千米深井移動式注漿系統(tǒng)的研究與應(yīng)用技術(shù)

【摘要】在煤礦生產(chǎn)中煤層自燃事故時有發(fā)生，不僅危及著職工的生命安全，而且造成大量的煤炭資源浪費(fèi)。因此，礦井防滅火工作在煤礦安全生產(chǎn)工作當(dāng)中至關(guān)重要。本文針對傳統(tǒng)的礦井煤層自燃防滅火技術(shù)及一般傳統(tǒng)注漿系統(tǒng)在生產(chǎn)當(dāng)中存在的種種問題而提出研究建立的漿液濃度穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、使用便捷的井下可移動式注漿防滅火系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】煤層自燃；移動式；注漿系統(tǒng)；防滅火

1、概況

山東唐口煤業(yè)有限公司位于山東省濟(jì)寧市西側(cè)，設(shè)計生產(chǎn)能力3.0Mt/a。井深為1029m。該公司井下開采的3#煤層經(jīng)撫順煤科分院2004年6月鑒定，該煤層的自燃傾向性為自燃煤層，自燃發(fā)火期為54～118天。工業(yè)場地風(fēng)井附近建立的集中防火灌漿攪拌站、泥漿池。由于井筒深，管路承受的靜壓大，加之在灌漿過程中的沖擊動力，即使設(shè)置了減壓裝置，注漿管路還是不能承受巨大的壓力而發(fā)生破管，造成灌漿系統(tǒng)癱瘓而無法使用。

為防治煤層自燃發(fā)火，確保安全生產(chǎn)，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，結(jié)合唐口煤礦的實際情況，研究建立漿液濃度穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、使用便捷的井下可移動式注漿防滅火系統(tǒng)。

2、移動式注漿防滅火技術(shù)工藝和設(shè)備的確定

根據(jù)山東唐口煤業(yè)有限公司灌漿防滅火技術(shù)要求和制漿材料特點(diǎn)，對井下移動式注漿防滅火技術(shù)工藝和設(shè)備進(jìn)行研究。根據(jù)以前注漿系統(tǒng)使用存在的堵管、漿液濃度忽大忽小不穩(wěn)定等問題，并充分考慮前人的研究成果，采用實驗室研究與測試、現(xiàn)場試驗相結(jié)合的研究方法。

在研究的過程中充分考慮該系統(tǒng)及裝備能夠制備不同濃度的漿液，以滿足不同情況下的需求。其次要考慮高濃度時能加入懸浮劑和其它防滅火添加劑的要求。制漿材料選用粉煤灰，以減少黃土對耕地和環(huán)境造成破壞。使用粉煤灰不但可以變廢為寶，減少環(huán)境污染，而且取材料方便（因礦區(qū)周圍就有產(chǎn)生粉煤灰的發(fā)電廠），成本低廉。根據(jù)注漿工藝和國內(nèi)ZHJ系列井下移動注漿裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過現(xiàn)場試驗、專家咨詢，最后提出了移動式注漿開發(fā)方案：即該系統(tǒng)也由三大系統(tǒng)構(gòu)成，即制漿系統(tǒng)（由制漿材料添加裝置、攪拌系統(tǒng)和外加劑添加裝置組成）、漿液壓注系統(tǒng)和輸漿管路系統(tǒng)

3、制漿機(jī)的設(shè)計

經(jīng)過通過大量的實踐，注漿時漿液濃度（即注漿材料與水的配比）對于防滅火效果非常重要，濃度稀了防滅火效果差，濃度大了不便于漿液流動，易堵管，注漿距離也大大受限。煤科總院撫順研究分院研制生產(chǎn)的礦用移動式防滅火注漿裝置和煤科總院重慶研究院研制生產(chǎn)的煤礦防滅火注漿設(shè)備漿液濃度靠人的經(jīng)驗和人工加料速度來控制，漿液濃度不均勻，易出現(xiàn)忽大忽小。西安森蘭科技有限公司和西安科技大學(xué)生產(chǎn)的ZHJ-10/1.8型礦用移動式防滅火注漿裝置雖然采用了定量給料機(jī)來控制漿液濃度，但是定量給料機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器易于損壞，使得定量給料機(jī)無法控制，漿液濃度當(dāng)然也就無法控制。而且定量給料機(jī)的出口端易于進(jìn)料，增加了定量給料機(jī)負(fù)荷，嚴(yán)重時會使機(jī)器損壞而無法正常加料，使整個注漿機(jī)無法工作。

3.1螺旋定量輸送機(jī)工作原理

井下移動式注漿機(jī)的定量給料裝置和外加劑添加裝置就是采用單螺旋定量輸送機(jī)。其工作原理是：物料從進(jìn)料口加入，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，物料受到螺旋葉片推力的作用，該推力的徑向分力和葉片對物料的摩擦力，有可能帶動著物料繞軸轉(zhuǎn)動，但由于物料本身的重力和料槽對物料的摩擦力的緣故，才不與螺旋葉片一起旋轉(zhuǎn)，而在葉片法向推力的軸向分力作用下，沿著料槽軸向移動。

經(jīng)過理論分析與現(xiàn)場試驗，螺旋在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，螺旋的轉(zhuǎn)速不超過它的臨界轉(zhuǎn)速時，物料隨螺旋轉(zhuǎn)動，沿著料槽軸向移動，可以滿足物料和外加劑定量添加。

3.2制漿機(jī)結(jié)構(gòu)

井下移動式注漿裝置主要由：防爆電機(jī)、減速機(jī)、定量送料機(jī)、制漿濾漿總成、料斗、傳動裝置、排渣口、出漿口、流量計及管路等部分組成，

3.3工作原理

打開水閥把水加入制漿濾漿總成，啟動電機(jī)，把制漿原料（砂土或粉煤灰）加入料斗，定量送料機(jī)將制漿原料定量送入制漿濾漿總成。經(jīng)制漿濾漿總成過濾合格的漿液通過出漿管輸出；粒徑較大的殘渣從出渣口排出，合格漿液經(jīng)泥漿泵加壓后通過管路及鉆孔注入防滅火區(qū)域。漿液濃度主要靠調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便制造不同濃度的漿液。（當(dāng)需要由井下移動式防滅火注漿裝置配合制備復(fù)合膠體時，在漿液到達(dá)注膠地點(diǎn)附近100m以內(nèi)，另外安裝“ZM-5/1.8G礦用注漿裝置”按比例（根據(jù)現(xiàn)場情況確定）要求加入膠凝劑，膠體通過鉆孔或預(yù)埋管路注入用膠地點(diǎn)）。

4、漿液制備及施工工藝

井下移動式防滅火注漿站設(shè)在工作面軌道順槽硐室，或采煤工作面聯(lián)巷內(nèi)。把粉煤灰（或黃土）加入礦用移動式防滅火注漿裝置的加料箱中，打開供水閥門，礦用移動式防滅火注漿裝置把水與粉煤灰按一定比例混合、攪拌制成一定濃度漿液，過濾部分把漿液中的大顆粒固體濾出，由泥漿泵注入使用在點(diǎn)采用以黃土或電廠粉煤灰為漿材，水灰比控制在3～1∶1。為了提高灌漿防火能力，可在泥漿中加入0.5%～1%MgCl2阻化劑，以達(dá)到良好的防火效果。

采煤工作面隨采隨灌時，采用埋管灌漿法。在工作面構(gòu)造、煤層較厚地段，預(yù)先埋設(shè)一路注漿管路，工作面推過30～40m時開始，通過預(yù)埋管路，向采空區(qū)灌注阻化泥漿。在工作面結(jié)束時，面上支架回撤前，預(yù)先在在停采線處重新敷設(shè)一路Φ50mm鋼管，鋼管要留設(shè)多處三通閥門，并用金屬網(wǎng)等物擋好，防止頂板跨落壓壞。在工作面所有電氣、機(jī)械設(shè)備撤離完畢后，在上、下順槽建筑兩道密閉墻，密閉墻靠近上部預(yù)留注漿孔進(jìn)行注漿，當(dāng)注到注漿管的漿液不流動時，停止注漿，打開放水管閥門放水，再進(jìn)行注漿，直到注滿為止。

5、結(jié)論

通過為期一年的實驗，研究并開發(fā)出了井下移動式注漿防滅火系統(tǒng)，在唐口煤業(yè)4305、3302工作面應(yīng)用后，取得了明顯的注漿效果，為唐口煤業(yè)的防滅火工作打下了堅實基礎(chǔ)。主要有以下結(jié)論：

（1）研究并開發(fā)出了具有流量穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行可靠性好；操作簡單，使用與維護(hù)方便；體積小，重量輕，易于運(yùn)輸?shù)木乱苿邮街茲{設(shè)備。

（2）攪拌與過濾融為一體，過濾性能好，在添加注漿材料時不需要人員撥動，不需要清理，減少人工費(fèi)用。

（3）制漿材料各組份可以實現(xiàn)自動添加，使得漿液濃度穩(wěn)定，制漿效果好，混合均勻，不堵管。

（4）注漿設(shè)備壓力高，最大注漿壓力可達(dá)6MPa，注漿距離可達(dá)1800m以上。

（5）在唐口煤業(yè)4305綜采工作面進(jìn)行了現(xiàn)場實際應(yīng)用，在3302工作面進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得較好的注漿效果和防滅火效果，為唐口煤業(yè)的安全產(chǎn)生奠定了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙善揚(yáng).KBJ-100/6井下移動式注漿設(shè)備及注漿工藝的研究通過鑒定[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，1993（03）

[2]劉憲明，陳士軍.煤礦綜合防滅火技術(shù)的研討[J].煤礦現(xiàn)代化，2009（S1）

作者簡介

韓明，男，漢族，1982年11月生，2007年7月畢業(yè)山西煤炭學(xué)院，通防助理工程師，國家注冊安全工程師，現(xiàn)為山東唐口煤業(yè)有限公司通防隊技術(shù)員。