1引言
自然發(fā)火是制約厚煤層開采工藝發(fā)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(tǒng)[1]，結合傳統(tǒng)防治火災的技術，分析其可行性。
2現(xiàn)場條件
以某礦現(xiàn)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(shù)f=1.4，容重為14.5kG/m3，煤層極易自燃，發(fā)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(fā)火類別分析
發(fā)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(fā)火的幾率將會大大降低。在這一指導思想下，對傳統(tǒng)放頂煤巷道布置系統(tǒng)易發(fā)生自燃的區(qū)域以及易發(fā)生自燃的時段進行分析。按照放頂煤回采系統(tǒng)下各區(qū)域發(fā)生自燃的幾率大小進行等級劃分：（1）容易發(fā)生自燃區(qū)域巷道揭露的相鄰原高溫區(qū)域或老火區(qū)、巷道頂板局部冒落區(qū)、巷道變坡頂板破碎區(qū)，巷道揭露相鄰沿空側的停采線、溜煤眼、聯(lián)絡巷及其它硐室等處。（2）較易發(fā)生自燃區(qū)域巷道頂煤離層破碎區(qū)、沿空側煤柱破碎區(qū)。（3）可能發(fā)生自燃區(qū)域巷道巷幫破碎區(qū)以及工作面采空區(qū)。根據(jù)對綜放開采時自然發(fā)火事故出現(xiàn)的頻繁程度，確定火災易發(fā)地點依次為巷道及開切眼、末采收作線、鄰近采空區(qū)、工作面端頭，（如圖1所示）。自然發(fā)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(fā)生自燃，分別是：（1）掘進期間。巷頂易形成高冒區(qū)以及碎煤裂隙帶發(fā)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(fā)困難，是自然發(fā)火的隱患之一；
?。?）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(fā)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(fā)育，與氧氣接觸面積大；架后煤多且松散。以上自然發(fā)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(tǒng)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(fā)火的影響，傳統(tǒng)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(tǒng)和三段式回采工藝來實現(xiàn)無煤柱開采。
該系統(tǒng)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?shù)纳戏謱踊夭晒に?，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(qū)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(tǒng)放頂煤對比
是否能有效防治自然發(fā)火是判定方案可行性的重要依據(jù)，為此在防治自然發(fā)火方面對錯層位巷道布置與傳統(tǒng)放頂煤沿底板布置巷道進行了比較：
1.區(qū)段運輸平巷；2.區(qū)段回風平巷；3.損失的頂煤與區(qū)段煤柱；4.上區(qū)段運輸平巷位置；
（1）錯層位巷道布置系統(tǒng)將進風巷與回風巷分別布置在煤層頂板與上一區(qū)段采空區(qū)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(qū)的出現(xiàn)，可以降低自燃發(fā)火率；傳統(tǒng)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(fā)火隱患。據(jù)統(tǒng)計，綜放開采2/3的火患都發(fā)生在巷道高冒區(qū)。（2）錯層位巷道布置系統(tǒng)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(xiàn)巷道頂煤高冒，進而加劇巷幫的破壞，不易形成發(fā)育的碎煤裂隙，同底板布置的煤巷巷幫比較，發(fā)火幾率小，而且易于維護；回風巷優(yōu)勢更為明顯，因為布置在采空區(qū)下的回風巷處于免壓區(qū)，對巷幫不會造成強烈的擠壓，可以降低發(fā)火幾率。（3）錯層位巷道布置系統(tǒng)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(qū)內，不易出現(xiàn)傳統(tǒng)放頂煤中留有大量“T”型煤柱處在應力集中區(qū)內而被壓裂壓酥導致巷旁向采空區(qū)漏風的情況，不但有利于相鄰采空區(qū)的防治自燃，而且有利于降低煤柱自身的發(fā)火幾率。（4）上一區(qū)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(qū)段進行回采時可以回收，減少了采空區(qū)內浮煤的數(shù)量，而且上一區(qū)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(qū)段網下回采時，減少了向采空區(qū)的漏風，所以特殊的回采工藝也是降低自然發(fā)火的有利條件。對比得出，采用錯層位巷道布置系統(tǒng)，在易自然發(fā)火條件上有了根本性的改善。
