鉆孔灌漿技術在煤礦防滅火中的應用探究

梁曉斌

（汾西礦業集團通風管理部，山西 介休 032000）

引言

煤炭作為經濟增長的主要能源，隨著開采力度不斷加大、開采深度發生變化，確保開采安全問題非常必要，以此為煤礦開采作業正常施行奠定基礎。煤礦生產過程中防滅火工作，屬于生產管理的主要內容，合理運用鉆孔灌漿技術不但能規范生產操作行為、防范煤礦火災事故的發生，并且能夠很好地維護工作人員的生命安全、財產安全以及煤礦企業的經濟效益[1]。

1 工程概況

某礦1-2 煤北翼煤厚度約為5 m，1-2 煤、2-2 上煤間距在10 m 左右，1-2 煤埋深為75 m，松散層和基巖層的平均厚度分別為24 m、60 m。為及時排除小煤礦盜采所致安全隱患，通過鉆孔灌漿技術處理極其必要，設計地面至1-2 煤北翼大巷煤柱回收旺采采空區、12107 回撤通道以及12205 和206 順槽施工45個鉆孔灌漿，灌漿漿液會沿巷道進行流動，隨著時間的增長堆積問題發生的可能性加大，在井下施工鉆孔疏放水通過地面灌漿-巷道堆滿山砂，這個過程容易形成隔離帶，漏風通道被封堵起來，同時可加固頂板。

2 煤礦火災事故的危害

2.1 井下火災事故造成的危害

井下火災，主要在井口四周/井下位置發生，因原空間內井下巷道為縱橫交錯的狀態，所以不利于在第一時間觀察到，而且空間供氧不足、不完全燃燒下會生成較多有毒、有害氣體，這時容易引發煤塵及瓦斯爆炸，對井下工作人員的安全問題構成嚴重威脅[2]。

2.2 地面火災事故造成的危害

煤礦生產階段作業環境較差，且有一定的安全隱患，這對工作人員安全的影響較大。所謂地面災害，指的是礦井四周區域發生火災事故，比如：辦公樓、宿舍樓、駐煤場等區域。地面火災供氧條件足夠、燃燒速度較快、燃燒完全、產生毒氣量不會很多、會在較短時間大范圍擴散，故而易于被發現[3]。

3 煤礦防滅火中鉆孔灌漿方案、灌漿方案的設計及鉆孔灌漿技術應用

地面鉆孔灌漿技術在煤礦生產中運用，可將不能燃燒漿液以一定比例混合后制成混懸液，靜壓和動壓下使用鉆孔的形式使其輸入到礦井火災現場，利于有效發揮出防滅火功效。鉆孔灌漿能隔離氧氣、使井下溫度下降，漿體材料促使煤炭得以包裹，和氧氣隔離，防止發生煤礦氧化的現象，且在控制燃燒煤炭溫度、滅火方面的作用較強。地面鉆孔灌漿技術應用于煤礦防滅火工作中，不但能減小煤礦燃燒反應面、延緩煤炭氧化嚴重程度，并且在提高燃燒區氣密性、避免發生漏風問題、降溫吸熱等方面的效果理想，可獲得較好的煤礦防滅火效果。

3.1 灌漿鉆孔方案的設計情況

共有45 個工程鉆孔，闡述如下：

1）施工供水和供電鉆孔數量為2 個，鉆孔標號：GS1 和GD1，可提供灌漿防滅火工程水源和電源。

2）12107 主回撤通道、輔回撤通道和回風措施箱均布設鉆孔、數量均為5 個。鉆孔的編號為YF1-YF5，在灌漿堆積后小煤礦采空區域作以隔離處理。

3）在12205 主順槽2 聯巷口、輔順槽2 聯巷口布設鉆孔的數量為2 個。鉆孔的編號為YF6 和YF7，灌漿促使1-2 煤、2-2 上煤二盤區采空區，以及1-2 煤北翼旺采采空區為隔離的狀態。

4）原封閉12107 采空區防火密閉部位四周鉆孔的數量為8 個，鉆孔的編號為YF8、YF9、YF10、YF11、YF12、YF13、YF14、YF15，灌漿堆積后12107 采空區與1-2 煤北翼旺采采空區相隔離[4]。

5）1-2 煤205 回撤通道外封閉防爆密閉的四周，施工鉆孔數量3 個、鉆孔的編號為YF17、YF18、YF19，1-2 煤北翼大巷旺采采空區進行隔離即可。

6）1-2 煤北翼輔運大巷30 聯巷布設的鉆孔編號為YF20，按底板標高高至低布置，鉆孔數量為25 個、鉆孔編號為YF21～YF44，經觀察1-2 煤北翼采空區發現整體灌漿的效果理想。考慮到四周完成鉆孔情況，對施工灌漿鉆孔的深度進行預測，鉆孔施工、灌漿時聯系充填的效果，施工時能夠對鉆孔部位、鉆孔數量作以相應的調整。

YF1～YF44 均為灌漿孔，施工到1-2 煤巷道頂板位置，鉆孔松散層孔徑為Φ320 mm，下1-2 煤272 mm護管，建議進到基巖內Φ375 mm 護管露出地面0.12 m左右，下護管后按照Φ215 mm 孔徑施工到1-2 煤巷道頂板部位，以此避免發生塌孔的現象。貫通1-2 煤巷道、全孔下Φ160 mm 鋼管，巷道頂板上露出地面0.15 m 左右，要求這個過程中認真做好鋼管、鋼板間使用梯形鋼板焊接工作，拉筋可固定在上口蓋鋼板位置，Φ160 mm 鋼管要求高出鋼板0.1 m 左右。另外，鋼管下口需高出巷道頂板3.5 m 以上，保證鋼管進到巷道，護管、套管及孔壁間可選擇砂土充填[5]。

3.2 灌漿方案的設計情況

灌漿防火技術原理：將不燃性材料、水以一定比例混合制成懸浮液，可通過靜壓/動力經鉆孔或輸漿管路壓送至自然發火危險區，漿液進到采空區固體漿材沉淀后使用黏性包裹破碎煤體及充填煤體的縫隙，比如：對上采空區裂隙、下采空區裂隙封堵后可提升整體密實性，避免發生漏風的現象[6]。漿水滲流促使煤體外在水分量發生較大變化，會對自熱氧化進程發展情況構成直接影響，處于自然狀態煤炭冷卻及降溫的效果理想，漿液不斷堆積逐漸形成圍墻，此時封堵漏風的同時還可以延長封堵的時間。采取料斗水力灌漿法應用于鉆孔上方安裝料斗中，如此能確保裝載機使山砂運輸至鉆孔四周，這時可借助水流沖射山砂于鉆孔內，同時灌漿材料可以就地取材，根據劃分取土場地剝挖山砂，注漿完成后巷道沉淀1～2 周，井下施工鉆孔疏放水后灌漿，利用山砂堆積巷道堆滿山砂即可，從而達到充填采空區空間、形成隔離帶的最佳效果[7]。地表2-2 上煤205 移變列車斜巷口4 m 左右施工供水鉆孔，套管下部伸出2-2 上煤巷道在1.2 m 左右，焊接鋼板采用錨索固定、DN150 法蘭，在此之后與DN150 水管通過2-2 上煤北翼水倉進行連接。同時在地面鋪設主管路，遵循相關規定合理設置DN50 三通閘閥，與DN50 高壓膠管作以連接處理。

3.3 鉆孔灌漿技術應用要點

煤礦作業的過程，防滅火工作可很好地維護作業安全，進行預防性灌漿處理，主要實行的為采前預灌、隨采隨灌、采后封閉灌漿等作業，鉆孔灌漿技術為隨采隨灌技術手段，要求聯系具體情況處理。灌漿滅火技術為煤礦常用的滅火技術，如果礦井火災事故發生會作以封閉處理，及時隔絕氧氣、煤炭，使得火災熄滅的速度提升，在此之后實施封閉區域灌漿作業。當前，較多煤礦企業防滅火工作中會采用鉆孔灌漿技術、井下巷道打鉆灌漿技術以及密閉墻插管灌漿技術等進行處理，可獲得較好的防滅火效果。

煤礦防滅火中使用鉆孔灌漿技術處理，應聯系具體狀況確定材料，需要材料具備不可燃、可配置成溶漿、管道疏松效果較佳等性能，而且應該提高穩定性、脫水性、黏結性、滲透力、密封性等性能。煤礦火災中一般會選用黃土作為灌漿材料，粉煤灰砂、煤矸石同樣可當作灌漿材料，還需聯系具體需要選擇適合的材料。值得一提的是，煤礦防滅火工作中使用的砂石顆粒較小，而且滲透性、流動性、黏性均較佳，可及時送至施工現場。粉煤灰顆粒表面不會很粗糙，所以易于制成漿液，達到作業需求，嚴格控制材料成本，同時有效維護煤礦企業的效益，促進煤礦企業的可持續發展。

4 結語

近年來，我國煤礦生產力持續加強，但作業期間存在一定的安全隱患，對工作人員的安全問題、財產安全問題造成直接影響，因而應認真實行煤礦防滅火工作，有效應用鉆孔灌漿技術處理，主要的目的為及時排除存在的安全隱患，提高煤礦企業的整體生產水平。