蓮盛煤礦灌漿防滅火技術研究及應用分析

高海云

（晉能控股煤業集團朔州公司，山西朔州036002）

一直以來防滅火都是煤礦“一通三防”工作中的重點，同時礦井火災更是傳統五大災害之一，容易引起瓦斯、煤塵爆炸等二次事故。當煤礦發生火災時，不僅會造成設施、設備的損壞，還會造成資源的浪費和生產接續的困難，嚴重的威脅著井下作業人員的生命安全[1-2]。數據顯示，煤礦火災事故約占煤礦事故總起數的9%，每年死亡數百人[3]。

截至目前，黃泥灌漿技術是我國煤礦最常用的井下防滅火措施。蓮盛煤礦根據本礦條件特點，從灌漿防滅火機理展開研究，對系統、制漿工藝、總量配比、輸送等方面進行了詳細計算，最終實現了煤礦火災的可防可控。

1 黃泥灌漿系統介紹

1.1 灌漿防滅火的機理

黃泥灌漿是由黃土與水，經過一定比例的調配而成的漿液。在利用高壓水輪設備制作完成后，經過泥漿泵由管道抽入采空區，對采空區的浮煤、留設煤柱縫隙進行包裹覆蓋。由于黃泥漿液具有阻止煤炭氧化、增加煤炭濕度和吸熱降溫三大特點，對開采容易自燃煤層或自燃煤層礦井，可以在根本上對煤炭內因火災進行有效防治[4]。

1.2 灌漿材料的選擇

在進行灌漿材料的選取時，務必遵循以下要求：①該材料為不可燃材料且不含助燃成分；②80%以上的材料顆粒直徑在1~2mm之間；③易脫水，又具有一定的穩定性；④易與水混合，在運輸是不易對管路造成堵塞；⑤便于開采、運輸和制備，易獲取且成本低廉。

通常而言，煤礦周邊的黃土資源賦存豐富，且物理性質滿足注漿材料的要求，是制備漿液的有利原材料，經鏟車取土過篩后與礦區水資源配比后可直接使用。除黃土以外，煤灰、煤矸石粉、頁巖、尾礦等材料也是制備漿液的可選材料。

2 蓮盛煤礦礦井概述

蓮盛煤礦隸晉能控股煤業集團，位于朔州市平魯區，井田面積為1.7km2，核定生產能力0.9Mt/a。經鑒定，該礦目前開采的9號煤層自燃傾向性等級為Ⅱ級，屬于自燃煤層，急需制定合理有效的防滅火措施以保障礦井的安全生產工作。

3 灌漿防滅火系統

3.1 灌漿系統選擇

地面固定式集中灌漿系統和井下移動式灌漿系統是我國煤礦最常用的兩種灌漿西，主要特點對比如表1所示。

表1 灌漿系統對比表

可以看出，地面固定式集中灌漿系統雖然初期投資及維護成本高、占地面積大，但是可以為全礦服務，具有灌漿量大、對生產影響小、工作集中便于管理等優點。考慮到蓮盛煤礦井下輔運系統具有任務重、輔運時間少，且防滅火點分散、需要大量的漿液灌注等原因，因此，蓮盛煤礦選擇在主井工業場地內布置地面固定式黃泥灌漿系統。

3.2 灌漿系統工藝

靜壓輸送漿液是漿液輸送最有效的方式之一，即利用漿液自重及出口和管路出口之間高差形成的靜壓對漿液進行輸送，僅當壓力供應不足時會啟用加壓輸送[5]。

蓮盛煤礦所采用的地面固定式灌漿站位于主斜井附近，具體參數如圖1所示，地面標高+1425.587m，9101回采工作面底板標高在+1170~+1220m左右，現井下輸漿管路長度約1500m左右，經計算，現輸漿倍線N=5.9~7.3之間，靜壓輸漿基本能滿足要求，但隨著開采深度的增加，需采取加壓輸送。

圖1 注漿系統連接示意圖

蓮盛煤礦該注漿系統每小時可將15m3的黃泥制成一定濃度的漿液，黃泥漿液經過濾后通過管路進入注漿地點，達到防滅火目的，注漿系統布置圖見圖2。

圖2 注漿系統布置圖

3.3 灌漿量的確定

在進行灌漿量的計算前，需要確定灌漿系數、土水比等系數。根據《煤礦注漿防滅火技術規范》規定，當為預防性灌漿時，灌漿系數一般取3%~12%，蓮盛煤礦取5%；漿液的土水比代表漿液的濃度，是泥漿中黃土與水的體積比，蓮盛煤礦實際生產時的泥漿土水比為1∶5。

現礦井在9號煤布置一個9101綜采放頂煤工作面，產量90×104t/a，根據《煤礦注漿防滅火技術規范》灌漿量按式公式(1)計算[6]：

式中：Qw——礦井灌漿量，m3/h；

k——灌漿系數，取5%；

G——礦井日產煤量，取2727t；

δ——土水比的倒數，取5；

M——漿液制成率，取0.9；

rc——煤的密度，根據地質報告，9號煤層容重為1.4t/m3；

t——礦井日灌漿時間，取8h。

經計算，Qw為65.7m3/h，也就是說蓮盛煤礦每小時需注漿65.7m3，再分別計算灌漿所需的黃土量和水量，結果為Q土=107m3，Q水=588.5m3。

3.4 灌漿方法

蓮盛煤礦為生產礦井，所開采的9號煤層自燃傾向性為Ⅱ級自燃煤層，根據礦井的生產實際情況，將選用隨采隨灌的注漿方式，當束管監測系統監測到礦井出現自燃發火征兆時，隨即啟動灌漿系統。

3.5 灌漿管路的布置

對于蓮盛煤礦，最容易發生自燃發火的區域位于9號煤層工作面的采空區。因此，灌漿系統的干路需針對該空間進行埋管鋪設，其它巷道的管路鋪設根據測點需要從干路分叉連接，具體灌漿管路鋪設為：地面灌漿站→主斜井→采區軌道大巷→回風聯絡巷→9101工作面回風順槽→工作面采空區，線路總長度約1500m。

4 結束語

回采工作面采空區自燃災害是煤礦防滅火工作的嚴管區域。蓮盛煤業針對現階段開采的9號煤層工作面，采用地面固定式制漿系統，對工作面鋪設漿液管路，將選用隨采隨灌的注漿方式進行黃泥灌漿作業。經計算，每小時注漿量為65.7m3，在30d的注漿作業中，煤炭溫度、CO濃度和O2監測正常，回采工作高效安全，成功地消除了火災安全隱患。