趙家溝煤礦1100工作面灌漿防滅火技術(shù)研究

袁新軍

（肥城礦業(yè)集團(tuán)張家口能源有限公司，河北 張家口 075700）

趙家溝煤礦1100工作面灌漿防滅火技術(shù)研究

袁新軍

（肥城礦業(yè)集團(tuán)張家口能源有限公司，河北 張家口 075700）

針對(duì)龍興煤礦，通過(guò)分析灌漿防滅火的原理、灌漿管理中的注意事項(xiàng)以及常見的灌漿方法，確定采用隨采隨灌埋管灌漿的方式開展防滅火工作。

煤礦；自燃；灌漿；防滅火

1 趙家溝煤礦概況

本井田處于蔚縣煤田北部，隸屬于陽(yáng)原縣，分布于月山向斜南翼、蔚縣背斜北翼，構(gòu)造特征總體形態(tài)為單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，落差5～70米，小斷層發(fā)育，并有南北向的巖墻。地層總體產(chǎn)狀為：走向NE，傾向NE、SW，傾角5-15度，地層較為平緩。礦區(qū)構(gòu)造類型屬中等類型。礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為1.13m3/min，相對(duì)涌出量5.42m3/min；礦井CO2絕對(duì)涌出量為1.3m3/min，相對(duì)涌出量6.24m3/t，屬低瓦斯礦井。煤層煤塵爆炸指數(shù)為37.65%，有煤塵爆炸危險(xiǎn)性。煤層有自燃發(fā)火傾向，等級(jí)為Ⅱ級(jí)，發(fā)火期為3～6個(gè)月。

趙家溝煤礦生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)為45萬(wàn)t/a。達(dá)產(chǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)“一井一面”，以二個(gè)高檔普采工作面和三個(gè)掘進(jìn)工作面、三個(gè)開拓工作面保證礦井45萬(wàn)t/a的生產(chǎn)能力，井田面積5.7532km2。準(zhǔn)采標(biāo)高為+1170—1006m。通風(fēng)系統(tǒng)是主、副井進(jìn)風(fēng)，斜井回風(fēng)。在生產(chǎn)過(guò)程中，該礦井發(fā)現(xiàn)CO，為保證安全回采，經(jīng)研究采取灌漿方法進(jìn)行防滅火。具體做法簡(jiǎn)述如下。

2 灌漿防滅火技術(shù)概述

2.1 預(yù)防性灌漿的作用及注意事項(xiàng)

1）灌漿的作用。①將殘留的碎煤包裹起來(lái)，隔絕碎煤與空氣的接觸，阻止煤炭氧化；②填充煤體裂隙，增加采空區(qū)的密實(shí)性，從而減少漏風(fēng)；③對(duì)已經(jīng)自燃的煤炭起到冷卻降溫的作用；④能膠結(jié)采空區(qū)破碎巖石，有利于形成再生頂板，從而有利于提高煤炭質(zhì)量和防止漏頂事故；⑤能濕潤(rùn)煤炭和巖石，對(duì)減少煤塵生成和飛揚(yáng)有一定的作用。

2）灌漿時(shí)的注意事項(xiàng)。①要對(duì)采空區(qū)灌入的泥漿量和排出的水量做詳細(xì)記錄。因?yàn)榕潘刻笳f(shuō)明井下有大量泥漿積存；排水中泥漿量增大則說(shuō)明采空區(qū)可能形成了泥漿通道；②在灌漿區(qū)下部必須設(shè)置濾漿密閉，將灌漿區(qū)和工作區(qū)隔開；③淺部采空區(qū)灌漿時(shí)，要注意防止地面漏水；④在灌漿區(qū)下部進(jìn)行采掘前，必須探明灌漿區(qū)內(nèi)的漿水積存情況。

2.2 灌漿方式的確定

目前預(yù)防性灌漿的主要方法有：采前灌漿、隨采隨灌、采后灌漿這3種類型［1］。

1）采前預(yù)灌法。采前灌漿是指還沒(méi)有進(jìn)行開采就先行灌漿，多適用于老窯多、易自燃、特厚煤層等情況。當(dāng)完成巖石運(yùn)輸巷和風(fēng)巷的掘進(jìn)工作以后，根據(jù)已設(shè)計(jì)的位置，進(jìn)行采前預(yù)灌或者通過(guò)地面打鉆進(jìn)行灌漿。

2）隨采隨灌法。隨采隨灌法是指隨著回采工作面的推進(jìn)，同時(shí)向采空區(qū)灌漿。具體灌漿主要有鉆孔灌漿、埋管灌漿以及灑漿三種方法。

3）采后灌漿。開采自然發(fā)火不是十分嚴(yán)重的厚煤層時(shí)，在采區(qū)或采區(qū)一翼采完之后，將其封閉起來(lái)進(jìn)行灌漿。目的一是封閉采空區(qū)，其次是充填最易發(fā)生自燃火災(zāi)的停采線，以防止自燃火災(zāi)的發(fā)生。

根據(jù)對(duì)趙家溝煤礦具體情況的分析，決定采用工藝簡(jiǎn)單，使用方便的隨采隨灌埋管灌漿的方式進(jìn)行防滅火。

2.3 灌漿的主要設(shè)備

灌漿站由儲(chǔ)土場(chǎng)、漿材輸送皮帶、連續(xù)式定量制漿、過(guò)濾攪拌、灌漿計(jì)量、輸漿管網(wǎng)系統(tǒng)等部分構(gòu)成。

3 趙家溝煤礦灌漿防滅火技術(shù)應(yīng)用

3.1 灌漿參數(shù)的選定

1100工作面長(zhǎng)度為120米，上下兩巷長(zhǎng)600米，一次采全高2.5米，采用高檔普采工藝生產(chǎn)。工作面推進(jìn)80米后，安全監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)儀器報(bào)警，檢測(cè)到CO，濃度達(dá)到40PPm。經(jīng)過(guò)專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真檢查分析之后，確定為采煤工作面后煤炭自燃產(chǎn)生CO。立即停止生產(chǎn)，采取措施。經(jīng)過(guò)研究采用向面后灌注黃土漿措施。具體情況：

1）灌漿材料。灌漿材料為黃土泥漿，對(duì)黃土要求；粒度小于2mm，塑性指數(shù)9～17，含砂粒徑0.5～0.25mm，含砂量＜30%，不含可燃物易脫水。

2）水土比確定。水土比例是黃土灌漿主要參數(shù)，比值小泥漿擴(kuò)散困難；反之，擴(kuò)散容易但耗水量大、灌漿期長(zhǎng)，根據(jù)井下回采煤層傾角，設(shè)計(jì)確定水土比例為4∶1?，F(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)可結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

3）灌漿系數(shù)。灌漿系數(shù)是灌漿材料的固體體積與采空區(qū)容積之比。該系數(shù)與工作面頂板巖性、頂板管理方法、煤層采高等因素有關(guān)。灌漿系數(shù)過(guò)大成本就高，反之，達(dá)不到防滅火目的，結(jié)合我國(guó)部分礦井經(jīng)驗(yàn)，按類比法確定灌漿系數(shù)為K=0.03。

4）灌漿所需土量Q土。

Q土＝k×G/γ煤＝0.03×1007/1.3＝23.24m3/d

式中，G——回采工作面日產(chǎn)量1007t

γ煤——原煤容重，1.3t/m3

5）灌漿所需水量。考慮水量備用系數(shù)1.1用于沖洗管路防止堵塞，日制泥漿所需水量Q水，

Q水＝23.24×4×1.1=102.256m3

6）日制漿量：

Q漿＝（Q土+Q水）M＝（23.24+102.256）×95%=119.22m3

式中：Q漿——日制漿量，m3；

Q土——制漿站需土量，m3/d；

M——泥漿制成率，取95%；

注漿歷時(shí)30天，溫度、一氧化碳濃度恢復(fù)正常。該工作面安全進(jìn)行了回采，較好的消除了安全隱患。

3.2 制漿裝備

1）大巷灌漿管路采用Ф89×6無(wú)縫鋼管，集中運(yùn)輸巷和采區(qū)上下山用灌漿管路采用Ф50×4無(wú)縫鋼管，工作面及運(yùn)輸順槽灌漿管路采用Ф50×4無(wú)縫鋼管。

2）電氣設(shè)備硐室用不燃材料支護(hù)，設(shè)防火柵欄兩用門。并配備必要的消防材料和設(shè)備。

3）在地面及井底車場(chǎng)設(shè)消防材料庫(kù)。

4）井下所有機(jī)電設(shè)備均按要求選用安全型或隔爆型，電纜選用阻燃性電纜。

4 總結(jié)

1）通過(guò)分析灌漿防滅火的原理、灌漿管理中的注意事項(xiàng)以及常見的灌漿方法，進(jìn)行實(shí)施后，確定在趙家溝煤礦采用隨采隨灌埋管灌漿的方式開展防滅火工作是非常有效、安全、經(jīng)濟(jì)、適用的。

2）通過(guò)計(jì)算，科學(xué)合理的確定了灌漿材料為黃土泥漿、水土比為4∶1、灌漿系數(shù)為0.03、灌漿所需土量為23.24m3/d、灌漿所需水量為102.256m3/d以及日制漿量為119.22m3/d等參數(shù)。

3）通過(guò)灌漿方法的應(yīng)用，成功解決了1100工作面CO升高問(wèn)題，消除了安全隱患。足以證明灌漿方法是有效控制井下煤炭自燃、進(jìn)行火災(zāi)預(yù)防的有效技術(shù)手段。

［1］李英華，張人偉，代曉亮等.北辛窯礦黃泥灌漿防滅火系統(tǒng)研究［J］.能源技術(shù)與管理，2011（4）：63-65

袁新軍（1971—），男，畢業(yè)于山東科技大學(xué)，現(xiàn)從事礦井通風(fēng)技術(shù)工作。