压裂，易于形成较强的漏风率等特点，使沿空巷道及采空区易发生煤层自燃。采区内将有多条巷道沿空掘进，尤其103上04②轨道顺槽在103上03②综放面停采封面后仅7天内即开始沿空掘进，
由于时间较短，103上03②工作面停采线前一段距离内，由于采空区顶部破碎煤岩冒落不完
全未压实，易造成煤柱及其顶板破碎，形成漏风通道，引起相邻采空区内的遗煤自燃。本课题为了有效地消除巷道及切眼沿空掘进期间可能出现的自燃隐患，制定了针对沿空掘巷时高冒区、地质构造破坏区、相邻采空区和老巷、停采线、煤柱破碎区等易自燃危险区域的防灭火技术，包括：砌筑密闭墙、堵漏风、束管气体监测、红外与温度传感器监测等安全措施的沿空掘巷防灭火技术方案。
(1) 巷道喷涂
沿空巷道和沿空切眼掘进时，采用水泥砂浆或LFM 轻型喷涂料对巷道要求喷堵沿空一侧及巷道顶部的1/2，对顶板有冒顶及松动离层段需全部喷严，并喷至实体煤一侧顶板以下0.5~1.0m，喷层厚度50~100m，要求喷射均匀、平整，将漏风通路堵严，不留孔洞。图10巷道内喷浆示意图。
图10 巷道内喷浆示意图
①水泥砂浆喷涂封堵技术
水泥砂浆喷涂封堵技术，具有成本低、材料来源广泛、操作简单的特点，水泥砂浆具一定的支护强度，堵漏风效果好，与锚网支护合用，将起到巷道支护和更好堵漏风作用。该技术是通过喷浆机把水泥、黄砂和水按一定比例混合并喷射到煤巷道壁上。
②LFM 轻型喷涂料的采用
LFM 轻型充填材料—喷涂型材料是最新研制的轻型喷涂堵漏材料。无毒副作用，不燃烧也不助燃，符合轻质、密封、承重、高效、环保的要求，能够有效完成有煤自燃隐患和瓦斯矿井的密封、堵漏等诸多任务，具有应急、高效、快速、经济的特点。
该技术是使用注浆泵和喷射器将混合液注入破碎煤体，起到充填、加固、表面喷涂的
作用。单料配水，工艺简单，水灰比为1：1.2－1.5，此料在墙体或碎煤上喷涂厚度为1－4cm ，抗压强度大于2MPa ，在凝固过程前是良好的灭火材料，凝固后发生一定的放热反应，温升不超过30℃，无法自行燃烧，也不足以点燃其它易燃物，固结后放入800℃火炉中不会被点燃，具有良好的阻燃抗烧能力。
（2）在掘进期间对自燃危险区域压注防灭火材料
对相邻停采线、开切眼、老火区、原自燃隐患点、揭露采空区等处压注防灭火材料如粉煤灰、胶体等。具体措施如下：
① 向采空区内压注凝胶
在103上04②、103上05②工作面切眼及103上04②轨道顺槽过103上03②综放面采空区
未压实段时，应打钻孔向巷道相邻采空区内压注凝胶，注胶孔穿透煤柱，孔间距10m ，孔长5~6m。在注钻孔下部打观测孔，穿透煤柱，观测孔内放置束管。具体布置如图11所示。
图11 巷道相邻采空区注胶孔及观测孔布置示意图
② 向顶板破碎区域压注胶体
沿空巷道、沿空切眼、煤柱部分区域有可能受应力影响，顶煤破碎严重，为了加固顶板，减少漏风，在破碎煤体进行压注凝胶等材料。针对十采区各沿空巷、沿空切眼及煤柱顶煤破碎区域的注胶钻孔布置为：沿两顺每3米钻设3个为一组的钻孔，侧临采空区钻孔垂直向采空区顶板遗煤处延伸，钻孔长度4~5米，与水平夹角为40~50°，其余两个钻孔平行巷道布置，钻孔长度4-5米，与水平夹角为30~40°。钻孔布置如下图所示。
采空区
...... 3号钻孔......
顺槽综放面
图12 顶板破碎区域的注胶钻孔布置
(3) 构筑防爆密闭
巷道及切眼掘进时，将有可能贯穿部分已封巷道，为了有效隔离采空区漏风及其引发的采空区自然发火事故，可采用防爆密闭，如图13所示。
外闭
图13 防爆永久密闭示意图
内闭：砖（或砌块、料石）、砼结构，厚度不小于500mm 。
外闭：建在巷道门口以里不大于5m 处，砖（或砌块、料石）、砼结构，厚度不小于500mm 。 两闭之间充填：沙(土) 袋充填，并压注膨胀接顶材料，如马丽散等，充填厚度不小于4m 。
防爆永久密闭在使用过程中应注意如下几个问题：
永久密闭要求墙体结构稳定严密、材料经久耐用，墙基与巷壁必须紧密结合，连成一体。永久密闭一般采用掏槽结构，也可采用锚杆注浆结构。煤巷密闭必须掏槽，帮槽深度为见实煤后0.5m ，顶槽深度为见实煤后0.3m ，底槽深度为见实煤后0.2m ，掏槽宽度大于墙厚0.3m ；岩巷不要求掏槽，但必须将松动岩体刨除，见硬岩体。
墙身应选用高强度材料砌筑或浇筑，且有足够的厚度，墙面覆盖层厚度应大于20mm 。 在倾角超过30°的巷道砌筑密闭时，密闭墙体宜垂直于巷道轴线，并采用基座结构，用以承受侧压和墙体自重。墙基四周必须嵌入巷帮一定深度，岩壁宜大于0.5m ，煤壁宜大于1m 。墙体上方可充填河砂、粘土等惰性材料或予以注浆。
对密闭有防爆要求时宜选用沙(土) 袋密闭作缓冲墙，再建筑永久密闭。要求耐动压时宜选用木段密闭。在巷帮破裂的巷道中可选用充填型密闭，或对巷帮进行注浆处理。
火区密闭和防火永久密闭都应在离地板高度为墙高的2／3处设直径不小于25mm 的检测口，用于观测压差、气温和取气样；封闭区内高外低处的密闭应安装直径50mm 以上放水管，并带有水封结构或安装阀门，离底板高度为0.3m ，用于观测水温、释放积水；另外在密闭的顶部还要安装直径不小于100mm 的灌浆管，以备灌浆、注氮使用。
(4) 温度监测。
采用铂电阻传感器和红外探测技术进行监测，在破碎的地点布设Pt100铂电阻温度传感器，深度视具体情况而定，进行温度测定；Pt100铂电阻在103上04②、103上05②工作面
切眼及103上04②轨道顺槽过103上03②综放面采空区未压实段时，每30m 向采空区内打钻
布置1个Pt100铂电阻温度传感器，其它沿空巷道每60m 向采空区内打钻布置1个Pt100铂电阻温度传感器，如遇到高温区域，要密集布置Pt100铂电阻温度传感器。对沿空巷道顶煤、煤柱及实体煤侧每10米用红外线测温1组，2天测1次。
(5) 束管监测，为了对一旦出现的煤炭自燃发火及对其隐患进行定性、定量分析，对自燃危险性较大的高冒区进行束管监测，每10m 布置1路，束管布置如图9所示，其它沿空巷道每50m 向采空区内打钻布置1路束管，主要指标气体如CO 、CO 2、C 2H 4、CH 4等进行抽取和分析，每2天测试一次。
5.4.3 103上04②和103上06②综放面同时开采期间的防灭火技术研究
103上04②综放面开采完毕后，在一段时期内将形成103上04②和103上06②综放面同
时开采的生产部署，其中，103上04②综放面东邻103上04①工作面采空区，北邻103上03工作面采空区，局部通风系统复杂，十采区的需风量将大量增加，向采空区漏风将不可避
免的增多，工作面在回采过程中采空区遗煤的自然发火隐患也会随之增大；为此，两面最好错开开采时间，若同时开采，两面相错至少80m ；还要采用以下防灭火措施。
1）开采前
①对顶煤松动和压酥段以及沿空巷道进行喷涂堵漏；要求对103上03②沿空侧顺槽，采用LFM 轻型喷涂型材料喷涂，水灰比为1：1.2－1.5，要求喷堵沿空一侧及巷道顶部的1/2，对顶空巷道、顶板有冒顶及松动离层段需全部喷严，并喷至实体煤一侧顶板以下0.5~1.0m。
②敷设完善注浆管路，为工作面推采期间的注浆做准备。
③利用打好的注胶钻孔向顶板松动处松散煤体及沿空巷道侧压注凝胶，支撑加固破碎煤体。
④开切眼由于不放顶煤，造成底板浮煤堆积，应对开切眼压喷洒或压注阻燃材料（或雾化），保证阻化剂(MgCL2) 浓度在15%~20％之间，每班使用阻化剂不少于100kg 。
⑤束管及温度监测，在103上04②和103上06②综放面两端头遗煤及工作面支架后部破
碎煤体中布置各10路束管及温度传感器，束管均深入到钻孔底部，并引至超前支护处。并用红外温度探测仪每2天对工作面及顺槽温度测定1次。
2）工作面开采初期（前200m ）
①在103上04②和103上06②综放面回采期间，要保持连续推进，月推进速度不得小于
某一推进速度（推进速度要根据三带观测结果进行确定），不小于80m 。
②103上04②和103上06②综放面同时回采期间，两工作面的间距不小于80m 。
③在工作面推进的同时，对采空区进行灌浆。应用进、回风巷埋管的灌浆方法，在进、回风巷设两路Φ75 mm 灌浆管，一路埋入上隅角采空区，一路埋入下隅角采空区，灌浆管路应埋入采空区15m 左右，特别是在开切眼和断层破碎带处，每日轮流灌注浆体。
图14 工作面两巷端头注浆管路布置示意图
④103上04②和103上06②工作面进风侧端头每隔一定距离（一般间距不大于50m ）应
施工1道3~5m左右隔离墙，根据实际情况确定，接顶接底。
隔离墙的其作用是封堵采空区空间的漏风，对工作面后部采空区实行均压，减少两顺槽侧采空区的漏风量，缩短氧化带和散热带的长度，增加窒息带的长度，降低采空区浮煤自燃发火的危险程度。
鲍店煤矿十采区工作面上、下顺槽均为锚网支护，工作面在回采时一般不拆除锚杆及铁丝网，采空区后部两顺槽位置冒落不彻底，形成较长的漏风通道，易导致工作面开切眼、构造带附近遗留煤炭自燃，工作面根据U 型通风的回采工作面采空区“一源一汇”漏风理论，要消除采空区漏风，要在两道设置隔离墙，隔离墙的设置如图15所示。
图15 隔离墙的设置 ⑤当工作面月推进速度小于某一推进速度时应对开切眼、隔离墙内进行注浆或压注阻燃材料（或雾化），每天早班对工作面煤壁、架间及架后暴露的煤矸进行喷洒阻化剂防灭火。
⑥利用埋设的束管对开切眼附近的气体进行监测，每天对其取样化验，并建立监测分析档案；在进行温度监测、束管监测的同时，对综放面进行红外温度检测。
3）开采期间
①103上04②和103上06②两工作面的间距不小于80m 。
②过影响工作面推进速度的断层时，接近断层前50m 要预埋注浆管路和监测束管；当月推进速度低于某一推进速度（推进速度要根据三带观测结果进行确定）或有自燃征兆时，应施工隔离墙，进行注浆、注氮处理。
③对永久不用的溜煤眼（或永久不用段）应充填不燃性材料，其它不用的溜煤眼上口
应用不小于1m 厚的黄泥进行封堵；永久不用的联络巷，应充填粉煤灰固化材料，其它联络巷可在下口施工夹缝墙。
④在工作面推进时期，利用打好的注胶钻孔向顶板松动处松散煤体及沿空巷道侧压注凝胶，支撑加固破碎煤体。
⑤在工作面推进的同时，对采空区进行灌浆。特别是在断层破碎带处，更应完善注浆管路，每日轮流灌注浆体，随采随注。
⑥工作面进风侧端头每隔一定距离（一般间距不大于50m ）应施工1道隔离墙。
4）综放工作面末采期间（距停采线100m ）
①工作面要保持连续推进，月推进速度不应小于某一推进速度（推进速度要根据三带观测结果进行确定），并且两工作面的间距不小于80m 。
②埋设注浆管路和监测束管，埋设束管要考虑自然风压的影响；
③工作面进回风侧端头每隔一定距离（一般间距不大于30m ）施工1道隔离墙；
④当工作面月推进速度低于某一推进速度（根据三带观测结果进行确定）或有自燃征兆时，要进行注浆、注氮处理。
5）工作面停采期间
①采煤面停采、回撤期间，应及时减少工作面风量，风量应为正常回采时风量的一半左右。
②停采后，利用在两隅角预埋的注浆管路向采空区内连续注浆。
③停采后，应在工作面进回风端头各施工一道隔离墙，并压注防灭火材料。
④停采后，应在支架顶部、后部及工作面打防火钻孔，压注凝胶或高分子材料。
在工作面停采后，沿工作面方向每隔2架按前、中、后方式施工一组（3个）防火孔，后部孔是在后部运输机道向后尾梁架间及放煤口施工的钻孔，倾角40～45°，深度2.5～3m ；中间孔从支架顶梁中间打到顶梁上部及支架后浮煤的钻孔，倾角30°左右，深度6～8m ；前部孔是从支架前梁架间打到支架后浮煤的钻孔，倾角20～25°，深度10m 左右，均下一寸套管，套管直径为1寸，每节长度为1.5m ，端头为管螺纹；套管联接采用管箍。钻孔中第一节套管为花管，花管由套管加工而成，即每隔10cm 钻一个φ15mm的孔，并均匀分布在套管圆周各个方向。并用快速水泥封孔，并用堵头封堵孔口。在上下头端头支架以外向后部各打6个防火钻孔，钻孔采用扇形布置，钻孔倾角30～35°，钻孔长度8～12m ，钻孔布置见图16。
图16 防火钻孔布置示意图
⑤撒阻化剂及汽雾阻化防火
1、撒阻化剂：工作面停产后清理前后溜槽底板浮煤及架内浮煤，对工作面前后溜槽及架间撒阻化剂(MgCL2)，要求撒阻化剂量(MgCL2)≥2Kg/m2。
2、汽雾阻化：每天早班在工作面轨顺端头进行喷洒阻化剂防灭火，并保证阻化剂(MgCL2)浓度在15%～20％之间，每班使用阻化剂不少于100kg 。
⑥束管监测
工作面两端头预埋的束管和工作面回风流气体进行取样，化验分析；并建立监测分析档案；每隔5架，在支架尾梁处向煤层内打探眼，埋设束管，每天取样进行束管分析，并建立监测分析档案。
⑦温度监测
每天利用红外线测温仪对回风隅角、回风流及工作面每个支架尾梁、顶梁间松散煤体、煤壁进行温度检测；在工作面两端头分别打钻布置一个温度传感器，在周围煤体较破碎区域加密布置温度传感器探头，温度传感器均深入到钻孔底部，以确定煤体内的温度变化情况，每天记录1次温度数据。
温度传感器和束管可下在同一钻孔，具体布置如图17所示。
1-2-3
-
图17 十采区工作面停采期间温度束管监测钻孔布置示意图
⑧采煤面回采结束后，应在40天内回撤完毕。
6）工作面回撤后
①在5天内完成封闭；
②停采线应预埋注浆管路和监测束管，并向停采线高位施工注浆孔；
③应将两隔爆密闭间巷道（不小于15m ）用粉煤灰充填，不具备充填条件的，封闭时应先施工5m 沙袋墙后，再施工永久闭；
④对停采线高位大量多次灌浆（电厂生产后应用粉煤灰制取浆液灌浆）或压注凝胶，注浆流经的地点要采取可靠的疏水措施。
5.4.4 103上05②孤岛面开采时期的防灭火技术措施
鲍店煤矿十采区工作面跳采后形成103上05②孤岛面，该面东部、南部和北部均为采空区，浮煤自燃的危险性增加，防火压力较大，工作面在不同时期选用如下防灭火措施，进而从根本上达到防灭火的目的，两侧沿空巷道的处理方式如前所述。
1）工作面开切眼防火处理
①对顶煤松动和压酥段以及沿空巷道进行喷涂堵漏；主要对103上04②沿空侧顺槽，以及103上04②和103上06②综放面顶煤松动压酥处采用LFM 轻型喷涂型材料喷涂。
②开切眼由于不放顶煤，造成底板浮煤堆积，给自燃埋下隐患；为防患于未然，必须加强工作面监测和采空区浮煤自燃性预测，并加快初始推进速度，除此以外还应完善注浆注氮管路，采取注氮、灌浆等防火措施，每日轮流灌注浆体。
③预埋监测束管，在103上04②和103上06②综放面两端头遗煤及工作面支架后部破碎煤体中布置18路束管及温度传感器，并用钢管保护，并引至超前支护处。
④利用注胶钻孔向顶板松动处松散煤体及沿空巷道侧压注凝胶，支撑加固破碎煤体。 ⑤开切眼由于不放顶煤，造成底板浮煤堆积，应对开切眼压喷洒或压注阻燃材料（或雾化），保证阻化剂(MgCL2) 浓度在15%~20％之间。
2）工作面开采初期（前200m ）
①工作面开始回采，要保持连续推进，月推进速度不得小于某一推进速度（推进速度要根据三带观测结果进行确定）；
②利用埋设的束管对开切眼附近的气体进行监测，每天至少测定一组数据；对束管监测系统的数据及时进行分析，发现温度上升明显、CO 浓度超过24ppm 或增加较快时，要及时组织进行撤人、及时采取工作面封闭措施等。
③103上05②工作面进风侧端头每隔一定距离（一般间距不大于50m ）应施工1道隔离墙。
④当103上05②面月推进速度小于某一推进速度（根据三带观测结果进行确定）时应对开切眼、隔离墙内进行注浆或压注阻燃材料；同时利用打好的注胶钻孔向顶板松动处松散煤体及沿空巷道侧压注凝胶，支撑加固破碎煤体。
⑤在工作面推进的同时，对采空区进行灌浆。特别是在断层破碎带处，更应完善注浆管路，每日轮流灌注浆体，随采随注。
3）开采期间
①过影响工作面推进速度的断层时，接近断层前50m 要预埋注浆管路和监测束管；当月推进速度低于某一推进速度（根据三带观测结果进行确定）或有自燃征兆时，应施工隔离墙，进行注浆或注胶处理；特别是在断层破碎带处完善注浆管路，随采随注。
②对永久不用的溜煤眼（或永久不用段）应充填不燃性材料，其它不用的溜煤眼上口应用不小于1m 厚的黄泥进行封堵；永久不用的联络巷，应充填粉煤灰固化材料，其它联络巷可在下口施工夹缝墙，夹缝中用不燃性材料充填密实。
③敷设注氮管路，当有自然发火征兆时，影响高温区域及时注氮惰化。
④向103上05②后部采空区及冒顶区域灌注胶体泥浆或凝胶，利用注浆管路，向隔离墙后压注胶体泥浆；在巷道附近煤体内，采用小钻孔在内部漏风点压注MEA 或凝胶，封堵漏风通道；在局部漏风较大的地点也可采用艾格劳尼、洛克修、瑞米密闭材料进行封堵。
⑤工作面进风侧端头每隔一定距离（一般间距不大于50m ）应施工1道隔离墙。
4）孤岛面推进缓慢时期的防火处理措施
当在煤体自然发火期内工作面推进的长度小于氧化升温带宽度时，煤体就有发生自燃的危险，万一发生这种情况时，应按下列方法处理。
①在工作面隅角挂设风帘，减少采空区漏风；
②在顺槽隅角堆积土袋，建立防火隔离墙；
③不放煤，以加快工作面推进速度；
④加强工作面气体、温度监测；
⑤在工作面喷洒汽雾阻化剂；
⑥对采空区进行埋管注氮惰化防火处理。
⑦向后部采空区灌注胶体泥浆或凝胶。
5）工作面停采前、撤架期间、回撤后防火处理
①工作面离设计停采线60m 时，即开始在工作面喷洒汽雾阻化剂；
②工作面离设计停采线40m 时，沿顺槽要采空区预埋注氮管路；
③工作面停采时，即开始向采空区进行注氮防火；
④工作面停采期间，降低工作面风量（约正常风量的一半）；
⑤加快工作面设备撤出速度，应一定时间内工作面设备全部撤完，并完成封闭；
⑥在撤架过程中，加强停采线气体、温度监测和自燃危险性预测；
⑦经检查预测，确有自燃危险性时，在危险区域架间布置钻孔，进行注胶防火处理； ⑧工作面停采设备全部撤出以后，在停采线以外顺槽的适当位置打隔爆密闭墙，并留设观测孔和注浆管路；
⑨对封闭区进行灌浆处理；
⑩定期检测隔爆密闭内气体、温度情况，至少每星期检测二次；采取均压措施，减少停采线漏风，防止停采线浮煤自燃。
六、技术、经济可行性及可靠性分析、论证
鲍店煤矿在实施高产高效矿井建设中，由于采掘工作部署及接续工作的需要，将先后在十采区形成多个沿空综放工作面；沿空工作面尤其是孤岛工作面，由于与采空区相邻，本身又是小煤柱开采，采空区冒落空间大，本面采空区与相邻采空区连成一片，形成了复杂的多源多汇漏风通道，加上巷道受压变形大，发生火灾的风险大大增加。为保证矿井安
全高效开采，就必须采取经济、合理、易于实现的通防治理技术。
通过本项目的研究，全面系统的对孤岛工作面综放开采和同采区两个工作面同时综放开采情况下的通风状况、煤层自然发火特点及规律进行分析，制定矿井复杂区域开采期间煤层自燃治理控制技术，能够确保鲍店煤矿多个工作面沿空综放开采及大面积采空区相连复杂区域的开采安全。该课题的研究成功，解决了针对现代化高产量矿井复杂区域开采的火灾防治关键技术，可为鲍店煤矿及相关矿井提供有效灾害防治手段，从而能有效地保障矿井的安全生产。
本课题在多个工作面沿空综放开采及大面积采空区相连复杂区域的巷道漏风的定量分析具有较大难度，但课题组成员长期从事矿井安全工作，在矿井通风系统优化和矿井灾害防治方面具有扎实的理论基础和实践经验，有能力完成本课题的研究工作。
七、对安全、环境、健康的影响性分析
本项目进行了矿井复杂区域通防灾害治理技术的适用型和经济型研究，提出了多个沿空工作面综放开采及大面积采空区相连的复杂区域的煤层通防灾害防治技术方案。可较好地解决鲍店煤矿十采区的通防问题，有利于创造井下适宜的工作环境，保证矿井的高效运转，保障职工的人身健康安全。
八、现有基础、技术条件，保证体系
山东科技大学具有较强的基础研究、应用研究和科技开发能力及多学科交叉的综合科技优势，在矿业工程领域有较强的学科基础和学术优势。依托矿山灾害预防控制教育部重点实验室长期从事火灾、瓦斯治理治理、通风系统优化、安全监测监控与信息化等理论研究及现场应用工作，在矿井通防灾害防治方面有着雄厚的科研能力。承担过国家自然科学基金、省、部级的多项科研项目，获得了多项科技进步奖，科研成果丰硕，在国内外有较突出的学术声誉，已达到国内同类研究领域一流水平，为本项目的研究奠定了坚实的理论和技术基础。省部共建教育部重点实验室设备齐全，实验装备整体达到国内先进水平，目前拥有MTS815岩石伺服试验系统、曙光4000并行机、傅立叶红外分析仪、瞬变电磁测量仪等一批国际先进的设备，实验室先进的仪器设备为完成本课题研究提供了必要的硬件基础。
鲍店煤矿在矿井工作面综合防火方面有着丰富的现场经验，技术人员素质高，因此课
题组无论从人员构成还是技术水平及硬件基础，都为本课题研究成功提供了必要的基础。山东科技大学与兖矿集团长期合作，熟悉矿井实际情况，矿校结合可以在矿井复杂区域综放面火灾控制及防治关键技术方面创造出更大的理论及工艺突破，从而促进矿井安全生产。
九、经济、社会效益分析
我国是世界产煤大国，煤炭生产在为国家的快速经济发展提供70%的能源的同时，也成为许多地方财政和企业的主要经济支柱产业，同时也吸纳了大量的劳动力就业。目前，我国的煤炭市场形势十分喜人，据预测，目前的煤炭市场价格还要维持相当长的一个时期。在这个时期内，煤炭企业的利润十分丰厚，前提条件是要实现安全生产。
煤矿井下通防灾害防治投资很高，针对性不够强，往往难以取得预期效果。该项目的完成，可以做到有的放矢，把有限的安全技术、资金投入到最需要的地方，并发挥出最大的安全效益。该课题的研究成功，解决了针对现代化高产量矿井复杂区域综放开采的通防灾害防治关键问题，可为鲍店煤矿及相关矿井提供有效的通防灾害防治手段，从而能有效地保障矿井的安全生产。
项目的实施保证了采面的安全生产和回撤，提高了煤炭采出率，使得井下各类设备(施) 免受灾害影响，保证了机械设备、生产巷道安全和正常使用，经济效益十分显著；而且项目的实施为井下矿工创造了一个良好的工作环境，有效地保障了井下矿工的人身安全，大大减少了事故的发生率，激发了工人的劳动积极性，实现了矿井的高产高效，维护了矿区的和谐、稳定，取得了良好的社会效益。因此，课题的研究成果具有广阔的推广应用市场和应用前景，经济效益和社会效益巨大。就国内外目前该项技术的现状而言，本课题在全省乃至全国的复杂区域综放面通防灾害治理方面都有及其广阔的推广应用价值。
十、项目实施进度计划（按年、月的详细进度计划）
项目进度：2010.1~2010.12
(1) 2010年01月~2010年02月 现场调研，井下通风、防灭火现状调查；
(2) 2010年03月~2010年05月 复杂区域综放面采空区的自燃危险性分析及自燃危险区域判定技术研究；
(3) 2010年06月~2010年08月 复杂区域开采大面积采空区漏风规律研究；
(4) 2010年09月~2010年11月 复杂区域工作面综放开采期间的防灭火技术研究；
(5) 2010年12月 项目总结，提交总体研究报告，评审鉴定。
十一、经费计划
项目研究经费：
十二、项目负责人、项目组成员及分工
1、项目负责人
甲方
乙方
2、项目主要研究人员
甲方
乙方
复杂区域综放工作面
采掘期间的防灭火技术研究
实 施 方 案
兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿
山 东 科 技 大 学
2009年12月
目 录
一、项目的必要性 .......................................................................................1
二、研究开发内容 .......................................................................................3
三、主要经济技术指标、项目最终目标 . ..................................................3
四、关键技术及创新点 ...............................................................................4
五、研究或研制开发的技术路线，实施的方式、方法、步骤 ..............4
六、技术、经济可行性及可靠性分析、论证 . ........................................24
七、对安全、环境、健康的影响性分析 . ................................................25
八、现有基础、技术条件，保证体系 . ....................................................25
九、经济、社会效益分析 .........................................................................26
十、项目实施进度计划（按年、月的详细进度计划） ........................26
十一、经费计划 .........................................................................................27
十二、项目负责人、项目组成员及分工 . ................................................27
复杂区域综放工作面采掘期间的防灭火技术研究
实施方案
一、项目的必要性
兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿十采区位于井田的南翼，北至矿井工业广场保安煤柱；东至井田边界煤柱，与东滩煤矿为邻；东南至3上和3下煤层露头风氧化带；西南以采区煤柱为界与四采区相邻；西以采区煤柱为界与二采区相邻。本井田各煤层均有自燃发火的可能性，3煤为易自燃发火煤层，发火期3~6个月。十采区首采面103上01综放面于
2003年3月开始开采，现已开采综放工作面为103上01、103下01、103上02及103上03、103
上04、103上05、103上06四个工作面的下部。十采区各工作面沿空顺槽隔离煤柱宽3米，沿
空切眼隔离煤柱宽3.5m 。十采区采掘工程图见图1。
图1 十采区采掘工程图
从图1可以看出，鲍店煤矿十采区在生产过程中东部及北部部分已采工作面已形成一个大面积采空区相连的复杂区域，该采区在采掘期间将面临如下通防隐患：
① 十采区现已形成一个大面积采空区相连的复杂区域，在该区域内易形成复杂的多源多汇漏风通道，向采空区漏风可能增多，给矿井通防尤其防灭火工作带来较重的压力。
② 由于受地面建筑及铁路桥搬迁等的影响，103上04、103上05、103上06三个工作面
现均在工作面中部位置临时停采封面，103上06工作面停采后不撤除支架进行封闭；由于三
面的临时停采时间长，并且停采线附近遗煤较多，如果处理不当，会造成向后部采空区的大量漏风；此外103上04②工作面拟在103上04工作面临时停采线3.5m 左右，重新沿空开
切眼回采，沿空开切眼时，由于巷道顶煤受矿压影响易于离层、被压裂，易于形成较强的漏风通道，使103上04②工作面沿空巷道及相邻采空区煤层自燃的危险大大增加。
③ 由于生产接续工作的需要，103上03②综放面停采封面后7天，将开始103上04②轨
道顺槽的沿空掘进，由于停采封面时间短，103上03②工作面停采线前一段距离内，由于采
空区顶部破碎煤岩冒落不完全未压实，易造成煤柱及其顶板破碎，形成漏风通道。
④ 103上04②综放面东邻103上04①工作面采空区，北邻103上03工作面采空区，局部
通风系统复杂，此外103上03②综放面开采完毕后，在一段时期内有可能形成103上04②和103上06②综放面同时开采的生产部署，采区的需风量将大量增加，向采空区漏风将不可避
免的增多，工作面在回采过程中采空区遗煤的自然发火隐患也会随之增大。
由上述分析可知，鲍店煤矿十采区尤其是103上04②综放面和103上06②综放面所处区
域，在空间上将成一个多工作面沿空综放开采及大面积采空区相连的复杂区域，沿空掘进及回采期间的自燃隐患很大；而且由于接续紧凑，在时间上又将形成隐患重叠期，增大了该区域自然发火的可能性。该复杂区域从空间和时间上看，面临的煤炭自燃隐患不仅是鲍店煤矿而且也是整个兖矿集团下属各矿开采历史上所未有的，其在开采过程中通防特别采空区遗煤的自燃隐患较大，极易在该区域开采过程中造成较大的安全生产事故，严重威胁着矿工的人身安全。因此，必须对矿井复杂区域通防灾害治理技术进行研究，以保证矿井的高效安全生产。
本课题通过对矿井复杂区域采掘期间的防灭火技术进行研究，可以有效减小沿空综放面煤炭自燃隐患，建立健全开采复杂区域的综合防灭火技术体系，提高工作面的安全开采水平，保障矿井的安全生产；并可为兖州矿区类似复杂区域通防灾害治理技术工作提供理论、经验，因此，本课题具有重要的理论与现实意义。
二、研究开发内容
1. 采空区大面积连通状况下矿井采区通风系统稳定性研究
鲍店煤矿十采区在生产过程中多个工作面沿空综放开采，形成进回风巷及采空区与邻近采空区连成一片的较为复杂的复合采场。为了建立可靠有效的矿井局部通风系统，本课题将基于测压系统理论，进行采空区大面积连通状况下矿井采区通风系统稳定性技术研究，通过对通风系统的压力分析测定，掌握各综采工作面与周围采空区间的压能关系，有效结合通风理论与监测技术，确保通风系统网路简单、风流稳定，通风设施设置及时合理、坚固严密，提高矿井通风系统的减灾和抗灾能力，实现煤矿的安全、高效运转。
3. 复杂区域开采大面积采空区漏风规律研究
鲍店煤矿十采区在生产过程中将有多个工作面沿空综放开采，形成多个采空区连成一片的较为复杂的复合采场，形成了复杂的多源多汇漏风通道，使得该区域自燃危险性大大增加。为了减少漏风，防止自然发火，课题组根据测定的压能分布结果，分析其巷道、采空区的相互关系，分析回采时漏风的地点、范围，利用连续释放SF 6示踪技术探测漏风，并运用FLUENT 软件模拟十采区不同生产阶段的漏风规律，进而确定回采期间的漏风方向、漏风通道、漏风风速和漏风流场等漏风规律。
4. 复杂区域综放工作面采掘期间的防灭火技术研究
课题组针对鲍店煤矿十采区在生产过程中将形成大面积采空区相连复杂区域的状况，系统地分析十采区不同生产时期的煤炭自燃隐患特点，在充分研究现有防灭火技术的基础上，优化完善鲍店煤矿十采区的火灾防治技术，制定出预防为主、监测同行的防治与监测措施，以遏制煤炭自燃事故的发生，确保十采区复杂区域综放工作面的回采安全。
三、主要经济技术指标、项目最终目标
1. 技术经济指标
1）对鲍店煤矿十采区各工作面进行的压能和漏风量测定，确保测定误差≤5%；
3）制定、建立鲍店煤矿十采区复杂区域综放面开采不同时期防火技术与体系。
2. 项目的目标
根据兖矿集团鲍店煤矿矿井十采区复杂区域综放面的现状和特点，具体实现以下目标：
1）研究出鲍店煤矿矿井十采区复杂区域综放面发生自燃的特点；
2）研究出鲍店煤矿矿井十采区复杂区域综放面堵漏风技术及工艺；
3）鲍店煤矿十采区复杂区域综放面开采不同时期防火技术研究；
项目的研究成果将达到国际先进或国内领先水平。
四、关键技术及创新点
1. 关键技术
1）十采区复杂区域多连通状况下通风系统稳定性研究；
2）复杂区域的漏风检测技术及堵漏风技术；
3）复杂区域综放面开采不同时期防火技术。
2. 创新点
研究出适合鲍店煤矿的堵漏风措施，以及可靠的适合复杂区域综放面开采的防火技术措施，解决开采不同时期的通风及防灭火问题。
五、研究或研制开发的技术路线，实施的方式、方法、步骤
根据鲍店煤矿复杂区域综放面开采易自燃的特点，运用系统工程的观点，采用理论分析、现场实测计算机模拟和具体实施相结合的方式进行；通过对沿空开采时区域通风阻力的测量和分析，确定的合理通风方式及配风量；根据漏风参数的测定，准确掌握漏风区域和漏风状况，然后确定出适合鲍店煤矿的均压通风技术；针对不同开采条件的开采不同时期的自燃危险性分析确定适合的防火技术，并对该技术的工艺进行研究，最终从根本上达到防灭火的目的。本课题的研究技术路线如图2所示。
图2 本课题的研究技术路线
5.1采空区大面积连通状况下矿井采区通风系统稳定性研究
鲍店煤矿十采区南北走向长平均约1500m ，东西倾斜长平均约1750m ，面积约2.63Km 2，由于生产接续的需要，在生产过程中将行成一个多工作面沿空综放开采的复杂区域，本面采空区与相邻采空区连成一片，且多个工作面同时临时停采，形成了复杂的多源多汇漏风通道，矿井通风系统的可靠性差，整体防灾抗灾能力降低，通防工作压力比较大。因此需要进行大面积采空区多连通状况下矿井局部通风系统稳定性技术研究。本课题将以测压系统理论为基础，通过对通风系统的压力分析测定，掌握各综采工作面与周围采空区间的压能关系，确定安全合理的通风方式，设置及时合理有效通风设施，提高矿井通风系统的减灾和抗灾能力，实现煤矿的安全、高效运转。
由于十采区综放面区域复杂、机电设备散热量大、漏风较多，自燃发火危险大，其通风系统稳定性需综合考虑。综放工作面的不同配风量，会使工作面及其附近区域的压能具有不同的分布，对采空区特别是相邻采空区的漏风状况造成不同的影响。不适当地增大工作面的通风强度，无疑会引起采煤工作面进、回风两端的通风压差增大，不利于防治采空区自然发火；不适当地降低风量，又不利于改善综放工作面的气候条件，对安全生产造成威胁。因此需要利用测压系统理论，根据主要点的风量大小和压力分布，通过对通风系统的压力分析测定，掌握各综采工作面与周围采空区间的压能关系，以确定安全合理的通风方式，提高通风系统的稳定性和矿井的抗灾能力。
本课题拟采用压能测定如下：
①测点布置
根据周围采空区与上述工作面顺槽之间的关系，布置测点，井下测点布置按阻力测定的测点布置方法；测定路线选定后，即可按照压能测定的要求，结合本矿巷道布置的具体条件，在通风系统示意图上确定测定点的位置和数量，并沿测定路线将测点依次编号。在确定测点布置时一般应遵守下述原则：
ⅰ. 测点布置在风流稳定、巷道断面规整的地点，测点前后支护完好，巷道内无堆积物； ⅱ. 测点布置在风流分叉、汇合及压能变化较大的地点；
ⅲ. 测点与风流变化点之间应有一定的距离；
ⅳ. 测点应尽可能选在标高控制点附近。
在井下实测时，还应据现场的实际情况对个别测点进行调整，甚至临时性的增加或减少一些测点，以便使测点的选择能有效的控制主要巷道和工作面的压能分布情况。
②矿井压能的计算与压能图绘制
根据测定的数据，通过计算，掌握各工作面顺槽回采期间相邻工作面采空区及其周围巷道、采空区之间的压能关系和十采区的压能分布；绘制十采区井下压能图和上述工作面顺槽周围的压能图；掌握其与周围采空区之间的压力关系，通过压力关系，对周围的漏风的趋势进行定性分析，为确定安全合理的通风方式提供有效依据，同时为释放示踪气体研究漏风规律提供理论基础。
在研究该通风系统稳定性，确定合理的的通风系统时，兼顾漏风和煤尘等多种因素，为降低漏风实现合理的通风方式可以采用构建均压调节风门，实施并联风路等措施，要求保证井下所有供风地点的风量与各个生产环节相适应，为合理组织生产提供较好的环境条件；达到通风网路简单、风流稳定、角联和串联风路少、通风设施设置及时合理、坚固严密、采空区和盲巷封闭严实、有完善的反风设备、有利于灾害处理、抗灾、防灾能力强；同时主扇供电可靠、运行稳定，工况点在扇风机高效范围内，风量、风压、效率均达到标准规定，保证十采区综放工作面安全回采。
5.2 复杂区域综放面采空区的自燃危险性分析
自燃危险性是对开采系统中自燃危险程度的全面客观描述，包含危险概率和危险严重度两方面的含义。煤自燃危险性除了煤本身属性外，还受开采、通风、管理等方面因素的影响。本课题拟以现场实测数据为基础，从便于现场实际应用出发，课题组拟采用模糊聚类预测方法，建立综放工作面采空区自燃危险性评估模型，并对鲍店煤矿十采区综放面采空区自然危险性进行综合评估。
(1)自燃危险性评判原则
1) 煤本身类型所规定的与氧作用的敏感程度和可能性强弱的描述(目前用自燃倾向性指标来刻画) 。
2) 煤层本身赋存条件的反映与刻画。
3) 采场开采技术基本条件(含防治自燃的安全保障条件) 的反映与刻画。
4) 以上三方面综合决定着煤层开采时的自燃危险性，故要从此三方面寻求评判自燃危险性的指标。
5) 指标参数应立足现实，力求简便，又能反映问题的本质。
(2) 分析步骤
应用模糊聚类法预先分析鲍店煤矿十采区综放工作面自燃危险性，其步骤如图3所示。
图3 模糊聚类预先分析步骤
煤层赋存条件中的煤层自燃倾向性、煤层厚度、煤层倾角、煤的坚固性以及开采参数对煤层自燃危险性的影响是这些因素综合作用的结果。本课题运用模糊数学中聚类分析和模式识别方法，综合了煤层赋存条件中的自燃倾向性、煤层的坚固性、煤层厚度、煤层倾角以及开采参数，拟从现场收集103上03②、103上04②、103上06②和103上05②4个采煤工作面样本，按“煤层开采自燃危险性”的概念进行合理的等级划分，并以现场实际自燃情况验证等级划分的合理性。危险性等级划分的目的在于建立各类采煤工作面自燃危险性模式，并通过模式识别的方法对于待分析采煤工作面自燃危险性进行预先分析。这种自燃危险性预先分析在矿井设计阶段对煤层赋存条件均已探明及开采参数设计确定的情况下，可对煤层在未来实际开采时的自燃危险性做出综合预先分析，亦可用于生产矿井实际采煤工作面的自燃危险性评定分析。
5.3 复杂区域开采大面积采空区漏风规律研究
十采区103上04②和103上06②以及103上05②工作面均为沿空综放面，形成大面积采空区相连的复杂区域，地应力大，矿压显现比较明显，隔离煤柱很容易被压跨，导致煤柱两侧在风压差的作用下出现漏风现象；且由于主采3煤为易自燃发火煤层，随着时间的延长积聚热量，将导致隔离煤柱和采空区自然发火，影响煤矿的安全生产。为了有效防治该复杂区域的漏风问题，必须清楚上述工作面各顺槽与周围工作面采空区的连通情况、漏风通道及其漏风量。
课题组将针对十采区103上03②综放工作面、同时回采的103上04②和103上06②综放面、以及103上05②孤岛面不同开采时期漏风的地点、范围进行分析，根据压能测定结果，应用定量连续稳定释放示踪气体研究巷道漏风，通过分析沿途巷道各点示踪气体的浓度变化，找出沿空巷道漏风规律：①漏风区域的漏风状况，包括漏风方向、漏风通道、漏风风速及漏风流场等；②确定主要漏风源和漏风汇。
示踪技术探测漏风的基本原理是：在高能位侧，通过释放SF6，同时在低能位侧（即在漏风汇处）根据具体情况布置若干个取样点取样，进行气体分析；依据气体分析的结果，即SF6气体的浓度变化等，找出沿空巷道漏风规律。
1) 上述工作面顺槽与周围工作面采空区连通分析
根据压能测定的结果，在适当的井下地点释放SF 6气体，确定上述工作面顺槽与周围工作面采空区连通情况，在需要收集的地点进行检测和收集SF 6气体；采集气样的色谱分析和数据分析。
根据工作面顺槽与周围工作面采空区连通情况及其实际的漏风规律，采用FLUENT6.0对上述工作面顺槽的漏风规律进行模拟分析，掌握开采时的漏风规律。
FLUENT 是用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导的CFD 计算软件。FLUENT 的出现，使求解流体力学中的连续性方程、动量方程、能量方程以及组分方程，以及它们之间的耦合求解变得方便快捷。FLUENT 操作界面如图4所示。
图4 FLUENT 操作界面示意图
2) 工作面顺槽的漏风量测定
103上03②综放工作面、103上04②综放面以及103上05②孤岛面各沿空顺槽为进风巷，假设巷道沿途有风漏出，风量逐渐减少，在上述工作面顺槽采过相邻工作面采空区230~300m之间，在上述工作面顺槽迎头定量释放SF 6气体，测定上述工作面顺槽的漏风量，从而定量确定漏风情况。为了保证测定漏风量测定的准确性，在测点处每隔十分钟采集一次，共采集六次，然后通过数值分析来确定风量的合理性。
5.4复杂区域综放工作面采掘期间的防灭火技术研究
针对鲍店煤矿十采区综放工作面的生产布置，本课题将该复杂区域的防灭火研究工作划分为如下四个时期：(1) 工作面临时停采、封面及启封期间的防灭火技术研究；(2) 沿空掘进巷道及切眼期间的防灭火技术研究；(3) 103上04②和103上06②综放面同时开采期间的防灭火技术研究；(4) 103上05②孤岛面开采期间的防灭火技术研究。针对不同时期不同
的工作情况分别制定出相对应的防灭火技术，确保十采区工作面的正常生产与安全。
5.4.1 工作面临时停采、封面及启封期间的防灭火技术研究
鲍店煤矿十采区由于受工作面上方地面建筑的影响，103上04、103上05、103上06三个
工作面现均在工作面中部位置临时停采封面，由于工作面临时停采时间较长，自燃发火的危险性较大，为确保工作面停采、封闭、启封期间相关工程顺利施工，特结合矿井实际制定以下治理方案。
1）103上06工作面临时封闭前
103上06工作面停采后不撤除支架进行封闭，预计2010年6月份恢复生产，为确保工
作面临时停采安全，制定如下方案：
十采区工作面上、下顺槽均为锚网支护，工作面在回采时一般不拆除锚杆及铁丝网，采空区后部两顺槽位置冒落不彻底，形成较长的漏风通道，易导致工作面停采时后部采空区尤其两端遗煤带的残煤自燃，在两顺槽各构筑一道炉渣袋隔离墙消除采空区漏风。
停采前，在运顺巷道中间补打锚索钢带，一排一根，加强顶板支护，并对沿空侧进行喷浆堵漏。停采前20m 时，工作面两顺槽分别施工沙袋隔离墙，并预埋注浆管路和束管。在距离停采线60m 以外，两顺槽各施工1道柔性密闭，并在柔性密闭前后施工木垛或打单体加强支护。加强工作面及两顺槽支护，并对移动电泵站、采煤机、前、后部刮板输送机、转载机、液压支架、破碎机、胶带输送机等设备进行保护。
停采后，工作面上下隅角分别施工沙袋隔离墙，并喷赛福特封堵，敷设工作面、上、下隅角监测束管。隔离墙从煤帮一直构筑至1~2架支架处，垛墙厚度2~3m，在隔离墙外喷射厚度不小于0.5m 的SF~1赛福特快速密闭材料，以有效防止端头向采空区漏风。沙袋隔离墙、注浆管及束管布置情况如图5所示。
图5 沙袋隔离墙、注浆管及束管布置图
2）工作面封闭
103上04、103上05和103上06三个工作面现均在工作面中部位置临时停采封面，工作
面由于长时间不推进，形成严重的煤层自然发火隐患，为防止自然发火现象，工作面停采后10天内必须完成封闭工程。工作面封闭分为3个步骤：一是停采线封闭；二是顺槽封闭；三是防灭火治理及系统调整。
(1)停采线封闭
密闭施工前，距停采线60m 以外，分别在上、下顺槽施工1道木垛（打点柱）和1道柔性密闭，并对其外部喷浆或喷赛福特封堵，柔性密闭厚度为0.5m ，木垛规格为3×3m 的全断面木垛。其结构如下图：
图6 木垛及柔性密闭布置图
(2)顺槽封闭
在距离上、下顺槽门口5m 范围分别施工1道永久密闭，并对其全部喷注赛福特封堵，其结构如下图：
图7 永久密闭布置图
(3)防灭火处理
①工作面停采线封闭前，排查风、水管路系统，杜绝漏风、漏水。在上下顺槽永久密闭施工后，将风管改为注氮管路，向采空区注氮气进行防灭火处理，并在巷道口将水管掐开，留设三通阀门。
②注氮系统：地面→二采皮带巷→2306联巷→2306岩集运→2309轨道上山→十采回风巷→联络巷→轨道顺槽。
③封闭初期，每天必须对采空区进行防灭火处理（注氮气），经化验分析采空区氧气浓度﹤5%时，可根据实际间隔注氮气。
④防灭火系统布置图：
图8 防灭火系统布置图
3）监测监控
103上04、103上05和103上06临时封闭工作面采用束管监测、安全监测和人工采样分
析的方法对停采线、采空区气体情况进行监测。
(1)安全监控
工作面回采、停采、封闭前，采用CO 、CH 4、温度、风速传感器有效监测工作面环境参数。
(2)束管监测
工作面停采前，向工作面停采线施工2个钻孔，通过钻孔敷设5路不同颜色的束管，并编号说明，其中1#、2#束管埋设在上、下顺槽2道隔离墙之间顶板位置；3#束管埋设在上隅角顶板处；4#束管埋设在工作面中间位置紧贴支架上部；5#束管埋设在下隅角顶板处；束管监测点具体布置情况如下图：
图9 束管监测点布置图
(3)人工采样分析
正常情况下，工作面停采1个月内，每天采集1次气样；工作面停采1个月后，气体无样改为每周采集1次气样；启封密闭前1个月，每天采集1次气样。
4）启封
103上04、103上05和103上06工作面启封前，必须对采空区内气体成份进行分析化验，
确认是否具备启封条件。
(1)启封任务
启封顺槽密闭及柔性密闭；恢复工作面风、水管路和供电、注浆、运输、通风系统。
(2)启封方法、顺序
工作面启封工程分为3个步：一是采用局部通风机启封顺槽密闭；二是恢复通风系统，形成进回顺槽压差，采用全风压通风启封柔性密闭；三是恢复工作面风、水管路和供电、注浆、运输、通风系统；具体启封顺序如下：
启封顺序→恢复局部通风机供风→启封两顺槽密闭→调整通风系统，形成进回风顺槽压差→启封柔性密闭→恢复通风、生产系统。
5.4.2 沿空掘进巷道及切眼期间的防灭火技术研究
103上04②和103上05②工作面拟在103上04和103上05工作面临时停采线3.5m 处，重
新沿空开切眼回采，沿空开切眼时，由于巷道顶煤受矿压影响易于离层、被压裂，易于形成较强的漏风率等特点，使沿空巷道及采空区易发生煤层自燃。采区内将有多条巷道沿空掘进，尤其103上04②轨道顺槽在103上03②综放面停采封面后仅7天内即开始沿空掘进，
由于时间较短，103上03②工作面停采线前一段距离内，由于采空区顶部破碎煤岩冒落不完
全未压实，易造成煤柱及其顶板破碎，形成漏风通道，引起相邻采空区内的遗煤自燃。本课题为了有效地消除巷道及切眼沿空掘进期间可能出现的自燃隐患，制定了针对沿空掘巷时高冒区、地质构造破坏区、相邻采空区和老巷、停采线、煤柱破碎区等易自燃危险区域的防灭火技术，包括：砌筑密闭墙、堵漏风、束管气体监测、红外与温度传感器监测等安全措施的沿空掘巷防灭火技术方案。
(1) 巷道喷涂
沿空巷道和沿空切眼掘进时，采用水泥砂浆或LFM 轻型喷涂料对巷道要求喷堵沿空一侧及巷道顶部的1/2，对顶板有冒顶及松动离层段需全部喷严，并喷至实体煤一侧顶板以下0.5~1.0m，喷层厚度50~100m，要求喷射均匀、平整，将漏风通路堵严，不留孔洞。图10巷道内喷浆示意图。
图10 巷道内喷浆示意图
①水泥砂浆喷涂封堵技术
水泥砂浆喷涂封堵技术，具有成本低、材料来源广泛、操作简单的特点，水泥砂浆具一定的支护强度，堵漏风效果好，与锚网支护合用，将起到巷道支护和更好堵漏风作用。该技术是通过喷浆机把水泥、黄砂和水按一定比例混合并喷射到煤巷道壁上。
②LFM 轻型喷涂料的采用
LFM 轻型充填材料—喷涂型材料是最新研制的轻型喷涂堵漏材料。无毒副作用，不燃烧也不助燃，符合轻质、密封、承重、高效、环保的要求，能够有效完成有煤自燃隐患和瓦斯矿井的密封、堵漏等诸多任务，具有应急、高效、快速、经济的特点。
该技术是使用注浆泵和喷射器将混合液注入破碎煤体，起到充填、加固、表面喷涂的
作用。单料配水，工艺简单，水灰比为1：1.2－1.5，此料在墙体或碎煤上喷涂厚度为1－4cm ，抗压强度大于2MPa ，在凝固过程前是良好的灭火材料，凝固后发生一定的放热反应，温升不超过30℃，无法自行燃烧，也不足以点燃其它易燃物，固结后放入800℃火炉中不会被点燃，具有良好的阻燃抗烧能力。
（2）在掘进期间对自燃危险区域压注防灭火材料
对相邻停采线、开切眼、老火区、原自燃隐患点、揭露采空区等处压注防灭火材料如粉煤灰、胶体等。具体措施如下：
① 向采空区内压注凝胶
在103上04②、103上05②工作面切眼及103上04②轨道顺槽过103上03②综放面采空区
未压实段时，应打钻孔向巷道相邻采空区内压注凝胶，注胶孔穿透煤柱，孔间距10m ，孔长5~6m。在注钻孔下部打观测孔，穿透煤柱，观测孔内放置束管。具体布置如图11所示。
图11 巷道相邻采空区注胶孔及观测孔布置示意图
② 向顶板破碎区域压注胶体
沿空巷道、沿空切眼、煤柱部分区域有可能受应力影响，顶煤破碎严重，为了加固顶板，减少漏风，在破碎煤体进行压注凝胶等材料。针对十采区各沿空巷、沿空切眼及煤柱顶煤破碎区域的注胶钻孔布置为：沿两顺每3米钻设3个为一组的钻孔，侧临采空区钻孔垂直向采空区顶板遗煤处延伸，钻孔长度4~5米，与水平夹角为40~50°，其余两个钻孔平行巷道布置，钻孔长度4-5米，与水平夹角为30~40°。钻孔布置如下图所示。
采空区
...... 3号钻孔......
顺槽综放面
图12 顶板破碎区域的注胶钻孔布置
(3) 构筑防爆密闭
巷道及切眼掘进时，将有可能贯穿部分已封巷道，为了有效隔离采空区漏风及其引发的采空区自然发火事故，可采用防爆密闭，如图13所示。
外闭
图13 防爆永久密闭示意图
内闭：砖（或砌块、料石）、砼结构，厚度不小于500mm 。
外闭：建在巷道门口以里不大于5m 处，砖（或砌块、料石）、砼结构，厚度不小于500mm 。 两闭之间充填：沙(土) 袋充填，并压注膨胀接顶材料，如马丽散等，充填厚度不小于4m 。
防爆永久密闭在使用过程中应注意如下几个问题：
永久密闭要求墙体结构稳定严密、材料经久耐用，墙基与巷壁必须紧密结合，连成一体。永久密闭一般采用掏槽结构，也可采用锚杆注浆结构。煤巷密闭必须掏槽，帮槽深度为见实煤后0.5m ，顶槽深度为见实煤后0.3m ，底槽深度为见实煤后0.2m ，掏槽宽度大于墙厚0.3m ；岩巷不要求掏槽，但必须将松动岩体刨除，见硬岩体。
墙身应选用高强度材料砌筑或浇筑，且有足够的厚度，墙面覆盖层厚度应大于20mm 。 在倾角超过30°的巷道砌筑密闭时，密闭墙体宜垂直于巷道轴线，并采用基座结构，用以承受侧压和墙体自重。墙基四周必须嵌入巷帮一定深度，岩壁宜大于0.5m ，煤壁宜大于1m 。墙体上方可充填河砂、粘土等惰性材料或予以注浆。
对密闭有防爆要求时宜选用沙(土) 袋密闭作缓冲墙，再建筑永久密闭。要求耐动压时宜选用木段密闭。在巷帮破裂的巷道中可选用充填型密闭，或对巷帮进行注浆处理。
火区密闭和防火永久密闭都应在离地板高度为墙高的2／3处设直径不小于25mm 的检测口，用于观测压差、气温和取气样；封闭区内高外低处的密闭应安装直径50mm 以上放水管，并带有水封结构或安装阀门，离底板高度为0.3m ，用于观测水温、释放积水；另外在密闭的顶部还要安装直径不小于100mm 的灌浆管，以备灌浆、注氮使用。
(4) 温度监测。
采用铂电阻传感器和红外探测技术进行监测，在破碎的地点布设Pt100铂电阻温度传感器，深度视具体情况而定，进行温度测定；Pt100铂电阻在103上04②、103上05②工作面
切眼及103上04②轨道顺槽过103上03②综放面采空区未压实段时，每30m 向采空区内打钻
布置1个Pt100铂电阻温度传感器，其它沿空巷道每60m 向采空区内打钻布置1个Pt100铂电阻温度传感器，如遇到高温区域，要密集布置Pt100铂电阻温度传感器。对沿空巷道顶煤、煤柱及实体煤侧每10米用红外线测温1组，2天测1次。
(5) 束管监测，为了对一旦出现的煤炭自燃发火及对其隐患进行定性、定量分析，对自燃危险性较大的高冒区进行束管监测，每10m 布置1路，束管布置如图9所示，其它沿空巷道每50m 向采空区内打钻布置1路束管，主要指标气体如CO 、CO 2、C 2H 4、CH 4等进行抽取和分析，每2天测试一次。
5.4.3 103上04②和103上06②综放面同时开采期间的防灭火技术研究
103上04②综放面开采完毕后，在一段时期内将形成103上04②和103上06②综放面同
时开采的生产部署，其中，103上04②综放面东邻103上04①工作面采空区，北邻103上03工作面采空区，局部通风系统复杂，十采区的需风量将大量增加，向采空区漏风将不可避
免的增多，工作面在回采过程中采空区遗煤的自然发火隐患也会随之增大；为此，两面最好错开开采时间，若同时开采，两面相错至少80m ；还要采用以下防灭火措施。
1）开采前
①对顶煤松动和压酥段以及沿空巷道进行喷涂堵漏；要求对103上03②沿空侧顺槽，采用LFM 轻型喷涂型材料喷涂，水灰比为1：1.2－1.5，要求喷堵沿空一侧及巷道顶部的1/2，对顶空巷道、顶板有冒顶及松动离层段需全部喷严，并喷至实体煤一侧顶板以下0.5~1.0m。
②敷设完善注浆管路，为工作面推采期间的注浆做准备。
③利用打好的注胶钻孔向顶板松动处松散煤体及沿空巷道侧压注凝胶，支撑加固破碎煤体。
④开切眼由于不放顶煤，造成底板浮煤堆积，应对开切眼压喷洒或压注阻燃材料（或雾化），保证阻化剂(MgCL2) 浓度在15%~20％之间，每班使用阻化剂不少于100kg 。
⑤束管及温度监测，在103上04②和103上06②综放面两端头遗煤及工作面支架后部破
碎煤体中布置各10路束管及温度传感器，束管均深入到钻孔底部，并引至超前支护处。并用红外温度探测仪每2天对工作面及顺槽温度测定1次。
2）工作面开采初期（前200m ）
①在103上04②和103上06②综放面回采期间，要保持连续推进，月推进速度不得小于
某一推进速度（推进速度要根据三带观测结果进行确定），不小于80m 。
②103上04②和103上06②综放面同时回采期间，两工作面的间距不小于80m 。
③在工作面推进的同时，对采空区进行灌浆。应用进、回风巷埋管的灌浆方法，在进、回风巷设两路Φ75 mm 灌浆管，一路埋入上隅角采空区，一路埋入下隅角采空区，灌浆管路应埋入采空区15m 左右，特别是在开切眼和断层破碎带处，每日轮流灌注浆体。
图14 工作面两巷端头注浆管路布置示意图
④103上04②和103上06②工作面进风侧端头每隔一定距离（一般间距不大于50m ）应
施工1道3~5m左右隔离墙，根据实际情况确定，接顶接底。
隔离墙的其作用是封堵采空区空间的漏风，对工作面后部采空区实行均压，减少两顺槽侧采空区的漏风量，缩短氧化带和散热带的长度，增加窒息带的长度，降低采空区浮煤自燃发火的危险程度。
鲍店煤矿十采区工作面上、下顺槽均为锚网支护，工作面在回采时一般不拆除锚杆及铁丝网，采空区后部两顺槽位置冒落不彻底，形成较长的漏风通道，易导致工作面开切眼、构造带附近遗留煤炭自燃，工作面根据U 型通风的回采工作面采空区“一源一汇”漏风理论，要消除采空区漏风，要在两道设置隔离墙，隔离墙的设置如图15所示。
图15 隔离墙的设置 ⑤当工作面月推进速度小于某一推进速度时应对开切眼、隔离墙内进行注浆或压注阻燃材料（或雾化），每天早班对工作面煤壁、架间及架后暴露的煤矸进行喷洒阻化剂防灭火。
⑥利用埋设的束管对开切眼附近的气体进行监测，每天对其取样化验，并建立监测分析档案；在进行温度监测、束管监测的同时，对综放面进行红外温度检测。
3）开采期间
①103上04②和103上06②两工作面的间距不小于80m 。
②过影响工作面推进速度的断层时，接近断层前50m 要预埋注浆管路和监测束管；当月推进速度低于某一推进速度（推进速度要根据三带观测结果进行确定）或有自燃征兆时，应施工隔离墙，进行注浆、注氮处理。
③对永久不用的溜煤眼（或永久不用段）应充填不燃性材料，其它不用的溜煤眼上口
应用不小于1m 厚的黄泥进行封堵；永久不用的联络巷，应充填粉煤灰固化材料，其它联络巷可在下口施工夹缝墙。
④在工作面推进时期，利用打好的注胶钻孔向顶板松动处松散煤体及沿空巷道侧压注凝胶，支撑加固破碎煤体。
⑤在工作面推进的同时，对采空区进行灌浆。特别是在断层破碎带处，更应完善注浆管路，每日轮流灌注浆体，随采随注。
⑥工作面进风侧端头每隔一定距离（一般间距不大于50m ）应施工1道隔离墙。
4）综放工作面末采期间（距停采线100m ）
①工作面要保持连续推进，月推进速度不应小于某一推进速度（推进速度要根据三带观测结果进行确定），并且两工作面的间距不小于80m 。
②埋设注浆管路和监测束管，埋设束管要考虑自然风压的影响；
③工作面进回风侧端头每隔一定距离（一般间距不大于30m ）施工1道隔离墙；
④当工作面月推进速度低于某一推进速度（根据三带观测结果进行确定）或有自燃征兆时，要进行注浆、注氮处理。
5）工作面停采期间
①采煤面停采、回撤期间，应及时减少工作面风量，风量应为正常回采时风量的一半左右。
②停采后，利用在两隅角预埋的注浆管路向采空区内连续注浆。
③停采后，应在工作面进回风端头各施工一道隔离墙，并压注防灭火材料。
④停采后，应在支架顶部、后部及工作面打防火钻孔，压注凝胶或高分子材料。
在工作面停采后，沿工作面方向每隔2架按前、中、后方式施工一组（3个）防火孔，后部孔是在后部运输机道向后尾梁架间及放煤口施工的钻孔，倾角40～45°，深度2.5～3m ；中间孔从支架顶梁中间打到顶梁上部及支架后浮煤的钻孔，倾角30°左右，深度6～8m ；前部孔是从支架前梁架间打到支架后浮煤的钻孔，倾角20～25°，深度10m 左右，均下一寸套管，套管直径为1寸，每节长度为1.5m ，端头为管螺纹；套管联接采用管箍。钻孔中第一节套管为花管，花管由套管加工而成，即每隔10cm 钻一个φ15mm的孔，并均匀分布在套管圆周各个方向。并用快速水泥封孔，并用堵头封堵孔口。在上下头端头支架以外向后部各打6个防火钻孔，钻孔采用扇形布置，钻孔倾角30～35°，钻孔长度8～12m ，钻孔布置见图16。
图16 防火钻孔布置示意图
⑤撒阻化剂及汽雾阻化防火
1、撒阻化剂：工作面停产后清理前后溜槽底板浮煤及架内浮煤，对工作面前后溜槽及架间撒阻化剂(MgCL2)，要求撒阻化剂量(MgCL2)≥2Kg/m2。
2、汽雾阻化：每天早班在工作面轨顺端头进行喷洒阻化剂防灭火，并保证阻化剂(MgCL2)浓度在15%～20％之间，每班使用阻化剂不少于100kg 。
⑥束管监测
工作面两端头预埋的束管和工作面回风流气体进行取样，化验分析；并建立监测分析档案；每隔5架，在支架尾梁处向煤层内打探眼，埋设束管，每天取样进行束管分析，并建立监测分析档案。
⑦温度监测
每天利用红外线测温仪对回风隅角、回风流及工作面每个支架尾梁、顶梁间松散煤体、煤壁进行温度检测；在工作面两端头分别打钻布置一个温度传感器，在周围煤体较破碎区域加密布置温度传感器探头，温度传感器均深入到钻孔底部，以确定煤体内的温度变化情况，每天记录1次温度数据。
温度传感器和束管可下在同一钻孔，具体布置如图17所示。
1-2-3
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图17 十采区工作面停采期间温度束管监测钻孔布置示意图
⑧采煤面回采结束后，应在40天内回撤完毕。
6）工作面回撤后
①在5天内完成封闭；
②停采线应预埋注浆管路和监测束管，并向停采线高位施工注浆孔；
③应将两隔爆密闭间巷道（不小于15m ）用粉煤灰充填，不具备充填条件的，封闭时应先施工5m 沙袋墙后，再施工永久闭；
④对停采线高位大量多次灌浆（电厂生产后应用粉煤灰制取浆液灌浆）或压注凝胶，注浆流经的地点要采取可靠的疏水措施。
5.4.4 103上05②孤岛面开采时期的防灭火技术措施
鲍店煤矿十采区工作面跳采后形成103上05②孤岛面，该面东部、南部和北部均为采空区，浮煤自燃的危险性增加，防火压力较大，工作面在不同时期选用如下防灭火措施，进而从根本上达到防灭火的目的，两侧沿空巷道的处理方式如前所述。
1）工作面开切眼防火处理
①对顶煤松动和压酥段以及沿空巷道进行喷涂堵漏；主要对103上04②沿空侧顺槽，以及103上04②和103上06②综放面顶煤松动压酥处采用LFM 轻型喷涂型材料喷涂。
②开切眼由于不放顶煤，造成底板浮煤堆积，给自燃埋下隐患；为防患于未然，必须加强工作面监测和采空区浮煤自燃性预测，并加快初始推进速度，除此以外还应完善注浆注氮管路，采取注氮、灌浆等防火措施，每日轮流灌注浆体。
③预埋监测束管，在103上04②和103上06②综放面两端头遗煤及工作面支架后部破碎煤体中布置18路束管及温度传感器，并用钢管保护，并引至超前支护处。
④利用注胶钻孔向顶板松动处松散煤体及沿空巷道侧压注凝胶，支撑加固破碎煤体。 ⑤开切眼由于不放顶煤，造成底板浮煤堆积，应对开切眼压喷洒或压注阻燃材料（或雾化），保证阻化剂(MgCL2) 浓度在15%~20％之间。
2）工作面开采初期（前200m ）
①工作面开始回采，要保持连续推进，月推进速度不得小于某一推进速度（推进速度要根据三带观测结果进行确定）；
②利用埋设的束管对开切眼附近的气体进行监测，每天至少测定一组数据；对束管监测系统的数据及时进行分析，发现温度上升明显、CO 浓度超过24ppm 或增加较快时，要及时组织进行撤人、及时采取工作面封闭措施等。
③103上05②工作面进风侧端头每隔一定距离（一般间距不大于50m ）应施工1道隔离墙。
④当103上05②面月推进速度小于某一推进速度（根据三带观测结果进行确定）时应对开切眼、隔离墙内进行注浆或压注阻燃材料；同时利用打好的注胶钻孔向顶板松动处松散煤体及沿空巷道侧压注凝胶，支撑加固破碎煤体。
⑤在工作面推进的同时，对采空区进行灌浆。特别是在断层破碎带处，更应完善注浆管路，每日轮流灌注浆体，随采随注。
3）开采期间
①过影响工作面推进速度的断层时，接近断层前50m 要预埋注浆管路和监测束管；当月推进速度低于某一推进速度（根据三带观测结果进行确定）或有自燃征兆时，应施工隔离墙，进行注浆或注胶处理；特别是在断层破碎带处完善注浆管路，随采随注。
②对永久不用的溜煤眼（或永久不用段）应充填不燃性材料，其它不用的溜煤眼上口应用不小于1m 厚的黄泥进行封堵；永久不用的联络巷，应充填粉煤灰固化材料，其它联络巷可在下口施工夹缝墙，夹缝中用不燃性材料充填密实。
③敷设注氮管路，当有自然发火征兆时，影响高温区域及时注氮惰化。
④向103上05②后部采空区及冒顶区域灌注胶体泥浆或凝胶，利用注浆管路，向隔离墙后压注胶体泥浆；在巷道附近煤体内，采用小钻孔在内部漏风点压注MEA 或凝胶，封堵漏风通道；在局部漏风较大的地点也可采用艾格劳尼、洛克修、瑞米密闭材料进行封堵。
⑤工作面进风侧端头每隔一定距离（一般间距不大于50m ）应施工1道隔离墙。
4）孤岛面推进缓慢时期的防火处理措施
当在煤体自然发火期内工作面推进的长度小于氧化升温带宽度时，煤体就有发生自燃的危险，万一发生这种情况时，应按下列方法处理。
①在工作面隅角挂设风帘，减少采空区漏风；
②在顺槽隅角堆积土袋，建立防火隔离墙；
③不放煤，以加快工作面推进速度；
④加强工作面气体、温度监测；
⑤在工作面喷洒汽雾阻化剂；
⑥对采空区进行埋管注氮惰化防火处理。
⑦向后部采空区灌注胶体泥浆或凝胶。
5）工作面停采前、撤架期间、回撤后防火处理
①工作面离设计停采线60m 时，即开始在工作面喷洒汽雾阻化剂；
②工作面离设计停采线40m 时，沿顺槽要采空区预埋注氮管路；
③工作面停采时，即开始向采空区进行注氮防火；
④工作面停采期间，降低工作面风量（约正常风量的一半）；
⑤加快工作面设备撤出速度，应一定时间内工作面设备全部撤完，并完成封闭；
⑥在撤架过程中，加强停采线气体、温度监测和自燃危险性预测；
⑦经检查预测，确有自燃危险性时，在危险区域架间布置钻孔，进行注胶防火处理； ⑧工作面停采设备全部撤出以后，在停采线以外顺槽的适当位置打隔爆密闭墙，并留设观测孔和注浆管路；
⑨对封闭区进行灌浆处理；
⑩定期检测隔爆密闭内气体、温度情况，至少每星期检测二次；采取均压措施，减少停采线漏风，防止停采线浮煤自燃。
六、技术、经济可行性及可靠性分析、论证
鲍店煤矿在实施高产高效矿井建设中，由于采掘工作部署及接续工作的需要，将先后在十采区形成多个沿空综放工作面；沿空工作面尤其是孤岛工作面，由于与采空区相邻，本身又是小煤柱开采，采空区冒落空间大，本面采空区与相邻采空区连成一片，形成了复杂的多源多汇漏风通道，加上巷道受压变形大，发生火灾的风险大大增加。为保证矿井安
全高效开采，就必须采取经济、合理、易于实现的通防治理技术。
通过本项目的研究，全面系统的对孤岛工作面综放开采和同采区两个工作面同时综放开采情况下的通风状况、煤层自然发火特点及规律进行分析，制定矿井复杂区域开采期间煤层自燃治理控制技术，能够确保鲍店煤矿多个工作面沿空综放开采及大面积采空区相连复杂区域的开采安全。该课题的研究成功，解决了针对现代化高产量矿井复杂区域开采的火灾防治关键技术，可为鲍店煤矿及相关矿井提供有效灾害防治手段，从而能有效地保障矿井的安全生产。
本课题在多个工作面沿空综放开采及大面积采空区相连复杂区域的巷道漏风的定量分析具有较大难度，但课题组成员长期从事矿井安全工作，在矿井通风系统优化和矿井灾害防治方面具有扎实的理论基础和实践经验，有能力完成本课题的研究工作。
七、对安全、环境、健康的影响性分析
本项目进行了矿井复杂区域通防灾害治理技术的适用型和经济型研究，提出了多个沿空工作面综放开采及大面积采空区相连的复杂区域的煤层通防灾害防治技术方案。可较好地解决鲍店煤矿十采区的通防问题，有利于创造井下适宜的工作环境，保证矿井的高效运转，保障职工的人身健康安全。
八、现有基础、技术条件，保证体系
山东科技大学具有较强的基础研究、应用研究和科技开发能力及多学科交叉的综合科技优势，在矿业工程领域有较强的学科基础和学术优势。依托矿山灾害预防控制教育部重点实验室长期从事火灾、瓦斯治理治理、通风系统优化、安全监测监控与信息化等理论研究及现场应用工作，在矿井通防灾害防治方面有着雄厚的科研能力。承担过国家自然科学基金、省、部级的多项科研项目，获得了多项科技进步奖，科研成果丰硕，在国内外有较突出的学术声誉，已达到国内同类研究领域一流水平，为本项目的研究奠定了坚实的理论和技术基础。省部共建教育部重点实验室设备齐全，实验装备整体达到国内先进水平，目前拥有MTS815岩石伺服试验系统、曙光4000并行机、傅立叶红外分析仪、瞬变电磁测量仪等一批国际先进的设备，实验室先进的仪器设备为完成本课题研究提供了必要的硬件基础。
鲍店煤矿在矿井工作面综合防火方面有着丰富的现场经验，技术人员素质高，因此课
题组无论从人员构成还是技术水平及硬件基础，都为本课题研究成功提供了必要的基础。山东科技大学与兖矿集团长期合作，熟悉矿井实际情况，矿校结合可以在矿井复杂区域综放面火灾控制及防治关键技术方面创造出更大的理论及工艺突破，从而促进矿井安全生产。
九、经济、社会效益分析
我国是世界产煤大国，煤炭生产在为国家的快速经济发展提供70%的能源的同时，也成为许多地方财政和企业的主要经济支柱产业，同时也吸纳了大量的劳动力就业。目前，我国的煤炭市场形势十分喜人，据预测，目前的煤炭市场价格还要维持相当长的一个时期。在这个时期内，煤炭企业的利润十分丰厚，前提条件是要实现安全生产。
煤矿井下通防灾害防治投资很高，针对性不够强，往往难以取得预期效果。该项目的完成，可以做到有的放矢，把有限的安全技术、资金投入到最需要的地方，并发挥出最大的安全效益。该课题的研究成功，解决了针对现代化高产量矿井复杂区域综放开采的通防灾害防治关键问题，可为鲍店煤矿及相关矿井提供有效的通防灾害防治手段，从而能有效地保障矿井的安全生产。
项目的实施保证了采面的安全生产和回撤，提高了煤炭采出率，使得井下各类设备(施) 免受灾害影响，保证了机械设备、生产巷道安全和正常使用，经济效益十分显著；而且项目的实施为井下矿工创造了一个良好的工作环境，有效地保障了井下矿工的人身安全，大大减少了事故的发生率，激发了工人的劳动积极性，实现了矿井的高产高效，维护了矿区的和谐、稳定，取得了良好的社会效益。因此，课题的研究成果具有广阔的推广应用市场和应用前景，经济效益和社会效益巨大。就国内外目前该项技术的现状而言，本课题在全省乃至全国的复杂区域综放面通防灾害治理方面都有及其广阔的推广应用价值。
十、项目实施进度计划（按年、月的详细进度计划）
项目进度：2010.1~2010.12
(1) 2010年01月~2010年02月 现场调研，井下通风、防灭火现状调查；
(2) 2010年03月~2010年05月 复杂区域综放面采空区的自燃危险性分析及自燃危险区域判定技术研究；
(3) 2010年06月~2010年08月 复杂区域开采大面积采空区漏风规律研究；
(4) 2010年09月~2010年11月 复杂区域工作面综放开采期间的防灭火技术研究；
(5) 2010年12月 项目总结，提交总体研究报告，评审鉴定。
十一、经费计划
项目研究经费：
十二、项目负责人、项目组成员及分工
1、项目负责人
甲方
乙方
2、项目主要研究人员
甲方
乙方