粉煤灰在礦井充填中的應用

張穎

摘要：利用熱電廠的工業廢物粉煤灰，供礦井井下防滅火注漿，不但變廢為寶、綜合利用，且粉煤灰的化學成分與一般黃土、頁巖基本相同，符合注漿材料的要求；又可減少粉煤灰對環境的污染，符合國家環保法規和可持續發展產業政策，經濟社會效益顯著。

關鍵詞：粉煤灰；灌漿充填；煤礦加固

中圖分類號：TD853 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0105-02

1 立項背景和原因

安全生產長期以來一直是我國的一項基本國策，是保護勞動者安全健康和發展生產力的重要工作，并且建設現代化的煤礦，必須牢固樹立安全第一的思想。由于煤炭生產主要在地下作業，存在工作環境惡劣，不安全因素多（主要有水、火、瓦斯、頂板等事故的威脅），因此礦井的防滅火更加重要。

按《煤礦安全規程》的規定，結合目前國內防滅火發展狀況，設計采用注漿、注氮綜合防滅火措施。灌漿是將制備好的泥漿或粉煤灰漿注入煤層火區，通過降溫隔氧實現滅火。泥漿的制備是將黃土或粉煤灰等制漿原料與水混合，經過濾后輸入注漿管道。目前，地面注漿站的制漿方法是：用高壓水槍在土堆上沖下泥漿，使其流入集中漿溝，經濾網過濾，除去雜物后流入泥漿攪拌池，經攪拌機攪拌后輸入注漿管路。此方法要求有充足的黃土來源，且對水土比以及泥漿的物理參數有一定的要求。由于制漿原料和水接觸的時間有限，兩者融合不均，濾出的渣滓中仍有大量未溶化的泥土，不但制漿效果不很理想，而且制漿原料的利用率較低，不可連續制漿。這是影響灌漿質量、防火效果和經濟指標的重要參數。施工中土場和蓄漿池占地面積大、投資大，濾網的人工除渣勞動強度高、效率低。另外，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。

2 研究內容及創新點

2.1 研究內容

利用優質黃土資源供礦井井下防火注漿違背國家實行的基本農田政策，終將會被限制和禁止。而粉煤灰是熱電廠的工業廢物，用粉煤灰供礦井井下防滅火注漿不但變廢為寶、綜合利用，且粉煤灰的化學成分與一般黃土、頁巖基本相同，符合注漿材料的要求；又可減少粉煤灰對環境的污染，符合國家環保法規和可持續發展產業政策，經濟社會效益顯著。此外粉煤灰的粒度較細，不含粗顆粒（大于2mm）利于輸漿，其灰漿穩定性較好，可以利用管道水力輸送。

粉煤灰灌漿的原理與黃土灌漿的原理大致相同，現在的粉煤灰注漿站已經是成熟的系統運行，注漿站的建立既便于生產管理又利用工業廣場的合理布置。

地面制漿站主要包括：粉煤灰、水泥儲罐，分別存放粉煤灰與水泥；螺旋輸送機，將粉煤灰與水泥按比例送至膠體制備機；膠體制備機，粉煤灰水泥漿與水混合，連續制漿、濾漿、添加懸浮劑，制成符合濃度要求的稠化膠體漿液；渣漿泵，將緩沖池內的漿液送入井下注漿管路；排污泵，將注膠系統產生的污水排入室外排污溝；監控系統，監控膠體防滅火系統中設備的運行。

輸漿基本過程：將粉煤灰和水泥原料放入各自的儲罐中，通過螺旋輸送機送至膠體制備機，在膠體制備機中制成符合濃度的稠化膠體漿液后，送至緩漿池，最后通過灌漿管路直接輸送至注漿地點，在輸漿的過程再加入速凝劑。

2.2 創新點

2.2.1 灌漿：

系統能夠將制漿材料（黃土、粉煤灰）配制成一定濃度的漿液，漿液通過管路可連續輸送入到井下指定

位置。

系統可實現大流量、高濃度連續灌注，每小時可連續制備60m3左右的漿液，水與制漿料的濃度配比可達

到1∶1。

在漿液管路中添加一定量的懸浮劑，可以使漿液在管路中不發生沉淀，防止管路堵塞，實現漿液的長距離輸送。

2.2.2 灌注復合膠體：

在灌漿管網中添加一定量的復合膠體添加劑，可使漿液在指定地點發生發生膠凝，起到防滅火的作用。

通過調節復合膠體添加劑的添加量，可控制漿液發生膠凝的時間和強度。

系統可用于煤礦日常防滅火工作和井下煤自燃區域的滅火工作。

2.2.3 充填加固：

系統能夠將制漿材料（粉煤灰、水泥混合物）配制成一定濃度的混合漿液，漿液通過管路可連續輸送到井下指定位置。

在灌漿管網中添加一定量的速凝劑，可使漿液在指定地點發生發生膠凝，并達到一定強度，起到充填加固的作用。

2.2.4 壓注高分子膠體：

系統中的礦用移動式防滅火注漿裝置可以在井下單獨使用，向井下自燃危險區域或高溫松散煤體壓注高分子膠體，起到預防煤自燃和快速滅火的作用。

3 應用情況

經反饋信息，粉煤灰注漿站已運行，情況良好，滿足要求，均在設計范圍之內；粉煤灰注漿系統的建成在防滅火安全方面做到了有力的保障，確保了煤礦礦井的安全生產，更確保了全礦的經濟效益；

4 總體性能指標與國內外、集團公司內其他單位技術的比較

該項目不僅解決了煤礦對防滅火的要求，保障了礦井的安全高效生產，并且制漿站的建立既便于生產管理又利用工業廣場的合理布置。同時對我集團公司其它礦井防滅火體統改造提供了很好的參考價值和借鑒經驗。

5 存在的問題及推廣應用前景

粉煤灰注漿系統符合國家政策，該礦利用粉煤灰替代黃土注漿，節約了寶貴的黃土資源，符合國家的基本農田保護政策；能夠提升礦井的生產管理水平和形象，此系統工藝及設備先進、便于生產管理；由于利用了粉煤灰變廢為寶，有利于環境保護；最主要是能夠快速制漿到達注漿地點，能夠使礦井安全得到有效保障。在滅火效果如此突出顯著的情況下，利用粉煤灰代替黃土，實現變廢為寶。隨著我國可持續發展戰略的實施和環境保護，粉煤灰注漿系統的應用前景將會越來越好，越來越普遍。因此，煤礦此次灌漿系統的建成給我公司其他礦井提供了對灌漿系統改造的思路和經驗，具有推廣

價值。