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(jiàn)的灌漿方法，確定采用隨采隨灌埋管灌漿的方式開(kāi)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(kāi)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(kāi)；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(kāi)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(kāi)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。現(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(mén)。并配備必要的消防材料和設(shè)備。

3）在地面及井底車(chē)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(jiàn)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(kāi)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。