綜放面膠體防滅火技術(shù)研究

薛洪得

【摘 要】通過分析膠體材料的防滅火特點(diǎn)及防滅火系統(tǒng)的工藝流程，研究了綜放面膠體防滅火技術(shù)機(jī)理，對四井田煤礦綜放工作面膠體防滅火技術(shù)設(shè)備、工藝及參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。現(xiàn)場實(shí)踐效果表明，膠體防滅火技術(shù)是綜采放頂煤工作面采空區(qū)大面積火災(zāi)防治的有效技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】綜放面；自燃發(fā)火期；膠體；防滅火技術(shù)

綜放工作面采空區(qū)遺留的浮煤厚度較大，煤體松散，與氧氣接觸面廣，易發(fā)生煤炭自燃火災(zāi)，且火源范圍較大，嚴(yán)重威脅綜放面的安全高效生產(chǎn)。綜放面煤層自燃火源隱蔽，且火源點(diǎn)位置高，氧化蓄熱周期長，發(fā)現(xiàn)發(fā)火征兆時，周圍巖層溫度也很高，熱容量很大。由于采空區(qū)密閉不實(shí)，煤巖體比較松散，采空區(qū)容易漏風(fēng)，為滅火工作帶來更大困難。特別是高瓦斯工作面一旦發(fā)生火災(zāi)，很容易引起煤與瓦斯爆炸及煤塵爆炸等惡性安全事故，產(chǎn)生難以預(yù)料的后果，給綜放面安全高效開采帶來極大困難，因此綜放面火災(zāi)防治顯得極為重要。

1.工程應(yīng)用概況

二井田煤礦現(xiàn)主要開采煤層為4號煤，煤層有自燃傾向性，自然傾向性等級為Ⅱ類自然發(fā)火期為2～3個月。現(xiàn)正在回采的1403工作面采用綜采放頂煤開采方式，煤層平均厚度為10.5m，平均傾斜長度90m，平均走向長度1130 m，容重為1.4 t/m3。

2.膠體防滅火技術(shù)機(jī)理研究

膠體防滅火材料是集降溫、堵漏、固結(jié)水、阻化等性能于一體，較好地解決了采空區(qū)內(nèi)灌漿、注水的泄漏流失等問題，已經(jīng)在現(xiàn)場成功撲滅了上百起煤層及采空區(qū)火災(zāi)，防滅火效果較好，已成為煤層及采空區(qū)自燃火災(zāi)治理的主要防治手段。

2.1膠體材料的防滅火性能

（1）滅火速度迅速。由于膠體材料有獨(dú)特的滅火特性，滅火速度極快，通常巷道、硐室等小范圍、小空間的火災(zāi)僅需幾個小時即可撲滅控制，工作面后方采空區(qū)大范圍的火災(zāi)也只需幾天即可撲滅控制，速度快。

（2）安全性能可靠。膠體材料在松散煤巖體內(nèi)膠凝固化，以便堵塞漏風(fēng)通道，密實(shí)效果好，有害氣體消失較快；在高溫條件下，膠體不會產(chǎn)生大量水蒸汽，避免產(chǎn)生水煤氣爆炸和水蒸汽傷人等安全事故。

（3）火區(qū)啟封時間較短。注膠滅火技術(shù)措施實(shí)施完畢后，無需等待（《煤安規(guī)程》中規(guī)定各項(xiàng)密實(shí)防火指標(biāo)達(dá)到啟封條件以后，還需觀察是否穩(wěn)定，待1個月左右才能啟封）較長時間，即可啟封煤層及采空區(qū)火區(qū)。

（4）火區(qū)不易復(fù)燃。高溫火區(qū)內(nèi)凡膠體流經(jīng)滲透到的地方就不會發(fā)生復(fù)燃，沒有后顧之憂，可靠性好。

2.2膠體防滅火技術(shù)體系構(gòu)成

ZJ系列型智能化膠體防滅火系統(tǒng)由漿料儲存場地、漿料輸送及預(yù)處理系統(tǒng)（破碎、研磨或篩分）、連續(xù)式定量制漿準(zhǔn)備系統(tǒng)、井上地面外加劑添加系統(tǒng)、過濾攪拌材料細(xì)化系統(tǒng)、輸漿管道網(wǎng)路系統(tǒng)和井下外加劑添加系統(tǒng)等構(gòu)成，詳細(xì)內(nèi)容見圖1；膠體防滅火系統(tǒng)的工藝流程見圖2（圖中A、B、C、D為外加劑添加系統(tǒng)）。

（1）灌漿：A、B、C、D四部分都不運(yùn)行；（2）壓注硅凝膠：灌漿和B、D兩部分共同運(yùn)行；（3）壓注稠化膠體：灌漿和A部分共同運(yùn)行；（4）壓注復(fù)合膠體：灌漿和A、C兩部分共同運(yùn)行；系統(tǒng)每小時可將30～60m3的制漿料進(jìn)行破碎（研磨或篩分）等預(yù)處理，然后送入膠體制備機(jī)制成高濃度的稠化懸浮膠體，再經(jīng)濾漿機(jī)過濾，由泥漿泵輸送至井下灌漿管網(wǎng)，到達(dá)用漿地點(diǎn)后，利用ZM-5/1.8G型礦用注漿機(jī)向管道網(wǎng)路內(nèi)注入膠凝劑，形成復(fù)合膠體，最后注入火區(qū)。

3.工程應(yīng)用

3.1 主要設(shè)備及主要設(shè)計參數(shù)

該注膠防滅火系統(tǒng)主要由水泵、多功能連續(xù)式定量制漿機(jī)、渣漿泵、濾漿機(jī)、化工泵、懸浮劑添加設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。主要參數(shù)及流程如圖3。

3.2 工作面膠體防滅火設(shè)計

1403綜放工作面開切眼斷面較大，受礦壓影響劇烈，易壓裂破碎，存在漏風(fēng)供氧問題，綜放工作面設(shè)備安裝時間較長，由于設(shè)備磨合，初期推進(jìn)速度相對較慢，開切眼附近松散煤體氧化升溫的時間長，煤體溫度相對較高；切眼長期不跨落，附近煤體的供氧條件相對較好，而在工作面停采后不能及時撤面、封閉，而導(dǎo)致自燃危險性增加，為此綜采面開切眼、停采線附近是采空區(qū)最易發(fā)生自燃火災(zāi)的地點(diǎn)，是綜放面防滅火工作的重中之中重；由于工作面進(jìn)風(fēng)端頭是采空區(qū)的主要漏風(fēng)通道，氧濃度較高，氧化帶寬度大，浮煤在采空區(qū)內(nèi)的氧化時間長，為此進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)處理是防滅火工作的重點(diǎn)；回風(fēng)隅角是工作面負(fù)壓最大的地點(diǎn)，回風(fēng)順槽進(jìn)入采空區(qū)很長一段距離后不跨落，造成負(fù)壓對采空區(qū)深部的作用力較大，浮煤進(jìn)入窒息帶的時間延長，為此，回順采空區(qū)的封堵應(yīng)作為一項(xiàng)采空區(qū)防滅火的重點(diǎn)工作。

3.2.1開切眼注膠防滅火.

（1）注膠范圍

工作面推過切眼10～15m后，在開切眼附近，沿傾斜方向在進(jìn)風(fēng)巷側(cè)壓注膠體形成一段寬約10m，長約15m，高為5m的膠體密實(shí)隔離帶，防治漏風(fēng)，如圖4所示。

（2）注膠鉆孔布置

綜放面推過切眼后，在工作面進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)向采空區(qū)切眼頂部，采用注膠滅火鉆孔快速施工技術(shù)及裝備，施工2個注膠鉆孔，鉆孔終孔位于切眼中間，距切眼底板5m，1#鉆孔位于運(yùn)輸順槽頂部中間，2#鉆孔距運(yùn)輸順槽外幫10m，如圖5所示。

3.2.2綜放面回采期間的注膠.

（1）在兩條順槽后部采空區(qū)堆積土袋（或砂袋），建立防火堵漏隔離墻，間距為60m至100m；②在綜放面進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)防火堵漏隔離墻內(nèi)注復(fù)合膠體建立隔離帶，膠凝劑添加設(shè)備放置在平板車上，隨進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)串車同時移動；③回風(fēng)順槽采用拖管注稠化膠體，隨采隨注。

3.2.3停采線注膠。

1403工作面停采前，在兩條順槽后部采空區(qū)堆積土袋（或砂袋），建立防火堵漏隔離墻，施工鉆孔向兩道采空區(qū)注膠，形成膠體隔離帶；工作面設(shè)備全部撤出以后，在回順閉墻留設(shè)的3寸管路，向停采線大量壓注稠化膠體。

3.3 注膠防滅火效果檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)自燃煤層及采空區(qū)火區(qū)成膠及堵漏降溫情況，往火區(qū)內(nèi)打取巖芯孔、測氣、測溫，并在測溫巖芯孔中放置溫度傳感器；在火區(qū)附近收集氣體進(jìn)行分析，并測定火源處的溫度。通過取樣證實(shí)，在預(yù)定控制部位已形成一層密實(shí)膠體，膠體堵塞了采空區(qū)內(nèi)的漏風(fēng)通道，并使采空區(qū)內(nèi)松散浮煤溫度降低；5d后，對原高溫點(diǎn)附近區(qū)域所收集氣樣、溫度進(jìn)行分析，如表1，效果顯著。工作面很快恢復(fù)生產(chǎn)，截止目前工作面未發(fā)生火災(zāi)。

4.主要結(jié)論

（1）注膠防滅火技術(shù)在二井田煤礦1403綜放面的應(yīng)用取得了良好的效果，既能按設(shè)計的配比進(jìn)行定量下料，又能大流量地向井下指定地點(diǎn)進(jìn)行膠體壓注，使其快速高效地形成膠體隔離帶，密實(shí)火區(qū)邊緣，阻隔空氣進(jìn)入。

（2）膠體材料具有良好的降溫堵漏特性，可長期滯留在易發(fā)火區(qū)域的松散煤巖體表面，使煤體溫度不會很快上升過高，防止復(fù)燃。

（3）膠體脫水時間緩慢，持久性能好，即使材料脫水，其中的固態(tài)體物質(zhì)還能包裹煤巖體表面，堵塞漏風(fēng)通道，密實(shí)火區(qū)，為此，膠體防滅火技術(shù)是防治高瓦斯綜放面采空區(qū)大面積火災(zāi)的有效技術(shù)手段。

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