趙家溝煤礦1100工作面灌漿防滅火技術研究

袁新軍

（肥城礦業集團張家口能源有限公司，河北 張家口 075700）

趙家溝煤礦1100工作面灌漿防滅火技術研究

袁新軍

（肥城礦業集團張家口能源有限公司，河北 張家口 075700）

針對龍興煤礦，通過分析灌漿防滅火的原理、灌漿管理中的注意事項以及常見的灌漿方法，確定采用隨采隨灌埋管灌漿的方式開展防滅火工作。

煤礦；自燃；灌漿；防滅火

1 趙家溝煤礦概況

本井田處于蔚縣煤田北部，隸屬于陽原縣，分布于月山向斜南翼、蔚縣背斜北翼，構造特征總體形態為單斜構造，區內斷層發育，落差5～70米，小斷層發育，并有南北向的巖墻。地層總體產狀為：走向NE，傾向NE、SW，傾角5-15度，地層較為平緩。礦區構造類型屬中等類型。礦井瓦斯絕對涌出量為1.13m3/min，相對涌出量5.42m3/min；礦井CO2絕對涌出量為1.3m3/min，相對涌出量6.24m3/t，屬低瓦斯礦井。煤層煤塵爆炸指數為37.65%，有煤塵爆炸危險性。煤層有自燃發火傾向，等級為Ⅱ級，發火期為3～6個月。

趙家溝煤礦生產能力設計為45萬t/a。達產時實現“一井一面”，以二個高檔普采工作面和三個掘進工作面、三個開拓工作面保證礦井45萬t/a的生產能力，井田面積5.7532km2。準采標高為+1170—1006m。通風系統是主、副井進風，斜井回風。在生產過程中，該礦井發現CO，為保證安全回采，經研究采取灌漿方法進行防滅火。具體做法簡述如下。

2 灌漿防滅火技術概述

2.1 預防性灌漿的作用及注意事項

1）灌漿的作用。①將殘留的碎煤包裹起來，隔絕碎煤與空氣的接觸，阻止煤炭氧化；②填充煤體裂隙，增加采空區的密實性，從而減少漏風；③對已經自燃的煤炭起到冷卻降溫的作用；④能膠結采空區破碎巖石，有利于形成再生頂板，從而有利于提高煤炭質量和防止漏頂事故；⑤能濕潤煤炭和巖石，對減少煤塵生成和飛揚有一定的作用。

2）灌漿時的注意事項。①要對采空區灌入的泥漿量和排出的水量做詳細記錄。因為排水量太大說明井下有大量泥漿積存；排水中泥漿量增大則說明采空區可能形成了泥漿通道；②在灌漿區下部必須設置濾漿密閉，將灌漿區和工作區隔開；③淺部采空區灌漿時，要注意防止地面漏水；④在灌漿區下部進行采掘前，必須探明灌漿區內的漿水積存情況。

2.2 灌漿方式的確定

目前預防性灌漿的主要方法有：采前灌漿、隨采隨灌、采后灌漿這3種類型［1］。

1）采前預灌法。采前灌漿是指還沒有進行開采就先行灌漿，多適用于老窯多、易自燃、特厚煤層等情況。當完成巖石運輸巷和風巷的掘進工作以后，根據已設計的位置，進行采前預灌或者通過地面打鉆進行灌漿。

2）隨采隨灌法。隨采隨灌法是指隨著回采工作面的推進，同時向采空區灌漿。具體灌漿主要有鉆孔灌漿、埋管灌漿以及灑漿三種方法。

3）采后灌漿。開采自然發火不是十分嚴重的厚煤層時，在采區或采區一翼采完之后，將其封閉起來進行灌漿。目的一是封閉采空區，其次是充填最易發生自燃火災的停采線，以防止自燃火災的發生。

根據對趙家溝煤礦具體情況的分析，決定采用工藝簡單，使用方便的隨采隨灌埋管灌漿的方式進行防滅火。

2.3 灌漿的主要設備

灌漿站由儲土場、漿材輸送皮帶、連續式定量制漿、過濾攪拌、灌漿計量、輸漿管網系統等部分構成。

3 趙家溝煤礦灌漿防滅火技術應用

3.1 灌漿參數的選定

1100工作面長度為120米，上下兩巷長600米，一次采全高2.5米，采用高檔普采工藝生產。工作面推進80米后，安全監控人員發現儀器報警，檢測到CO，濃度達到40PPm。經過專業技術人員現場認真檢查分析之后，確定為采煤工作面后煤炭自燃產生CO。立即停止生產，采取措施。經過研究采用向面后灌注黃土漿措施。具體情況：

1）灌漿材料。灌漿材料為黃土泥漿，對黃土要求；粒度小于2mm，塑性指數9～17，含砂粒徑0.5～0.25mm，含砂量＜30%，不含可燃物易脫水。

2）水土比確定。水土比例是黃土灌漿主要參數，比值小泥漿擴散困難；反之，擴散容易但耗水量大、灌漿期長，根據井下回采煤層傾角，設計確定水土比例為4∶1。現場使用時可結合實際情況進行調整。

3）灌漿系數。灌漿系數是灌漿材料的固體體積與采空區容積之比。該系數與工作面頂板巖性、頂板管理方法、煤層采高等因素有關。灌漿系數過大成本就高，反之，達不到防滅火目的，結合我國部分礦井經驗，按類比法確定灌漿系數為K=0.03。

4）灌漿所需土量Q土。

Q土＝k×G/γ煤＝0.03×1007/1.3＝23.24m3/d

式中，G——回采工作面日產量1007t

γ煤——原煤容重，1.3t/m3

5）灌漿所需水量。考慮水量備用系數1.1用于沖洗管路防止堵塞，日制泥漿所需水量Q水，

Q水＝23.24×4×1.1=102.256m3

6）日制漿量：

Q漿＝（Q土+Q水）M＝（23.24+102.256）×95%=119.22m3

式中：Q漿——日制漿量，m3；

Q土——制漿站需土量，m3/d；

M——泥漿制成率，取95%；

注漿歷時30天，溫度、一氧化碳濃度恢復正常。該工作面安全進行了回采，較好的消除了安全隱患。

3.2 制漿裝備

1）大巷灌漿管路采用Ф89×6無縫鋼管，集中運輸巷和采區上下山用灌漿管路采用Ф50×4無縫鋼管，工作面及運輸順槽灌漿管路采用Ф50×4無縫鋼管。

2）電氣設備硐室用不燃材料支護，設防火柵欄兩用門。并配備必要的消防材料和設備。

3）在地面及井底車場設消防材料庫。

4）井下所有機電設備均按要求選用安全型或隔爆型，電纜選用阻燃性電纜。

4 總結

1）通過分析灌漿防滅火的原理、灌漿管理中的注意事項以及常見的灌漿方法，進行實施后，確定在趙家溝煤礦采用隨采隨灌埋管灌漿的方式開展防滅火工作是非常有效、安全、經濟、適用的。

2）通過計算，科學合理的確定了灌漿材料為黃土泥漿、水土比為4∶1、灌漿系數為0.03、灌漿所需土量為23.24m3/d、灌漿所需水量為102.256m3/d以及日制漿量為119.22m3/d等參數。

3）通過灌漿方法的應用，成功解決了1100工作面CO升高問題，消除了安全隱患。足以證明灌漿方法是有效控制井下煤炭自燃、進行火災預防的有效技術手段。

［1］李英華，張人偉，代曉亮等.北辛窯礦黃泥灌漿防滅火系統研究［J］.能源技術與管理，2011（4）：63-65

袁新軍（1971—），男，畢業于山東科技大學，現從事礦井通風技術工作。