正善煤業2204 工作面黃泥灌漿技術應用實踐

劉中華

（山西汾西正善煤業有限責任公司，山西 呂梁 033000）

1 工作面概況

2204 工作面地面位置位于工業廣場以東540 m，井下位置正善煤業井田中北部，東鄰2206 材料巷（實體煤層未掘），北鄰劉莊村保安煤柱，南鄰井田工業廣場及三條大巷保安煤柱，西鄰2202 工作面（已回采）。該工作面可采走向長1022.6 m，傾斜長167 m，煤層傾角5°～13°，斜面積為170 774.2 m2，2# 煤厚1.10 m，容重1.42 t/m3，工業儲量266 749.3 t，回采率按97%計算，可采儲量258 746.8 t。2204 工作面停采線位置為：材巷103#點前7 m、運巷103#點前7 m。

工作面采用走向長壁后退式綜合機械化采煤,采煤機為MG250/600－AWD 型，運輸刮板輸送機型號為SGZ-764/630 型，ZY3200/12/29 型液壓支架支護頂板，自然垮落法管理頂板。采高：根據煤層賦存情況及采煤機的技術特征及液壓支架、采煤機的高度，確定工作面沿2#煤上、下層頂底板割煤見頂見底，確定工作面平均采高為2.2 m。

2 煤層自燃傾向性、爆炸性

根據2020 年綜合測試鑒定《煤層自燃傾向性鑒定報告》的結果，2204 工作面所掘進的2 煤層具有自燃發火傾向性，其自燃傾向性質為自燃，吸氧量0.64 cm3/g，自然傾向性等級為Ⅱ類自燃，最短自然發火期天數為84 天。根據2020 年山西省煤炭工業廳綜合測試中心提供《煤塵爆炸性鑒定報告》，本工作面所回采的2 煤層具有煤塵爆炸性，火焰長度大于400 mm，煤塵層最低著火溫度260 ℃，煤塵云著火溫度最低為520 ℃。

依據2020 年《煤層自燃傾向性鑒定報告》對礦井瓦斯等級鑒定結論為：全礦井絕對瓦斯涌出量為2.60 m3/min，相對瓦斯涌出量為2.01 m3/t；回采工作面絕對瓦斯涌出量最大是1.22 m3/min；掘進面最大絕對瓦斯涌出量是0.38 m?/min。根據《煤礦安全規程》第169 條規定，正善煤業礦井屬于低瓦斯礦井[1]。

3 噴灑阻化劑

3.1 噴灑地點及周期

2204 工作面在回采期間利用檢修時間，每天對上、下隅角與工作面支架間噴灑阻化劑，保證噴灑量，以阻止采空區遺煤氧化。

3.2 噴灑設備、材料及噴灑工藝

采用移動式阻化劑噴灑壓注系統：選用BZ-40/2.5型礦用阻化噴射泵，工作泵壓為0.2～2.5 MPa，功率為3 kW，噴射量為11～40 L/min，采用電動方式噴灑阻化劑。阻化劑選擇：2204 工作面末采期間選用工業氯化鈣作為阻化劑對工作面進行噴灑。儲液箱、注液泵等主要設備放置在2204 材巷中，并隨設備列車的推進隨時移動。使用直徑Φ13 mm×20 m 的高壓膠管從阻化劑泵車開始連接，沿著工作面電纜槽鋪設覆蓋全工作面，接頭處使用三通Φ13 mm的接頭連接，支管選用直徑Φ13 mm×20 m 的膠管連接，膠管口安裝閥門。阻化劑濃度的合理性是降低成本、提高阻化效果的重要方面。根據以往經驗[2]，w（CaCl2）=20%的CaCl2溶液阻化率較高，阻化效果較好；w（CaCl2）<20%的CaCl2溶液阻化效果逐漸減弱；w（CaCl2）超過20%的CaCl2溶液阻化效果未見明顯增強但成本變高，因此，阻化劑質量分數控制在15%～20%之間為最佳，本措施阻化劑質量分數暫定為20%。

3.3 阻化劑量計算[式（1）]

式中：G 為按重量計算浮煤一次噴灑量，t；K1為一次噴灑加量系數，一般取1.1；K2為松散煤（浮煤）密度，K2=0.8 t/m3；L 為工作面長度，145 m；B 為一次噴灑寬度，2.25 m；h1為底板浮煤厚度，取h1=0.01 m；A1為原煤（浮煤）的吸液量，取A1=0.047 t/t。

式中：G 為按質量計算浮煤一次噴灑量，0.17 t；C 為阻化劑質量分數，20%；V 為阻化劑量，L。

故V=0.13/0.2=0.65×1 000 L/t=650 L。

4 黃泥灌漿

2204材、運兩巷同時注漿。

4.1 灌漿站制漿設備

安裝制漿設備1 套，機械制漿系統由喂料機、制漿機、皮帶機、計量設備、過濾、水流量計、水量調節閥、成品池組成。系統為成套設備，集輸送破碎、攪拌過濾、自動配料于一體。有PLC 集中控制系統，控制設備的運行狀態和制漿參數等。具有電動、手動、自動三種方式切換功能。

流程為選擇滿足灌漿要求的漿料原料（黃泥、水等）；通過喂料機將原料輸送至制漿機，制漿機集配料、磨削、攪拌、過濾功能于一體；通過采用PLC 控制系統，控制給料機和制漿機及帶式輸送機的運行；由PWS 工業平板顯示設備運行及成料參數；過濾過濾控制漿液細度；控制黃泥、水的比例調節漿液濃度，在日常工作中要加強對灌漿設備的保養與維護。

4.2 灌漿方法

灌漿管路鋪設至工作面采空區，在工作面發現有自然發火征兆時進行隨采隨注。在工作面進行下山回采作業時，管路鋪設至工作面，采空區不留設灌漿管路。采用工作面在回采結束密閉后，則需進行采后預防性灌漿。通過在密閉墻預留灌漿孔進行灌漿，灌漿泵連接灌漿管向密閉內連續灌漿直至達到設計漿量或無法注入為止。工作面布置圖，如圖1 所示。

圖1 工作面布置圖

注漿管路鋪設路線，地面集中灌漿站→回風井→南回風石門→2#煤回風下山→2204 運回聯巷（2204材回聯巷）→2204 運輸巷密閉（2204 材料巷密閉）→2204 工作面采空區；注漿管道直徑選用D108×4.5 mm無縫鋼管作為井下灌漿用管道；黃泥灌漿設備；礦井建立了地面集中黃泥灌漿站，裝備注漿系統為ZFM-90 型。

4.3 灌漿系統

1）制漿流程為制漿前檢查各種設備是否完好；制漿設備的所有閥門是否在正確的開關位置；供水系統保證暢通無阻；照明設備保障到位[4]。制黃泥漿前應將黃土放到灌漿站堆土場，連接好供水管路。先注清水沖刷管路，確保管路暢通無堵塞及跑冒滴漏現象。制漿完成后，反復清洗設備，將設備內遺存的雜物清清洗從刷出去，關閉下漿孔及泄水孔閘門，以備下次使用。注漿施工流程圖，如圖2 所示。

圖2 注漿施工流程圖

2）黃泥漿制備操作，使用的土要均勻，防止大塊土進入灌漿泵。用量杯檢查泥漿濃度保證配漿符合質量比20%～25%，每4 h 檢查一次，一天檢查2 次，不可太稀或太稠，防止堵管，泥漿濃度符合要求。在下漿孔安裝設置好過濾篦子，灌漿過程中要隨時檢查清理石子、樹皮、草根及其它雜物，防止下漿輸送時堵孔、堵管現象。灌漿時的操作，灌漿時，灌漿站必須保證有兩名灌漿工，一人向灌漿設備內裝土，一人在操作灌漿設備并清理雜物。

3）灌漿施工注意事項，操作人員要時刻關注灌漿設備運行狀態，設備運轉出現異常情況時要立即停機檢查進行處理。灌漿前，首先對給水加壓沖洗管路，井下管路流水說明已暢通，連接灌漿孔進行灌漿。

4）灌漿施工完成后，關閉灌漿管路的閥門，加壓給清水沖洗灌漿管路，沖洗時間一般不少于30 min，清理灌漿設備。工作結束后，要核實本班灌入的黃土量、灌漿地點、灌漿時間及其其他各種參數、灌漿途中出現各類影響灌漿情況及時記錄，并將本班工作情況詳細記入灌漿臺帳，及時匯報給負責人及通風調度。

4.4 灌漿參數

按采空區灌漿所需土量計算，如式（3）所示：

式中：Q土為灌漿用土量，m3；M 為煤層高度；L 為灌漿區走向長度；H 為灌漿區的傾向長度；C 為采煤回收率；K=0.1，灌漿系數。

工作面煤層高度2.2 m，走向長度60 m，傾向長度170 m，回收率97%。

灌漿用水量，如式（4）所示：

式中：Q水為灌漿用水量m3；K水為制漿沖洗管路的水量備用系數，取1.1；S 為水土比，取1∶4。

式中：Q水為灌漿所需水量；Q土為灌漿所需土量；泥漿制成率，按表取得m=0.91。

4.5 注漿制度及施工完成

井上巡檢人員巡查各個設備設施，井下人員檢查灌漿管路有無跑水跑漿，一切正常后聯系井上工作人員說明情況后，方可進行開機進行灌漿工作。灌漿班次為早班，每班6 人灌漿，每天灌漿量用土量為40 m3，根據水土比1∶4，用水量為160 m3，制漿量為200 m3，每天灌漿時間為4 h，每小時灌漿量為50 m3，根據上述數據得出灌漿時長為54 d。平時灌漿注意觀察泥漿池中泥漿的高度，當泥漿高度不在變化時停止灌漿。達到計算灌漿量時，停止灌漿。

5 結語

通過對2204 回采工作面采空區進行采后預防性采取黃泥灌漿方案。研究灌漿材料，灌漿參數，灌漿工藝流程及施工步驟，制漿設備的選擇，確保了2204 工作面黃泥灌漿達到預期效果。通過黃泥灌漿滅火技術應用實踐，保證了礦井安全生產。