綜放工作面防滅火注漿（氮）管路改進及應用

殷 進

（中煤平朔集團有限責任公司安太堡露天礦，山西 朔州 03600）

1 前 言

綜放開采強度大，工序較多，推進速度相對較慢，回采率較低，采空區遺留殘煤多，冒落高度大，漏風嚴重，這些因素使得采空區自然發火的危險明顯增加[1-4]。

綜放工作面采空區防滅火是煤礦“一通三防”工作的重點和難點。目前，國內大多數煤炭企業采用預防性注漿（氮）技術防治工作面采空區煤炭自燃，并沒有統一的技術標準和規范，注漿（氮）管路往往埋入采空區不回收，造成材料浪費嚴重。為此，本著“開源節流、降本增效”的原則，對采空區防滅火注漿（氮）管路進行改進很有必要。

2 工程概況

平朔井工二礦為設計產能1000萬t/a的大型礦井，井田內主采的4#、9#、11#煤層均屬于自燃煤層，自然發火期3～6個月，發火等級Ⅱ級。根據現場實測采空區氧化帶寬度為30m，當推進速度小于1m/d時，采空區有自然發火危險。另外，井田范圍內留下四處上世紀90年代開采廢棄的小窯采空區，由于煤層埋深淺（平均190m）、漏風通道多，小窯采空區遺煤有不同程度的自然發火傾向，進一步加大了井下防滅火的難度。礦井主采石炭系上統太原組9#煤層，厚度平均12.5m，煤層傾角平均3.5°，產狀平緩，裂隙較發育，煤層普式硬度系數f=2.1，直接頂為厚度2.5m的砂質泥巖。采煤工作面采用傾斜長壁后退式一次采全厚低位放頂采煤法，設計機采高度為3.3m，放煤高度9.2m；工作面長度平均300m，推進長度平均1500m；液壓支架采用北煤機生產的ZFY12000/23/40D型兩柱式電液控放頂煤支架，面內“頭三尾四”共七臺支架不放煤。

3 注漿（氮）管路改進前后對比分析

3.1 原方案及其缺點

原方案采用“埋管注漿（氮）”技術。注氮時，二趟注氮管相隔30m先后埋入采空區，先埋入采空區30m的1#管打開閥門注氮（2#管閥門關閉），隨采面推進2#管進入采空區30m時，打開2#管閥門開始注氮（拆除埋入采空區60m的1#管），循環、交替注氮。注漿管埋入采空區后方30m，隨工作面推進，每隔30m斷開。

原方案主要缺點：（1）所有注漿（氮）管全部埋入采空區，均不回收，材料浪費大；（2）注漿管路每隔30m斷開，注漿不連續，影響防滅火效果；（3）作業人員拆除注漿管路時，推進距離與埋管長度難以完全匹配，必要時需在端頭支架尾梁處操作，安全系數低。

3.2 改進方案的制定

改進思路：在工作面進、回風側沿采空區埋設一定長度的注氮、注漿管路，端口與工作面端頭支架相連，移動利用工作面的端頭支架做牽引。注氮、注漿管隨著工作面的推進而移動，始終埋入采空區一定的深度，實現管路回收再利用。

具體改進方案：采用“拖管注漿（氮）”技術，在端頭架底座靠巷幫側加工“拖環”，將采空區后方管路放在“拖環”內，利用高壓膠管將巷幫固定的注漿（氮）管與端頭架底座“拖環”內采空區后方的管路連接；采空區后方的注漿（氮）管隨端頭架前推而移動，巷幫固定的注漿（氮）管隨采面推進，逐節拆除回收，并重新用高壓膠管將巷幫固定管路于端頭架“拖環”內，循環注漿（氮）。

技術要點：（1）在端頭支架底座靠巷幫側加工“拖環”，將采空區后方的管路放置在“拖環”內，隨端頭架移動的“拖管”與巷幫固定的注氮、注漿管路通過Φ76mm的高壓膠管用快速接頭連接。（2）采空區后方的管路選用4寸無縫鋼管，鋼管之間通過法蘭相連，并對突起的法蘭盤進行處理，使其呈流線錐形，便于管路拖動。

3.3 改進前后比較分析

“拖管注漿（氮）”技術與“埋管注漿（氮）”技術相比，主要優點：（1）始終有注漿注氮管路延入老塘，隨時可以注漿、注氮滅火；將進風巷二趟注氮管路改為一趟管路；降低材料消耗、節約大量的管路費用。（2）使拆除工作由易垮落的老塘切頂處轉到較為安全的輔運超前段，不必擔心頂幫垮落和浮矸傷人，比起原工作流程安全系數大大提高。如圖1、圖2所示。

4 現場應用情況

改進前：平朔井工二礦9#煤綜放工作面平均推進長度1500m，進風巷需要敷設二趟6m長的直徑2寸的注氮管約500根，進回風巷各敷設6m長直徑4寸的注漿管合計約500根，由于不能回收，所有注漿（氮）管路均埋入采空區后方，一個工作面造成約30萬元的材料浪費。

圖1 防滅火注漿（氮）管路布置平面示意圖

圖2 防滅火注漿（氮）管路布置示意圖

改進后：2013年8月至2017年2月工作面合計推進長度13590m，每根管路6m，共計回收一趟2寸管路注氮管路1585根、二趟4寸管注漿管路3170根，綜合回收率約70%。

經濟效益測算：4寸管路400元/根，2寸管路200元/根，節約管路材料成本=3170根×400元/根+1585根×200元/根=158.5萬元，平均每個工作面節約管路材料費用19.8萬元，達到了技術降本的目的。

5 結語

“拖管注漿（氮）”技術解決了綜放工作面埋管注漿（氮）技術材料浪費嚴重，且在回采過程中推進距離無法與固定規格長度的鐵管相吻合，造成管路被埋或被壓，拆除難度大、危險程度高等問題。和埋管注漿（氮）技術相比，采用拖管注漿（氮）技術，既能回收重復利用原有管路，又改變了工人拆除管路的作業地點，確保了拆除人員的作業安全，對于煤層傾角變化不大的綜放工作面預防采空區遺煤自然發火具有較高的適用性。