高分子膠體防滅火技術(shù)在黃陵二礦的應(yīng)用

閆 贊

（陜西黃陵二號(hào)煤礦有限公司，陜西 黃陵727300）

1 概述

礦井火災(zāi)是礦井的主要災(zāi)害之一，隨著我國(guó)煤炭產(chǎn)量的不斷增加，礦井防滅火問題顯得尤為突出。陜西黃陵二號(hào)煤礦主采2號(hào)煤層，為弱粘結(jié)煤，富含1／3焦煤，煤層及圍巖局部瓦斯含量較高。經(jīng)中煤科工集團(tuán)西安研究院檢測(cè)，2號(hào)煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ類，屬自燃煤層，吸氧量為0.67cm3／g干煤，根據(jù)煤樣升溫氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用最短自然發(fā)火期模型計(jì)算得最短自然發(fā)火期為55d。因此，該礦面臨著嚴(yán)峻的防滅火形勢(shì)。

根據(jù)黃陵二號(hào)煤礦四盤區(qū)煤柱自然發(fā)火概況，首先采用紅外熱像儀對(duì)煤柱的自然發(fā)火區(qū)進(jìn)行判定，而后綜合對(duì)比了多種防滅火手段，最終采用高分子防滅火手段對(duì)四盤區(qū)煤柱自然發(fā)火區(qū)進(jìn)行防滅火，取得了良好的效果。

2 四盤區(qū)煤柱自然發(fā)火概況

黃陵二號(hào)煤礦四盤區(qū)主要大巷為4條，分別為一、二號(hào)輔運(yùn)大巷、北二回風(fēng)大巷及北二膠帶大巷，四條大巷均布置在2號(hào)煤層中，埋藏深度在500m左右，大巷進(jìn)行了全斷面的噴漿，每條大巷間留35m的保護(hù)煤柱，在主巷道兩翼布置采煤工作面。一號(hào)輔運(yùn)大巷側(cè)已完成403、405、407三個(gè)綜采面的回采，采空區(qū)面積約為176×104m2，目前409工作面正在回采；二號(hào)輔運(yùn)大巷側(cè)已完成406、408、410工作面的回采，采空區(qū)面積約為21×105㎡，現(xiàn)有410備采面1個(gè)，將于2015年投產(chǎn)；工作面距大巷預(yù)留保護(hù)煤柱150m。

2013年11月份，405工作面機(jī)頭硐室與北二回風(fēng)大巷立交處出現(xiàn)了煤層自燃，該立交厚度為3m，底部有1m厚煤層，后經(jīng)過降溫處理剝挖高溫煤體，徹底處理了火災(zāi)。2014年2月在410回風(fēng)聯(lián)巷（膠帶—總回）兩側(cè)煤柱的錨索孔發(fā)現(xiàn)有掛汗現(xiàn)象，經(jīng)打孔檢測(cè)煤體內(nèi)部最高溫度為37℃，高出巷道溫度11℃，CO最高為5×10－4。

根據(jù)上述現(xiàn)象分析，造成煤柱自燃的原因如下：四盤區(qū)大巷保護(hù)煤柱受兩翼采空區(qū)上覆巖層應(yīng)力作用，煤層巷道頂部和巷幫實(shí)煤體產(chǎn)生不同程度的裂隙，在聯(lián)巷、立交等處尤為嚴(yán)重，壓裂的煤體呈破碎松散狀態(tài)堆積在裂縫內(nèi)；形成了從北二一號(hào)輔運(yùn)大巷及膠帶大巷（均為進(jìn)風(fēng)巷）向回風(fēng)大巷的漏風(fēng)通道（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試回風(fēng)巷與膠帶巷的壓差為1000Pa左右），向煤柱裂隙內(nèi)破碎的煤體通風(fēng)供氧；煤柱裂隙通風(fēng)不良具有良好的蓄熱環(huán)境，煤體氧化產(chǎn)生的熱量不容易散失，熱量持續(xù)積聚形成高溫，最終形成自然發(fā)火隱患。

3 煤柱自然發(fā)火區(qū)域判定

當(dāng)煤自然發(fā)火時(shí)，煤層表面的溫度升高，但肉眼并不能觀察到，采用紅外熱像儀將煤層表面的溫度以圖像的形式呈現(xiàn)出來，高溫和低溫用不同的顏色標(biāo)示，便于發(fā)現(xiàn)高溫區(qū)，尋找隱性火區(qū)分布，方便檢查井下煤自然發(fā)火隱性火區(qū)分布、火源位置。

二號(hào)煤礦購(gòu)置了YRH－600型紅外熱成像儀對(duì)巷道自然發(fā)火區(qū)域進(jìn)行排查，避免了以往只能使用溫度計(jì)進(jìn)行局部測(cè)溫的弊端，提高了測(cè)溫的準(zhǔn)確度和測(cè)溫的范圍，更容易發(fā)現(xiàn)溫度異常點(diǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)采用YRH－600型紅外熱成像儀對(duì)410回風(fēng)聯(lián)巷進(jìn)行觀測(cè)，從圖1、圖2中可以看到煤柱裂隙處高溫在34℃左右，高出巷道風(fēng)流溫度10℃；對(duì)施工的防火鉆孔進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)溫度為37℃左右，與溫度計(jì)實(shí)測(cè)溫度一致。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的防火鉆孔進(jìn)行溫度及CO檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)高溫位置一般出現(xiàn)在距離煤幫3～5 m左右的位置，距底板0.6～4m左右。

圖1 410回風(fēng)聯(lián)巷煤柱裂隙熱成像

圖2 410回風(fēng)聯(lián)巷煤柱防火鉆孔熱成像

4 煤柱自燃防滅火措施

由于煤柱自然發(fā)火可能由多方面的原因造成，因此需要綜合對(duì)比多種防滅火手段，提出適合二號(hào)煤礦煤柱自燃的防滅火措施。常用的防滅火手段包括打鉆注水、噴漿堵漏等，經(jīng)過綜合對(duì)比，高分子膠體為最合適的二號(hào)煤礦煤柱自燃的防滅火措施。

4.1 高分子膠體特點(diǎn)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐證明，高分子膠體防滅火技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）固水降溫性：膠體中90%以上是水，易于流動(dòng)的水被固結(jié)起來，充分發(fā)揮水的降溫作用；成膠過程是吸熱反應(yīng)，煤溫上升使膠體中的水汽化，也吸收大量的熱，因此降溫速度快。

（2）滲透和堵漏性：成膠材料是易于流動(dòng)的液體，在注膠泵的壓力下可以滲透到煤層縫隙中形成膠體，堵住漏風(fēng)通道。

（3）阻化性：促凝劑和基料本身都是阻化劑，兩者反應(yīng)生成的材料也是阻化劑，膠體具有通用阻化劑的性能。

（4）熱穩(wěn)定性：在1000多度的高溫下膠體不熔化、不破裂，仍能保持完好，只是慢失水干裂，只需及時(shí)補(bǔ)充水量即可恢復(fù)膠體狀態(tài)。

（5）復(fù)燃性低：在高溫區(qū)域內(nèi)，只要膠體滲透到的區(qū)域都不會(huì)復(fù)燃。

4.2 高分子膠體注膠防滅火工藝

高分子膠體是通過水與FCJ12高分子滅火膠體劑按100∶2的比例混合形成的。本礦購(gòu)置了礦用移動(dòng)式防滅火注膠裝置，用來壓注高分子滅火膠體，該設(shè)備體積小、重量輕，使用時(shí)只需接通水電，加入FCJ12滅火膠體劑即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)壓注高分子膠體（見圖3）。

圖3 高分子膠體注膠防滅火設(shè)備

在井下安裝好“礦用移動(dòng)式防滅火注漿裝置”后 ，把“膠體滅火劑”加入膠凝劑料箱，按使用現(xiàn)場(chǎng)的要求調(diào)節(jié)“膠體滅火劑”的加入量，制成高分子膠體后壓注入火區(qū)進(jìn)行滅火。

4.3 高分子膠體壓注措施

在巷道兩側(cè)煤幫用3層鉆孔注膠處理，沿聯(lián)絡(luò)巷排距為3m，鉆孔深度為8m，下3m套管，封孔深度1.2m，具體工藝見圖4。

圖4 高分子膠體壓注工藝

鉆孔打成后用靜壓水壓注半小時(shí)，然后注高分子膠體材料，高分子膠體壓注時(shí)，保證膠體濃度（滅火劑質(zhì)量濃度不小于2%，即水量保證1.6m3／h時(shí)高分子滅火劑下料速度2袋／h）。

4.4 注水泥漿封堵

待煤體高溫處理完畢后，在巷幫兩側(cè)布置鉆孔注入水泥漿對(duì)煤柱進(jìn)行加固，防止煤柱因礦壓變化再次受壓產(chǎn)生裂隙，形成自燃隱患。

在聯(lián)巷內(nèi)布置鉆孔注水泥漿，鉆孔孔徑Φ42mm，深度10m（頂板鉆孔6m），鉆孔排間距為1.2～1.5m×3m，每排鉆孔7個(gè)，兩幫各2個(gè)，頂部拱形3個(gè)，施工時(shí)遇漏漿點(diǎn)則在堵漏后在漏漿點(diǎn)2m范圍內(nèi)增補(bǔ)1～2個(gè)鉆孔。

4.5 高分子膠體防滅火效果

在2014年5月份在405回風(fēng)聯(lián)巷下風(fēng)側(cè)（回風(fēng)大巷內(nèi)）3m處的錨索孔發(fā)現(xiàn)掛汗，經(jīng)打孔檢測(cè)煤體內(nèi)部最高溫度36℃，高出大巷溫度12℃，CO最高4×10－4，通過采取注高分子膠體的措施，煤體內(nèi)部最高溫度28℃，僅僅高出大巷溫度4℃，CO最高降低到2×10－4，取得了良好的效果。

5 討論

1）大巷煤柱受壓產(chǎn)生裂隙，形成漏風(fēng)通道是煤柱自燃的主要原因。

2）煤柱自燃隱患區(qū)域多發(fā)生在與回風(fēng)大巷溝通的聯(lián)絡(luò)巷，且進(jìn)回風(fēng)巷間壓差較大，一旦產(chǎn)生裂隙，漏風(fēng)較為嚴(yán)重；煤柱產(chǎn)生高溫區(qū)域多發(fā)生在距離煤壁約3～5m的位置。

3）采用高分子材料防滅火的措施可以很快地有效處理高溫異常區(qū)域；最后向煤柱壓注水泥漿起到封堵裂隙，加固巷道的目的，避免煤柱再次受壓產(chǎn)生裂隙。

〔1〕徐精彩，張辛亥，文 虎 .煤層自燃膠體防滅火理論與技術(shù)〔M〕.北京：煤炭工業(yè)出版社，2003：1－8.

〔2〕徐精彩 .煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域判定理論〔M〕.北京：煤炭工業(yè)出版社，2001：12－1.

〔3〕高桑功，田博憲，田代襄，等 .關(guān)于煤自然發(fā)火的研究—煤的破碎性與自燃的關(guān)系〔J〕.探礦與保安，1977，（3）：9－13.

〔4〕張玉治，陳振永 .復(fù)合膠體在防滅火中的應(yīng)用 .中州煤炭，2007，1：87－88.