粉煤灰在礦井充填中的應(yīng)用

張穎

摘要：利用熱電廠的工業(yè)廢物粉煤灰，供礦井井下防滅火注漿，不但變廢為寶、綜合利用，且粉煤灰的化學(xué)成分與一般黃土、頁(yè)巖基本相同，符合注漿材料的要求；又可減少粉煤灰對(duì)環(huán)境的污染，符合國(guó)家環(huán)保法規(guī)和可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)政策，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著。

關(guān)鍵詞：粉煤灰；灌漿充填；煤礦加固

中圖分類(lèi)號(hào)：TD853 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）03-0105-02

1 立項(xiàng)背景和原因

安全生產(chǎn)長(zhǎng)期以來(lái)一直是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，是保護(hù)勞動(dòng)者安全健康和發(fā)展生產(chǎn)力的重要工作，并且建設(shè)現(xiàn)代化的煤礦，必須牢固樹(shù)立安全第一的思想。由于煤炭生產(chǎn)主要在地下作業(yè)，存在工作環(huán)境惡劣，不安全因素多（主要有水、火、瓦斯、頂板等事故的威脅），因此礦井的防滅火更加重要。

按《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)防滅火發(fā)展?fàn)顩r，設(shè)計(jì)采用注漿、注氮綜合防滅火措施。灌漿是將制備好的泥漿或粉煤灰漿注入煤層火區(qū)，通過(guò)降溫隔氧實(shí)現(xiàn)滅火。泥漿的制備是將黃土或粉煤灰等制漿原料與水混合，經(jīng)過(guò)濾后輸入注漿管道。目前，地面注漿站的制漿方法是：用高壓水槍在土堆上沖下泥漿，使其流入集中漿溝，經(jīng)濾網(wǎng)過(guò)濾，除去雜物后流入泥漿攪拌池，經(jīng)攪拌機(jī)攪拌后輸入注漿管路。此方法要求有充足的黃土來(lái)源，且對(duì)水土比以及泥漿的物理參數(shù)有一定的要求。由于制漿原料和水接觸的時(shí)間有限，兩者融合不均，濾出的渣滓中仍有大量未溶化的泥土，不但制漿效果不很理想，而且制漿原料的利用率較低，不可連續(xù)制漿。這是影響灌漿質(zhì)量、防火效果和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要參數(shù)。施工中土場(chǎng)和蓄漿池占地面積大、投資大，濾網(wǎng)的人工除渣勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低。另外，在發(fā)現(xiàn)煤層自燃高溫點(diǎn)時(shí)，采用常規(guī)的注水、灌漿和噴阻化劑時(shí)，由于重力作用，漿液流往低處，不能在高處積存、滲流范圍很小，難以撲滅高處大面積火源；漿液往低處流，沖出水溝，不能有效降低塊煤內(nèi)部溫度，停止注漿后，風(fēng)流滲透流暢，復(fù)燃很快，且用水或灌漿控制火勢(shì)時(shí)，將迅速產(chǎn)生大量水蒸汽，反而會(huì)促進(jìn)煤層自燃火勢(shì)發(fā)展，惡化工作環(huán)境，并有產(chǎn)生水煤汽爆炸的危險(xiǎn)。

2 研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 研究?jī)?nèi)容

利用優(yōu)質(zhì)黃土資源供礦井井下防火注漿違背國(guó)家實(shí)行的基本農(nóng)田政策，終將會(huì)被限制和禁止。而粉煤灰是熱電廠的工業(yè)廢物，用粉煤灰供礦井井下防滅火注漿不但變廢為寶、綜合利用，且粉煤灰的化學(xué)成分與一般黃土、頁(yè)巖基本相同，符合注漿材料的要求；又可減少粉煤灰對(duì)環(huán)境的污染，符合國(guó)家環(huán)保法規(guī)和可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)政策，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著。此外粉煤灰的粒度較細(xì)，不含粗顆粒（大于2mm）利于輸漿，其灰漿穩(wěn)定性較好，可以利用管道水力輸送。

粉煤灰灌漿的原理與黃土灌漿的原理大致相同，現(xiàn)在的粉煤灰注漿站已經(jīng)是成熟的系統(tǒng)運(yùn)行，注漿站的建立既便于生產(chǎn)管理又利用工業(yè)廣場(chǎng)的合理布置。

地面制漿站主要包括：粉煤灰、水泥儲(chǔ)罐，分別存放粉煤灰與水泥；螺旋輸送機(jī)，將粉煤灰與水泥按比例送至膠體制備機(jī)；膠體制備機(jī)，粉煤灰水泥漿與水混合，連續(xù)制漿、濾漿、添加懸浮劑，制成符合濃度要求的稠化膠體漿液；渣漿泵，將緩沖池內(nèi)的漿液送入井下注漿管路；排污泵，將注膠系統(tǒng)產(chǎn)生的污水排入室外排污溝；監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控膠體防滅火系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行。

輸漿基本過(guò)程：將粉煤灰和水泥原料放入各自的儲(chǔ)罐中，通過(guò)螺旋輸送機(jī)送至膠體制備機(jī)，在膠體制備機(jī)中制成符合濃度的稠化膠體漿液后，送至緩漿池，最后通過(guò)灌漿管路直接輸送至注漿地點(diǎn)，在輸漿的過(guò)程再加入速凝劑。

2.2 創(chuàng)新點(diǎn)

2.2.1 灌漿：

系統(tǒng)能夠?qū)⒅茲{材料（黃土、粉煤灰）配制成一定濃度的漿液，漿液通過(guò)管路可連續(xù)輸送入到井下指定

位置。

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)大流量、高濃度連續(xù)灌注，每小時(shí)可連續(xù)制備60m3左右的漿液，水與制漿料的濃度配比可達(dá)

到1∶1。

在漿液管路中添加一定量的懸浮劑，可以使?jié){液在管路中不發(fā)生沉淀，防止管路堵塞，實(shí)現(xiàn)漿液的長(zhǎng)距離輸送。

2.2.2 灌注復(fù)合膠體：

在灌漿管網(wǎng)中添加一定量的復(fù)合膠體添加劑，可使?jié){液在指定地點(diǎn)發(fā)生發(fā)生膠凝，起到防滅火的作用。

通過(guò)調(diào)節(jié)復(fù)合膠體添加劑的添加量，可控制漿液發(fā)生膠凝的時(shí)間和強(qiáng)度。

系統(tǒng)可用于煤礦日常防滅火工作和井下煤自燃區(qū)域的滅火工作。

2.2.3 充填加固：

系統(tǒng)能夠?qū)⒅茲{材料（粉煤灰、水泥混合物）配制成一定濃度的混合漿液，漿液通過(guò)管路可連續(xù)輸送到井下指定位置。

在灌漿管網(wǎng)中添加一定量的速凝劑，可使?jié){液在指定地點(diǎn)發(fā)生發(fā)生膠凝，并達(dá)到一定強(qiáng)度，起到充填加固的作用。

2.2.4 壓注高分子膠體：

系統(tǒng)中的礦用移動(dòng)式防滅火注漿裝置可以在井下單獨(dú)使用，向井下自燃危險(xiǎn)區(qū)域或高溫松散煤體壓注高分子膠體，起到預(yù)防煤自燃和快速滅火的作用。

3 應(yīng)用情況

經(jīng)反饋信息，粉煤灰注漿站已運(yùn)行，情況良好，滿足要求，均在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)；粉煤灰注漿系統(tǒng)的建成在防滅火安全方面做到了有力的保障，確保了煤礦礦井的安全生產(chǎn)，更確保了全礦的經(jīng)濟(jì)效益；

4 總體性能指標(biāo)與國(guó)內(nèi)外、集團(tuán)公司內(nèi)其他單位技術(shù)的比較

該項(xiàng)目不僅解決了煤礦對(duì)防滅火的要求，保障了礦井的安全高效生產(chǎn)，并且制漿站的建立既便于生產(chǎn)管理又利用工業(yè)廣場(chǎng)的合理布置。同時(shí)對(duì)我集團(tuán)公司其它礦井防滅火體統(tǒng)改造提供了很好的參考價(jià)值和借鑒經(jīng)驗(yàn)。

5 存在的問(wèn)題及推廣應(yīng)用前景

粉煤灰注漿系統(tǒng)符合國(guó)家政策，該礦利用粉煤灰替代黃土注漿，節(jié)約了寶貴的黃土資源，符合國(guó)家的基本農(nóng)田保護(hù)政策；能夠提升礦井的生產(chǎn)管理水平和形象，此系統(tǒng)工藝及設(shè)備先進(jìn)、便于生產(chǎn)管理；由于利用了粉煤灰變廢為寶，有利于環(huán)境保護(hù)；最主要是能夠快速制漿到達(dá)注漿地點(diǎn)，能夠使礦井安全得到有效保障。在滅火效果如此突出顯著的情況下，利用粉煤灰代替黃土，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。隨著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施和環(huán)境保護(hù)，粉煤灰注漿系統(tǒng)的應(yīng)用前景將會(huì)越來(lái)越好，越來(lái)越普遍。因此，煤礦此次灌漿系統(tǒng)的建成給我公司其他礦井提供了對(duì)灌漿系統(tǒng)改造的思路和經(jīng)驗(yàn)，具有推廣

價(jià)值。