一種新型綜采工作面注漿防滅火方法

【摘 要】針對老石旦煤礦031601回采工作面傾角較大，最大達到18°。最短自燃發火周期為63天，采用傳統防滅火注漿方法效果不好，研制出一種安裝在液壓支架上的新型注漿裝置，在老石旦煤礦031601回采工作面進行了試驗應用，使上隅角CO濃度下降到12ppm，注漿效果非常明顯，好于其他同類注漿效果，保證了工作面的安全、高效地生產。

【關鍵詞】回采;傾角;自燃發火周期;液壓支架;上隅角

煤礦在采煤過程中存在著潛在的煤層自燃安全隱患。煤礦火災事故在煤礦所有事故中所占的比例比較高，例如，國家煤炭工業局統計了1997年至2017年20年期間國內煤礦自燃火災占煤礦火災總數的90%。因此，防止煤炭自燃火災是煤礦安全管理的重要方面之一。目前，國家對煤礦防滅火提出了更高的要求。要求各煤礦必須建立健全完善的防滅火注漿體系以及均壓通風、注氮氣、噴阻化劑等綜合防滅火技術[1]。

一、提出問題

傳統的防滅火注漿技術是將注漿管道應用于工作面傾向上部采空區，定期定量地對采空區采取注漿措施，使漿液從傾斜注漿管道中流出。從采空區的不同位置，覆蓋采空區浮煤，以滿足防止采空區浮煤自燃的要求[2]。但是很難把握漿液覆蓋全部采空區且均勻分布，遇阻發生積漿、潰漿事故，僅僅以經驗為主，不能詳細、科學的考察，注漿參數選擇不合理，致使注漿時間、注漿量設計不合理，采空區注漿量過大或過小都會導致防滅火效果差[3]。

二、分析問題

傳統的注漿工藝是將漿液注入采空區氧化帶，目前尚不清楚注漿能否均勻覆蓋采空區內的浮煤，能否通過特殊的地質構造，能否滿足注漿防滅火要求，這些都是未知數。且注漿效果不明顯[4]。為了能夠從源頭處克服傳統滅火注漿方法的不足，積極探索新技術、新工藝，成功研制出一種新型的防滅火注漿裝置，不僅為綜采工作面提供了科學、高效、準確、成本效益高的操作手段。提出了一種新的采空區防滅火注漿技術，為礦井防滅火設計和施工提供了理論依據和技術支持，在降低成本的條件下，大大提高了防滅火效率。在神華烏海能源公司老石旦煤礦031601工作面的應用中取得了良好的社會效益和經濟效益，保證了采煤工作面的安全、高效地生產。

三、解決問題

3.1工作面概況

神華烏海能源公司老石旦煤礦16#煤層是具有煤層自燃傾向性，最短自燃發火周期為63天，其中031601工作面位于16#煤層，由于031601工作面傾角較大，最大達到18°。巷道設計長度為1440m。巷道斷面為拱形，凈寬5.0m，凈高3.9m，拱高1.7m，巷道壁高2.2m，巷道采用錨桿+金屬網+錨索支護形式。

3.2工作原理

如圖1所示，首先，我們在老石旦煤礦031601工作面的回風巷鋪設了一條3英寸的注漿管道，并在3英寸灌漿管道的末端加工了一個3英寸變Φ38mm閥門。Φ38 mm高壓軟管安裝到工作面支架的第二后立柱上，然后從工作面的每個支架的底部到頂部0.6m處用抱箍固定一個Φ38 mm三通，每個支架靠近工作面采空區一側出口處接一根 5m注漿管（當長度小于4m時，噴入的漿料很容易流入支架的后部，影響安全生產;如果注漿管長度超過6m，則易受采空區浮動擠壓而拉斷，因此管道的長度應根據各礦井綜采工作面的特點，即采空區長2英寸焊管的特點而定）2英寸焊接管端被加工成“鴨嘴”形狀，最后每個長2m長的Φ38mm高壓軟管用于連接相鄰的兩個托架之間。三通在五個部分中的每一個之間都有一個區域控制閥。

3.3注漿量計算

老石旦礦031601工作面平均每月產煤12.5萬噸.據中國煤炭科技集團重慶研究院統計計算老石旦煤礦031601工作面注漿量和特征表分別如表1、表2所示。另外工作面每割一刀煤，每個支架注漿所需的填充時間為1.905分鐘，因此工作面187臺支架全部注完所需的時間為356.235分鐘，即5小時56分鐘。

四、注意事項

（1）灌漿前必須由專業技術人員制定專項的灌漿設計和安全技術措施。

（2）注漿必須分組進行，避免注漿壓力不足，漿體分散不足，造成漿體集中沉淀，防滅火效果差。

（3）灌漿必須由專業的工程技術人員和專業的灌漿隊伍進行。有關人員必須經過專業培訓，并獲得資格證書后方可上崗作業。

五、結論

（1）該方法突破了傳統的注漿方法，將注漿管設置在上隅角，延伸到采空區的氧化帶，創造性地利用綜采工作面的液壓支架固定注漿管路，將注漿管道均勻分布到采空區，隨著液壓支架的推進，將注漿管道拖走的新方法和新工藝。注漿實現了多管道、定向、定點注漿的新思路。

（2）該方法克服了傳統的注漿方法，利用漿液的流體特性和泥漿的自重作用，將采空區自上而下地覆蓋。根據綜采工作面的日常開采進度，自上而下逐架打開閥門，并進行定量灌漿，以節省時間、材料和泥漿覆蓋。為具有煤層自燃傾向的綜采工作面采空區的防滅火注漿提供了科學依據和理論指導。

（3）注漿前031601工作面CO濃度為84ppm，采用新的注漿方法后，031601工作面的CO濃度降低到12ppm。注漿效果非常明顯，比其他相同的注漿效果更好，保證了工作面的安全高效生產。

【參考文獻】

[1]劉英學，鄔培菊.黃泥灌漿防止采空區遺煤自燃的機理分析與應用[J].中國安全科學學報，1997（01）：39-42

[2]張吉佑.一種新模式的黃泥灌漿系統在煤礦的應用[J].煤礦現代化，2001（04）：14

作者簡介：武俊（1981-），男，內蒙古烏蘭察布市人，工程師，碩士學歷，現任神華烏海能源公司五虎山煤礦機電副礦長，長期從事煤礦機電技術管理工作。