現代化智能灌漿注膠防滅火系統在寧東礦區的應用

摘要:根據寧東礦區煤極易自燃發火和生產規模大的特點，從煤自燃的防治技術角度出發，闡述了建立現代化智能灌漿注膠防滅火系統的必要。介紹了防滅火系統的構成、自動控制系統原理，并根據不同的防滅火材料闡述了系統的功能實現方法。通過現場應用證明了系統的功能可靠及優點。

關鍵詞:煤自燃 灌漿 注膠 防滅火系統

0 引言

寧東礦區位于毛烏素沙漠的邊緣，地表沙丘密布，礦區煤炭資源豐富，是我國未來重要的能源重化工基地，整個礦區屬于寧東煤田。寧東礦區所開采的各個煤層均為低瓦斯，煤塵有爆炸傾向，煤層極易自燃。煤層實際最短自然發火期為23天。多數礦井都發生過煤層自然發火，對安全生產影響很大。多年以來，寧東礦區各煤層開采過程中，80%以上的工作面上隅角出現CO濃度異常超限的特點。

作為神華集團的主要煤炭工業基地，寧東礦區煤層開采共分為三期進行，將要突破每年億噸的產量，因此作為現代化的礦井，針對其主要的礦井隱患煤自燃火災，必須建立配套的現代防滅火系統。

1 智能化灌漿注膠防滅火系統構成

黃泥灌漿是煤礦最主要的防滅火手段之一，其原理是泥漿中的水份吸收大量熱，起到滅火降溫的作用，黃土覆蓋浮煤表面，起隔氧阻止氧化的作用。灌漿防滅火時，泥漿濃度對注漿防滅火的效果影響很大，泥漿濃度越大效果越好?，F有灌漿防滅火系統的水土比通常在5:1左右，漿液流失量大，灌漿效率低，而且，灌注黃泥漿時還存在嚴重的“拉溝”現象，在較大空間內不能有效地堆積，下部煤層開采時還容易發生“潰漿”事故。

在發現煤層自燃高溫點時，采用常規的注水、灌漿和噴阻化劑時，由于重力作用，漿液流往低處，不能在高處積存、滲流范圍很小，難以撲滅高處大面積火源;漿液往低處流，沖出水溝，不能有效降低塊煤內部溫度，停止注漿后，風流滲透流暢，復燃很快，且用水或灌漿控制火勢時，將迅速產生大量水蒸汽，反而會促進煤層自燃火勢發展，惡化工作環境，并有產生水煤汽爆炸的危險。采用注氮、注惰性泡沫滅火時，需封閉性嚴，且氣體熱容小，能帶走高溫區的熱量有限，滅火周期很長，火區復燃概率高。而膠體防滅火技術集堵漏、降溫于一體，防滅火效果佳，已成為煤層自燃火災治理的主要技術手段之一。

西安森蘭科貿有限責任公司生產的(西安科技大學礦山應用技術所監制)MDZ-60地面固定式膠體防滅火系統就是在以上防滅火理論的基礎上研發，根據礦井的防滅火需要，能夠實現多種防滅火材料的壓注功能，根據火災的發生程度進行靈活處理。

1.1 系統構成 MDZ-60地面固定式膠體防滅火系統由漿料儲存場地、漿料輸送、連續式定量制漿、過濾攪拌、計量、輸漿及管網系統和外加劑添加設備等部分構成，見圖1和圖2。

1.2 系統設計參數

1.2.1 制漿原料:粉煤灰、砂土;

1.2.2 動力:系統設備總功率110kw;

1.2.3 供水:大于50m3/h，水壓大于0.4Mpa，要求水中無不溶性雜物;

1.2.4 水灰比:3～1:1;

1.2.5 制漿料用量:<40m3/h;

1.2.6 注漿量:60m3/h;

1.2.7 懸浮劑使用量:>0.1%(稠化膠體);

1.2.8 膠凝劑使用量:>0.06%(復合膠體);

1.2.9 滅火劑使用量:>0.8%(高分子膠體);

2 自動監控系統

自動監控系統，可根據實際需要實現設備的開?？刂疲{節系統流量，并自動地調節各種物料的配比，監控整個系統運行，如圖3。

2.1 主要監控內容 灌漿注膠的防滅火系統的監控系統設計，主要實現灌漿注膠監控內容包括以下幾個方面:1)漿液流量2)漿液濃度3)管路壓力4)系統運行工況

2.2 測控原理

2.2.1 泥漿輸送泵流量的檢測和控制 構成:液位器兩個(高位和低位)，電磁流量計1個，變頻控制器1個;檢測控制方法:流量檢測由電磁流量計實現。液位低于下限控制值時，調節變頻控制器，降低泥漿泵轉速，流量減少10m3/h;液位高于上限控制值時，調節變頻控制器，增大泥漿泵轉速，流量增加10m3/h。

2.2.2 懸浮劑添加量的控制 構成:流量傳感器1個， 3kw變頻控制器1個;

檢測控制方法:懸浮劑添加量與變頻器輸出頻率成正比，可由變頻器面板讀數窗直接讀出。漿液流量每變化10m3/h，進行一次調節，調節變頻控制器，按比例添加相應量的懸浮劑。

2.2.3 粉煤灰(黃土)添加量的控制 構成:密度傳感器1個，水流量傳感器1個，漿流量傳感器1個，11kw變頻控制器1個;

檢測控制方法:粉煤灰(黃土)添加量與變頻器輸出頻率成正比，可由變頻器面板讀數窗直接讀出。漿液流量每變化10m3/h，調節一次，調節變頻控制器，按比例添加相應量的粉煤灰(黃土)，使漿液達到所要求的密度。

3 智能化灌漿注膠系統功能實現

3.1 灌漿 各種制漿料(砂土、粉煤灰、黃土)通過移動式漿料破碎及輸送系統(扒裝、破碎、可伸縮皮帶一體機)送至連續式定量制漿系統內，與水泵輸送過來的水定量混合(水土比為1:1～1:0可調)、攪拌成漿后，輸送至濾漿機過濾。此系統每小時最多可將40m3的制漿料(土、灰)送入制濾機制成一定濃度的漿液，經過濾后通過管路進入注漿地點，達到防滅火目的。

3.2 壓注稠化膠體 稠化膠體由稠化懸浮劑JXF1930、水和漿料(砂土、粉煤灰、黃土等)構成。稠化懸浮劑能提高漿液粘度，使砂、土或粉煤灰懸浮，漿液在使用過程中不泌水、不離析，便于泵送和管路運輸，稠化劑添加量0.06%左右，懸浮劑成本約6~9元/m3。稠化膠體流動性好，可遠距離輸送，不堵管，且成本低。主要用于停采線、切眼、采空區等大面積區域的灌漿防滅火。

3.3 壓注復合膠體 復合膠體由稠化懸浮劑、膠凝劑、水和漿料(粉煤灰、黃土等)構成。懸浮劑用量0.06%、膠凝劑用量0.1%，膠體成本約15~18元/m3。膠體成本低，有一定的可堆積性，具有粘彈性，主要用于井下動壓帶和大范圍火區的防治。

在灌漿站通過外加劑添加系統(膠體制備機和濾漿機)將稠化懸浮劑加入灌漿管網內，在井下用漿地點附近通過外加劑添加系統(ZM-5/1.8G煤礦用注漿機)將膠凝劑加入灌漿管網內。

3.4 壓注高分子膠體 高分子膠體滅火劑MCJ12由有機高分子與耐高溫無機分子組成。MCJ12滅火劑用量1%-8‰，使用ZM-5/1.8G煤礦用注漿機，以每小時5m3以下的流量將水和高分子膠體滅火劑MCJ12制成高分子膠體并以一定壓力注入火區。主要用于小范圍內煤層火災的快速控制和熄滅，也可用于巷道頂部、采空區兩道等所有范圍區域的防火、滅火。

4 結論

羊場灣煤礦二分區最早建立智能化灌漿注膠系統，在首采綜放面開采過程中根據不同地點的防滅火特點，實現了注膠灌漿系統的多種功能，有效的預防和控制了煤自燃隱患的發展。鑒于此，寧東礦區新建的梅花井、清水營等煤礦都相繼設計并采用此系統。該智能化灌漿注膠系統和傳統的灌漿系統相比，具有以下特點:

4.1 該系統制漿量大，漿體濃度高，能夠減少井下由于注漿工作產生的污水;

4.2 該系統能夠根據不同火區的預防或者應急要求實現多種防滅火材料的壓注功能;

4.3 該系統以PLC可編程控制器作為電氣控制系統的核心部件，能方便地對各種參數進行控制，自動化程度高，能夠適用現代化礦井生產的需要;

4.4 膠體在密封管路中輸送，不受潮，無污染，不受氣候條件限制，同時有效保護了工作環境;

4.5 注漿系統整體設計合理，操作靈活，操作人員少，工藝先進，安全可靠。

參考文獻:

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