綜放面膠體防滅火技術研究

薛洪得/烏魯木齊環鵬有限公司礦業分公司二井田煤礦

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綜放面膠體防滅火技術研究

薛洪得/烏魯木齊環鵬有限公司礦業分公司二井田煤礦

【摘 要】通過分析膠體材料的防滅火特點及防滅火系統的工藝流程，研究了綜放面膠體防滅火技術機理，對四井田煤礦綜放工作面膠體防滅火技術設備、工藝及參數進行了優化設計。現場實踐效果表明，膠體防滅火技術是綜采放頂煤工作面采空區大面積火災防治的有效技術措施。

【關鍵詞】綜放面；自燃發火期；膠體；防滅火技術

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

1.工程應用概況

二井田煤礦現主要開采煤層為4號煤，煤層有自燃傾向性，自然傾向性等級為Ⅱ類自然發火期為2～3個月。現正在回采的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.膠體防滅火技術機理研究

膠體防滅火材料是集降溫、堵漏、固結水、阻化等性能于一體，較好地解決了采空區內灌漿、注水的泄漏流失等問題，已經在現場成功撲滅了上百起煤層及采空區火災，防滅火效果較好，已成為煤層及采空區自燃火災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、小空間的火災僅需幾個小時即可撲滅控制，工作面后方采空區大范圍的火災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膠凝固化，以便堵塞漏風通道，密實效果好，有害氣體消失較快；在高溫條件下，膠體不會產生大量水蒸汽，避免產生水煤氣爆炸和水蒸汽傷人等安全事故。

（3）火區啟封時間較短。注膠滅火技術措施實施完畢后，無需等待（《煤安規程》中規定各項密實防火指標達到啟封條件以后，還需觀察是否穩定，待1個月左右才能啟封）較長時間，即可啟封煤層及采空區火區。

（4）火區不易復燃。高溫火區內凡膠體流經滲透到的地方就不會發生復燃，沒有后顧之憂，可靠性好。

2.2膠體防滅火技術體系構成

ZJ系列型智能化膠體防滅火系統由漿料儲存場地、漿料輸送及預處理系統（破碎、研磨或篩分）、連續式定量制漿準備系統、井上地面外加劑添加系統、過濾攪拌材料細化系統、輸漿管道網路系統和井下外加劑添加系統等構成，詳細內容見圖1；膠體防滅火系統的工藝流程見圖2（圖中A、B、C、D為外加劑添加系統）。

圖1　膠體防滅火系統的總體構成

圖2　膠體防滅火系統工藝流程示意圖

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

3.工程應用

3.1主要設備及主要設計參數

該注膠防滅火系統主要由水泵、多功能連續式定量制漿機、渣漿泵、濾漿機、化工泵、懸浮劑添加設備及監控系統構成。主要參數及流程如圖3。

圖3　火鋪礦灌漿注膠站系統工藝流程圖

3.2工作面膠體防滅火設計

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，存在漏風供氧問題，綜放工作面設備安裝時間較長，由于設備磨合，初期推進速度相對較慢，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最易發生自燃火災的地點，是綜放面防滅火工作的重中之中重；由于工作面進風端頭是采空區的主要漏風通道，氧濃度較高，氧化帶寬度大，浮煤在采空區內的氧化時間長，為此進風側采空區處理是防滅火工作的重點；回風隅角是工作面負壓最大的地點，回風順槽進入采空區很長一段距離后不跨落，造成負壓對采空區深部的作用力較大，浮煤進入窒息帶的時間延長，為此，回順采空區的封堵應作為一項采空區防滅火的重點工作。

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，沿傾斜方向在進風巷側壓注膠體形成一段寬約10m，長約15m,高為5m的膠體密實隔離帶，防治漏風，如圖4所示。

圖4　開切眼注膠范圍示意圖圖

圖5　開切眼處的鉆孔布置示意圖

（2）注膠鉆孔布置

綜放面推過切眼后，在工作面進風順槽內向采空區切眼頂部，采用注膠滅火鉆孔快速施工技術及裝備，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#鉆孔位于運輸順槽頂部中間，2#鉆孔距運輸順槽外幫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在綜放面進風側采空區防火堵漏隔離墻內注復合膠體建立隔離帶，膠凝劑添加設備放置在平板車上，隨進風順槽內串車同時移動；③回風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注膠，形成膠體隔離帶；工作面設備全部撤出以后，在回順閉墻留設的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

為檢驗自燃煤層及采空區火區成膠及堵漏降溫情況，往火區內打取巖芯孔、測氣、測溫，并在測溫巖芯孔中放置溫度傳感器；在火區附近收集氣體進行分析，并測定火源處的溫度。通過取樣證實，在預定控制部位已形成一層密實膠體，膠體堵塞了采空區內的漏風通道，并使采空區內松散浮煤溫度降低；5d后，對原高溫點附近區域所收集氣樣、溫度進行分析，如表1，效果顯著。工作面很快恢復生產，截止目前工作面未發生火災。

表1　實施滅火措施前、后檢驗參數對比分析

4.主要結論

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

（2）膠體材料具有良好的降溫堵漏特性，可長期滯留在易發火區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，其中的固態體物質還能包裹煤巖體表面，堵塞漏風通道，密實火區，為此，膠體防滅火技術是防治高瓦斯綜放面采空區大面積火災的有效技術手段。

參考文獻:

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