黃土復(fù)合膠體在采空區(qū)火區(qū)治理中的應(yīng)用

白文秀，赫海全

（窯街煤電集團(tuán)公司金河煤礦，甘肅 蘭州 730080）

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

黃土復(fù)合膠體在采空區(qū)火區(qū)治理中的應(yīng)用

白文秀，赫海全

（窯街煤電集團(tuán)公司金河煤礦，甘肅 蘭州 730080）

根據(jù)金河煤業(yè)公司16211工作面的實(shí)際情況，結(jié)合已采取的措施，將黃土復(fù)合膠體注入采空區(qū)，同時(shí)對(duì)可能產(chǎn)生高溫的上隅角鉆孔注黃土復(fù)合膠體，直接對(duì)高溫點(diǎn)進(jìn)行處理，使自燃發(fā)火的危害得到了徹底的解決?；饏^(qū)的成功治理，確保了礦井安全生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益較明顯。

黃土復(fù)合膠體；采空區(qū)；防滅火；治理技術(shù)

礦井火災(zāi)是煤礦重大災(zāi)害之一。礦井火災(zāi)不僅燒掉大量資源、材料和生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)生大量的高溫?zé)熈骱陀卸居泻怏w，嚴(yán)重危害井下人員的生命安全，而且常誘發(fā)瓦斯、煤塵等次生災(zāi)害事故，使得災(zāi)難進(jìn)一步擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者就礦井火災(zāi)問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，根據(jù)不同的井下條件設(shè)計(jì)了多種防滅火技術(shù)，如注水注漿防滅火技術(shù)、注砂防滅火系統(tǒng)、充填堵漏防火技術(shù)、氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)、均壓防滅火技術(shù)、凝膠防滅火技術(shù)、復(fù)合凝土防滅火技術(shù)等等。充填堵漏防滅火的原理就是借助于不同位置所產(chǎn)生的靜壓或充填泵提供的動(dòng)壓，將不燃材料的水溶液注入破碎煤體，經(jīng)過(guò)化學(xué)變化或物理變化，形成黏稠的漿液或膠體，密實(shí)充填煤體縫隙，堵住漏風(fēng)通道；并且，其中的水分或化學(xué)物質(zhì)滲入煤層內(nèi)，黏附于破碎煤體表面形成阻氧膜，惰化了煤的氧化性能；同時(shí)，所含的水分蒸發(fā)可降低煤體的溫度，延緩其自熱氧化速度，破壞煤的自燃條件，延長(zhǎng)其自燃發(fā)火期，從而達(dá)到防火的目的。目前，常用的包括固化泥漿防火技術(shù)、化學(xué)凝膠防火技術(shù)、膠體泥漿防火技術(shù)等。

1　工作面發(fā)火過(guò)程及采取措施

窯街煤電金河煤業(yè)有限責(zé)任公司一號(hào)井位于蘭州市紅古區(qū)窯街鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬(wàn)t／年。煤種為弱黏煤，煤層為Ⅱ類自燃煤層，自燃發(fā)火期為3～6個(gè)月，最短發(fā)火期為55天。16211工作面位于六采區(qū)西南部，自2006年3月1日開(kāi)始回采。由于改造切眼附近頂板破碎，工作面推進(jìn)速度緩慢，于8月初采空區(qū)出現(xiàn)CO，濃度0．003%，溫度27℃，工作面老塘出現(xiàn)發(fā)火征兆，發(fā)現(xiàn)這一情況后，立即在回風(fēng)巷敷設(shè)灌漿預(yù)埋管路，開(kāi)始隨采隨灌。采空區(qū)CO濃度基本穩(wěn)定在0．001 7%以內(nèi)，并有下降趨勢(shì)，消除了這一發(fā)火隱患。至2007年2月10日，工作面推采由于工作面掛網(wǎng)初期，頂板破碎，打注錨桿、錨索工作量大，工作進(jìn)度緩慢。采空區(qū)遺留大量虛煤，導(dǎo)致采空區(qū)一氧化碳呈上升趨勢(shì)，CO濃度最高達(dá)0．023 7%，溫度32℃。

經(jīng)采用采空區(qū)注氮、預(yù)埋管灌漿、減小工作面風(fēng)量、插管注水和噴灑阻化劑等綜合防滅火措施，才將CO濃度降至0．002 3%，基本穩(wěn)定。為了進(jìn)一步搞好該面防滅火工作，徹底消除發(fā)火隱患，金河公司計(jì)劃將16211回風(fēng)巷上平巷、排放巷和聯(lián)絡(luò)巷上段封閉，形成新的回采系統(tǒng)。但是由于火區(qū)的發(fā)展未能得到抑制，后檢測(cè)到乙稀氣體。

2　自燃區(qū)域分析及火區(qū)治理技術(shù)研究

根據(jù)工作面實(shí)際情況的研究，煤層容易自燃，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)得到的最短自燃發(fā)火期為1個(gè)多月。16211工作面采用放頂煤技術(shù)開(kāi)采，其采空區(qū)浮煤厚度很大，超過(guò)了煤自燃的監(jiān)界浮煤厚度。在采空區(qū)一定深度處（氧化升溫處），氧氣濃度大于煤自燃的下限氧濃度，漏風(fēng)強(qiáng)度小于極限漏風(fēng)強(qiáng)度，因而該處煤溫有上升趨勢(shì)。如果工作面不動(dòng)或推進(jìn)緩慢，則該處遺煤長(zhǎng)期處于氧化升溫區(qū)，就有可能溫度升高而著火。16211工作面改造縮面時(shí)間歷時(shí)達(dá)50余天，已超過(guò)其自燃發(fā)火期，故發(fā)生了煤層自燃。

2．1防滅火技術(shù)的選取

從對(duì)金河一號(hào)井16211工作面可能自燃的區(qū)域分析可知，對(duì)16211工作面防滅火技術(shù)應(yīng)考慮以下因素：工作面產(chǎn)量大，高產(chǎn)高效，防滅火工作應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)預(yù)防，一旦有自燃跡象應(yīng)能夠迅速處理；工作面風(fēng)量大，采空區(qū)漏風(fēng)相對(duì)較大，采空區(qū)漏風(fēng)是引起工作面自燃的重大危險(xiǎn)因素，因此，應(yīng)建設(shè)具有封堵漏風(fēng)作用的防滅火技術(shù)。生產(chǎn)中采用惰氣防滅火時(shí)，惰氣容易泄漏，起不到大的防滅火作用，對(duì)封閉區(qū)注氮、二氧化碳等雖能夠起到一定的作用，但采用能夠堵漏或覆蓋煤體并且有降溫作用的技術(shù)才是解決難題的關(guān)鍵，故對(duì)16211工作面采用新型防滅火技術(shù)—黃土復(fù)合膠體。

2．2黃土復(fù)合膠體注漿流程

制漿系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、膠凝劑添加、注膠鉆孔等聯(lián)合組成了注漿系統(tǒng)，注漿系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。

圖1　注漿系統(tǒng)流程示意圖

1）高壓水泵、漿液過(guò)濾篩、高壓水槍、供水管路、漿液濃度檢測(cè)裝置等構(gòu)成了制漿系統(tǒng)。制漿濃度最高可達(dá)到1∶1，較長(zhǎng)時(shí)間灌漿可保證制漿濃度達(dá)到水∶土為1．5∶1。2）制漿完畢后，漿液通過(guò)管路自流到礦井下各個(gè)用漿地點(diǎn)，灌漿站與井下用漿地點(diǎn)標(biāo)高約+1 560 m，高度落差在700 m左右，輸漿管路倍線系數(shù)約為6。3）礦用移動(dòng)式注漿裝置、泥漿分流裝置、泥漿控制裝置構(gòu)成了膠凝劑添加系統(tǒng)。把“FCJ12復(fù)合膠體膠凝劑”溶于水通過(guò)“移動(dòng)裝置”加壓進(jìn)入分流裝置與泥漿混合。4）鉆孔：使用井下75型鉆機(jī)按鉆孔設(shè)計(jì)要求把“一次成孔注漿鉆桿”鉆進(jìn)煤體及采空區(qū)，利用鉆桿向采空區(qū)注膠，鉆孔內(nèi)徑為50 mm。

3　火區(qū)治理方案實(shí)施

本次工作面火區(qū)治理以滅火為主，封堵為輔。在可能實(shí)現(xiàn)的前提下確定火源點(diǎn)或高溫點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行撲滅，并同時(shí)保證封堵效果。

1）從密閉墻和施工聯(lián)絡(luò)巷向切眼后方采空區(qū)位置施工鉆孔，鉆孔終孔位置在切眼后方約10～30 m處，高度在煤層頂板上部約2 m左右，鉆孔間距為10 m。2）注膠系統(tǒng)準(zhǔn)備好后，向采空區(qū)注膠。注膠時(shí)3根鉆孔同時(shí)使用，并有1個(gè)鉆孔備用，每個(gè)鉆孔注漿4 h后便需重新更換鉆孔。每個(gè)鉆孔都注過(guò)后，再重新按順序補(bǔ)注1遍，如此重復(fù)至每個(gè)鉆孔的注膠壓力值達(dá)到一定值。

4　治理效果分析

經(jīng)氣體監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，封閉火區(qū)后進(jìn)風(fēng)側(cè)氣體中CO濃度下降迅速（最高為354×10-6cm3／m3），還處于較高水平。黃泥復(fù)合膠體注漿后，CO濃度迅速下降至10×10-6cm3／m3以下，封閉一段時(shí)間后維持在5 ×10-6cm3／m3。表明黃泥復(fù)合膠體已經(jīng)將高溫煤體包裹，由于O2和煤體無(wú)法直接接觸，故煤體此刻處于窒息狀態(tài)。啟封前數(shù)天監(jiān)測(cè)氣體濃度為：CH4濃度為40%～50%，CO濃度為3×10-6～5×10-6cm3／m3，O2濃度為1%～2%。啟封后進(jìn)入封閉工作面勘察現(xiàn)場(chǎng)情況，具體情況為：進(jìn)風(fēng)側(cè)、回風(fēng)側(cè)CH4濃度分別約為0．8%、1．5%；進(jìn)風(fēng)側(cè)、回風(fēng)側(cè)CO濃度分別約為4×10-6cm3／m3、12×10-6cm3／m3。

火區(qū)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)均在固定范圍內(nèi)，此次火區(qū)治理目的已達(dá)到：火區(qū)內(nèi)氧氣含量下降到要求范圍內(nèi)；漏風(fēng)通道得到封閉；高溫煤體與氧氣隔絕；采空區(qū)自燃隱患被處理。

5　結(jié) 論

根據(jù)窯街金河一號(hào)井16211工作面煤層自燃的特點(diǎn)，確定了向發(fā)生煤層自燃的采空區(qū)回風(fēng)側(cè)灌注泥漿、注復(fù)合膠體、封堵等的綜合防滅火技術(shù)方案。通過(guò)實(shí)施該防滅火技術(shù)方案，成功地?fù)錅缌嗽撎幟簩踊馂?zāi)，工作面CO濃度下降到10×10-6cm3／m3左右。

火區(qū)的成功治理，不僅使礦井安全生產(chǎn)得以正常進(jìn)行，更重要的是對(duì)今后礦井防滅火的實(shí)施具有較好的現(xiàn)場(chǎng)參考價(jià)值。此次現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用也發(fā)現(xiàn)了該技術(shù)的一些不足，如充填流量受輸送泵能力的限制，充填能力有限；復(fù)合凝土的制備要求較高，混合顆粒的粒徑最大不應(yīng)超過(guò)3 mm。

Application on Loess Composite Colloidal in Goaf Fire Control

Bai Wen-xiu，He Hai-quan

Based on the actual situation of16211 working face in Jinhe coal company，and combines the measures which have been taken，the loess composite colloidal is injected the goaf，meanwhile drills and injects loess composite colloidal on the corner which may produce high temperature，directly process the high-temperature point and the spontaneous combustion hazard has been solved completely．

Loess composite colloid；Goaf；Fire preventing and extinguishing；Treatment

TD75+2．2

B

1672-0652（2013）09-0057-02

2013-06-03

白文秀（1976—），男，甘肅正寧人，2001年畢業(yè)于淮南工業(yè)學(xué)院，工程師，主要從事采礦工程和礦山安全方面的技術(shù)及管理工作（E-mail）jhbwx1976＠126．com