探討易自燃煤層防滅火技術

　　摘 要：根據(jù)山陰晉泰煤業(yè)易自燃煤層地質條件，采取預防為主、綜合治理的方法，對煤層自然發(fā)火進行防滅火處理。利用壓注阻化劑水溶液，把巷道高溫區(qū)內(nèi)煤體降低到常溫狀態(tài);并對巷道或發(fā)火區(qū)進行了黃泥注漿堵漏防火和壓注膠體泥漿防滅火現(xiàn)場實踐，將巷道或發(fā)火區(qū)處煤體的自燃隱患排除，保證煤礦順利開工生產(chǎn)。

　　關鍵詞：易自燃煤層;自然發(fā)火;黃泥注漿;膠體泥漿

　　1、 概 述

　　山陰晉泰煤業(yè)有限責任公司由山陰縣虎頭山煤礦有限公司;山陰尖山煤業(yè)有限公司;阜泰通源煤業(yè)有限公司三座煤礦整合而成。批準開采4、9、11號煤層，三層煤均較厚，平均約5.8米，頂?shù)装鍡l件均較穩(wěn)定，適宜于采用閆氏單滾筒短壁綜合機械化采煤法，工作面巷道采用兩進一回方式布置，頂板管理采用全部垮落法，工作面長度150米。設計選用單滾筒短壁大采高綜合機械化開采。其中4、9和11號煤層為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，煤層平均總厚度17.05m，含煤系數(shù)15.7%。煤層傾角屬近水平1°～7°，自燃等級為Ⅰ級，容易自燃。自然發(fā)火的決定因素是發(fā)火地點存在低溫氧化的浮煤、碎煤，同時向它供有足夠的氧氣以及煤炭氧化時有蓄熱準備條件。

　　由于煤的硬度低、節(jié)理裂隙發(fā)育，巷道的穩(wěn)定性差，主要表現(xiàn)為掘進工作面易出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象;冒頂區(qū)內(nèi)風量既能滿足碎煤氧化的需要，又因風速低不能將氧化熱量帶走，熱量容易積聚，致使煤溫上升，逐漸達到煤的臨界著火點，直至出現(xiàn)自然發(fā)火現(xiàn)象，所以冒頂區(qū)是巷道自然發(fā)火的隱患區(qū)(點)。

　　這些高溫區(qū)(點)自熱的煤炭，一旦隨工作面推進落入采空區(qū)，進入工作面后方的自燃帶內(nèi)，往往引起采空區(qū)煤炭自然發(fā)火，出現(xiàn)采空區(qū)火災，且火災蔓延迅猛難以控制，使工作面防滅火工作更加復雜，所以開展防滅火技術實踐十分必要。

　　2、防滅火方法

　　采用初期地面熱源探測，圈定自燃發(fā)火區(qū)范圍;在區(qū)域范圍內(nèi)進行地面打鉆孔深入井下，探測巷道溫度，具體圈定自燃區(qū)域，使用黃泥注漿堵漏防火和壓注膠體泥漿來隔斷火源，熄滅煤層自燃發(fā)火。

　　通過日常檢測各類氣體濃度，制定啟封措施，安全啟封。后期開采采用如下措施：

　　2.1 巷道兩幫高溫區(qū)防火

　　(1)測定煤壁溫度。首先用測溫計測定巷道煤壁的表面溫度，根據(jù)巷道內(nèi)風流溫度和煤壁溫度之差，初步圈定高溫區(qū)范圍。

　　(2)在煤壁高溫地段打鉆孔測溫。在圈定的高溫區(qū)范圍內(nèi)，以一定的間距打2～3m深的鉆孔，測定每個鉆孔內(nèi)溫度和鉆孔內(nèi)氣體成分，進一步確定危險區(qū)范圍，并在該區(qū)內(nèi)打防火鉆孔。

　　(3)處理煤壁高溫區(qū)。根據(jù)每個防火鉆孔內(nèi)溫度高低和氣體成分變化規(guī)律，分別壓注不同濃度的阻化劑水溶液。如果煤壁高溫區(qū)范圍大，煤壁溫度超過50～100℃時，先用5%的阻化劑(CaCl2、MgC12)水溶液降溫，將煤體溫度降到30℃以下時，再用20%的阻化劑水溶液處理。

　　2.2 巷道頂板及冒落區(qū)的高溫區(qū)(點)防火

　　巷道頂板如果冒落較高、范圍較大，可用阻化劑對巷道高冒垮落區(qū)進行防火處理。對巷道頂板高溫浮煤，先在巷道內(nèi)向頂板浮煤區(qū)，打穿過高溫區(qū)的鉆孔，然后將側壁上鉆有小孔的鋼管插入鉆孔內(nèi)，封閉好鉆孔，將鋼管通過高壓膠管與液壓泵相連，啟動液壓泵，將阻化劑水溶液壓人高溫區(qū)內(nèi)降溫防火。

　　由于煤的溫度低于70℃時，采用常規(guī)手段很難測出CO濃度，且煤的熱傳導能力低，高溫區(qū)中心與周圍煤炭的溫度差別很大。所以，用測量鉆孔內(nèi)煤體溫度和測量空氣中CO含量的方法來檢測冒頂區(qū)內(nèi)頂煤自熱情況較為困難，往往容易遺漏某些高溫點。為此，對于回采巷道采取預防為主、綜合治理的防滅火技術。把高溫煤體降到常溫，并把回采巷道頂煤自燃隱患消除在工作面前方，以保證綜放工作面回采的順利進行。

　　3、巷道防滅火措施的實施

　　3.1 黃泥注漿堵漏防火技術

　　采用黃泥灌漿系統(tǒng)，對山陰晉泰煤業(yè)自燃發(fā)火區(qū)實施靜壓淺孔黃泥注漿，濕潤煤體，增加煤體水分，起到降溫防火效果。同時黃泥漿中黃泥將煤體中出現(xiàn)的各種裂隙膠結固化，起到堵塞漏風通道，防止破碎頂煤自燃的作用。注漿漿液中水土質量比為3：1—5：1。

　　對于巷道冒落空洞區(qū)，采用頂板插管封閉注漿，注漿鋼管由人工直接插入;對于頂板完整的回風巷道，每隔5m布置1排注漿孔，每排2個鉆孔，利用電動鉆機打眼，鉆孔傾角45°，鉆孔深度>4 m。鉆孔內(nèi)下設直徑∮40mm，長度≥3 m的注漿鋼管，注漿管最前端lm加工成花眼鋼管，便于漿液充分擴散。注漿管插入鉆孔后，利用水泥砂漿封孔，封孔長度0.5—1.0m。工作面回風巷道內(nèi)全長鋪設注漿干管，干管為直徑∮75 mm的無縫鋼管，利用橡膠管將所有注漿孔連接到注漿干管上。工作面回采前進行連續(xù)集中黃泥注漿，確保煤體始終處于常溫，直到工作面回采時停止注漿。

　　3.2 壓注膠體泥漿防滅火技術

　　實踐證明，以充填為主的防滅火方法是解決煤層自然發(fā)火的主要途徑，如黃泥注漿和化學凝膠充填等。黃泥注漿被我國大多數(shù)自然發(fā)火礦井采用，但該方法存在流失量大，封孔措施要求高等缺點?；瘜W凝膠充填時存在充填材料成本高、充填量小的缺陷。為此使用充填量大、流動性好，凝結時間短(可調)、成本低、物理化學性質穩(wěn)定的充填材料——膠體泥漿及其壓注工藝，即壓注膠體泥漿技術。

　　3.2.1膠體泥漿材料組成

　　膠體泥漿材料是一種特殊的混合物，它由主料黃土、配料水玻璃、促凝劑碳酸氫銨和水組成;主料和配料按一定比例加水稀釋后，攪拌成水玻璃泥漿，該漿液具有很好的流動性能，可實現(xiàn)長距離輸送，不堵管，不凝結。當水玻璃泥漿與促凝劑混合后發(fā)生化學反應時迅速凝固，生成固結性膠體材料。

　　3.2.2膠體泥漿材料特點

　　(1)成膠和凝固性能。當水玻璃泥漿與促凝劑混合后迅速反應生成固體，凝固時間可以根據(jù)現(xiàn)場防滅火需要進行選擇，通過調節(jié)促凝劑摻量大小來實現(xiàn)，初凝時間最短僅幾秒鐘，最長可達到幾分鐘。

　　(2)高水性能。膠體泥漿材料生成的凝結物質是一種含量水很高的硅膠，含水率高達70%～ 80%，具有水的防滅火性能。

　　(3)滲透堵漏性能。高水泥漿成膠前充填于破碎煤體內(nèi)，滲透到煤層裂隙中，將破碎煤體膠結為一體，堵塞漏風通道。當受到壓力作用膠體材料破裂后，不會出現(xiàn)裂隙，僅改變高水泥漿的存在狀態(tài)，使其膠結更加緊密。

　　(4)抗風化性能。實驗室研究表明，在無風干燥、溫度為20C的環(huán)境中，高水泥漿膠體析水風化速度為8～12 mm/月，析水風化速度與風速、溫度和濕度有關。經(jīng)高溫烘干水分完全蒸發(fā)后，膠體變成白色固體。充填于煤體縫隙內(nèi)的高水泥漿膠體所處的環(huán)境風速很低，空氣濕度在80%以上，析水風化速度很小，而且析水風化是由表向里的過程，所以膠體泥漿的抗析水風化性能在巷道服務年限1～2年內(nèi)完全能滿足防火需要。

　　3.2.3壓注膠體泥漿工藝

　　利用地面灌漿站，將主料和配料與水混合攪拌后，由灌漿系統(tǒng)把水玻璃泥漿輸送到井下，在井下利用泥漿泵將促凝劑加入膠體泥漿中，混合后用橡膠管將膠體泥漿壓注到鉆孔中。

　　4、結論

　　通過黃泥注漿堵漏防火和壓注膠體泥漿防滅火措施，對山陰晉泰煤業(yè)自燃發(fā)火區(qū)真正做到完全封堵，熄滅火源的目的，制定安全啟封措施，確保礦井建設安全、平穩(wěn)、有序進行。

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