黃泥灌漿治理采煤工作面火區實踐

張中嶺

（鄭煤集團國瑞煤業有限公司，河南 新密452370）

1 工作面概況

宏達煤礦21021采煤工作面走向長度555m，傾斜長80m，平均煤厚6.3m，煤層結構單一，賦存較穩定，傾角平均10°。上副巷標高－29.91m～－54.31m，下副巷標高－54.0m～－78.18m，煤層平均埋深286m。屬低瓦斯工作面，絕對瓦斯涌出量1.89m3／min，相對瓦斯涌出量4.53 m3／t；煤層自燃傾向性為Ⅲ類，屬不易自燃煤層，自然發火期3～6個月。2011年5月1日開始因政策原因停采，同年10月因自然發火封閉，發火時剩余可采長度100m。

2 發生自燃過程及處理

因長時間停采漏風，2011年10月30日8時15分發現21021工作面切巷機頭向上6m處煤墻頂部有冒煙現象，明火面積約6.5m2。采用直徑15mm鋼管從火焰邊緣逐步向里進行注水直接滅火，明火得到控制。為徹底熄滅火源，在發現明火活動附近打鉆注水。23時，回風流中CO濃度開始升高，在24h內回風流中CO濃度升高至2×10－4。為徹底熄滅高溫點并有效降低回風流中CO濃度，沿工作面煤體墻高冒裂隙和采空區CO漏風通道打鉆注水降溫和注羅克修井下充填堵漏風，氣體得到控制，但在一段時間內反復波動。

11月9日，公司領導決定由救護隊對上、下副巷進行封閉。下副巷距離切巷口外10m，上副巷密閉墻距上副巷外口15m。

以后由裴溝礦救護隊定期檢測密閉區氣體參數，于2011年11月30日密閉區內各測點均測不到CO，O2濃度變化比較大，剛密閉的一段時間濃度在5%～9%之間，隨著密閉時間的增長，漏風逐漸的增加，O2濃度最高達14%，表現在打開測氣體管路時有明顯的向外出風現象。溫度一直在25℃以下，下副巷溫度低于25℃。CH4濃度由原來剛密閉時的11%穩定在4%左右。

2013年5月，由下副巷鉆場向切巷下部打鉆對火區氣體進行抽測，測得O2濃度7%，監測不到CO。

3 火區情況分析及氣體檢測情況

1）火區高溫點位置不明確

21021工作面于2011年10月30日發火，起始發火點位于切巷機頭向上6m頂板冒落處，隨后引燃切巷中下部煤體，并多處往外冒煙。從工作面出現明火到上下副巷封閉，中間經過約10d，火災發展和高溫點蔓延情況不能完全確定。

2）封閉火區內漏風線路多

21021工作面中上部為復采工作面，受周圍老采空區老巷道的影響，鄰近區域不可避免地要往封閉區域漏風，封閉區域內不能完全達到隔氧。21021上副巷密閉墻氧濃度變化和監測孔風流時進時出也能證明這一漏風情況。

由于著火點在工作面切巷下部，下副巷密閉墻已被水淹，密閉較好，還有上部漏風從上副巷和高抽巷無法檢測到火區真正的指標氣體，2013年8月13日至14日在下副巷鉆場施工一測氣孔，并取氣樣送有資質單位分析，結果見表1。

表1 采空區氣樣成分分析

4 黃泥灌漿方案

4.1 注漿地點

注漿地點的巷道布置見圖1，直接從11061下副巷打鉆，距離比較遠，終孔位置不好控制，再者孔太長不適于注稠泥漿，因此需從11061工作面下副巷向南做一注漿巷，考慮到采空區塌陷范圍向外延伸的部分，上山塌陷角按67°計算，在距煤層頂板20m高度上采空區向外延伸8.5m，因此所做的注漿巷必須從21021工作面切巷向西偏大于10m；但為了使鉆孔最短，方便注漿，又不能使注漿巷道離切巷太遠，最后確定15m比較合適。

圖1 注漿地點巷道布置

該巷道總工程量65m，當巷道剩余最后20m時變平，形成工作場地，巷道終點在平距上距21021上副巷12.9 m，高程上比21021上副巷高10m，平面上位于21021切巷偏西15m（為了避開采空區的塌陷范圍），在迎頭向采空區施工3個注漿孔（見表2），到采空區切巷頂部3m處，孔徑133mm，全部下鋼制套管，待采空區注漿結束后，根據注漿巷揭露的老巷位置再對中間區段的老巷進行注漿。

表2 注漿孔相關參數

4.2 注漿系統

注漿泵型號為3NBB260－35，額定流量為260L／min，施工2個攪拌池，直徑為3m，深1.5m，容量為10m3，攪拌池上面安裝2個電動的攪拌機，攪拌池下邊安裝放漿管，直接采用注漿泵加壓注漿，注漿巷平巷段平面布置見圖2、注漿巷剖面見圖3。

圖2 注漿巷平巷段平面布置示意 單位／m

圖3 注漿巷剖面示意 單位／m

4.3 注漿材料

采用黃色粘土，粉碎成直徑不大于2mm的粉末，裝編織袋用礦車運至作業地點，在作業地點制漿，制漿濃度暫定為10%，現場制漿時根據實際情況配制，以成漿剛能流動為指標，盡量使濃度最大化。

4.4 預計注漿量

根據漿液流動和擴散特性，注漿的前期，漿液會自下而上先充填切巷和采空區垮落帶，然后是重填較小的裂隙，由于裂隙的過濾作用和過濾后黃土的阻塞，會向外形成一個水力坡度；因此暫按上副巷向東擴散20m，下副巷向東擴散40m為充填范圍，充填面積為2130m2，平均煤厚按8m計，充填體積為17000m3，注漿量為17000m3，按10%的濃度制漿，需黃土1700m3。

4.5 注漿效果驗證

采空區的實際注漿效果檢驗采用兩種方法。

（1）在下副巷施工2個檢驗孔，加上原先的氣體檢驗孔，共計3個檢驗孔，3號終孔位置在沿切巷方向距上副巷23m處，2號孔終孔位置在沿切巷方向距上副巷向下37m處，一號孔終孔位置在距下副巷27m處，在注漿過程中，根據注入的漿量分析需打開那個檢驗孔的閥門，觀察是否有漿液流出，來分析采空區的漿液分布情況；直到3號檢驗孔出漿為止，說明采空區已經被泥漿全部灌滿，注漿結束。

（2）根據注漿時記錄的注漿量、用水量、黃土用量、下副巷出水量等數據算出注入采空區的總注漿量，達到了預計注漿量時即為注漿結束。

5 實施灌漿

1）成立21021火區注漿領導小組，職責是統籌協調整體注漿工作，下設5個功能組。

（1）技術分析組：負責及時分析整理注漿過程中有害氣體、注漿量和抽水量等數據，根據分析結果確定下一步工作方案。

（2）氣體檢測組：負責及時測定在注漿過程中11061上、下副巷、21021上副巷密閉墻內外、21021下副巷鉆場及密閉墻外的瓦斯、一氧化碳、二氧化碳濃度的檢測和上報工作。

（3）現場實施組：負責現場施工、現場跟班及施工過程中規定數據的記錄工作。

（4）運輸組：負責施工所需物料的地面篩分、準備和從平地到井下工作地點的安全運輸工作。

（5）供應保障組：負責施工所需物資的采購工作。

2）在施工注漿巷過程中圍巖為采空區破碎巖石，采取隨掘進隨噴漿的措施，防止形成新的采空區漏風通道，同時懸掛一氧化碳傳感器。

3）按設計的方位和坡度施工鉆孔，現場由測量人員標定方位線和坡度；鉆場開鉆前經過有關方面的驗收合格后方可開鉆，鉆進過程中及時記錄鉆孔進尺和相應的巖性；嚴格按照鉆機操作的有關規定進行。

4）注漿準備工作結束開始注漿前，進行全面的安全驗收，確保各種安全設施齊全有效后開始注漿工作。

6 注漿效果

注漿后火區內空氣的溫度下降到23℃以下，與火災發生前該區的日常空氣溫度相同；氧氣濃度降到3%；不含有乙烯、乙炔，一氧化碳濃度0.00022%；出水溫度低于21℃。連續檢測30d后，數據沒有顯著變化，啟封密閉，恢復21021工作面正常生產。