一種新型綜采工作面注漿防滅火方法

【摘 要】針對老石旦煤礦031601回采工作面傾角較大，最大達到18°。最短自燃發(fā)火周期為63天，采用傳統(tǒng)防滅火注漿方法效果不好，研制出一種安裝在液壓支架上的新型注漿裝置，在老石旦煤礦031601回采工作面進行了試驗應用，使上隅角CO濃度下降到12ppm，注漿效果非常明顯，好于其他同類注漿效果，保證了工作面的安全、高效地生產(chǎn)。

【關(guān)鍵詞】回采;傾角;自燃發(fā)火周期;液壓支架;上隅角

煤礦在采煤過程中存在著潛在的煤層自燃安全隱患。煤礦火災事故在煤礦所有事故中所占的比例比較高，例如，國家煤炭工業(yè)局統(tǒng)計了1997年至2017年20年期間國內(nèi)煤礦自燃火災占煤礦火災總數(shù)的90%。因此，防止煤炭自燃火災是煤礦安全管理的重要方面之一。目前，國家對煤礦防滅火提出了更高的要求。要求各煤礦必須建立健全完善的防滅火注漿體系以及均壓通風、注氮氣、噴阻化劑等綜合防滅火技術(shù)[1]。

一、提出問題

傳統(tǒng)的防滅火注漿技術(shù)是將注漿管道應用于工作面傾向上部采空區(qū)，定期定量地對采空區(qū)采取注漿措施，使?jié){液從傾斜注漿管道中流出。從采空區(qū)的不同位置，覆蓋采空區(qū)浮煤，以滿足防止采空區(qū)浮煤自燃的要求[2]。但是很難把握漿液覆蓋全部采空區(qū)且均勻分布，遇阻發(fā)生積漿、潰漿事故，僅僅以經(jīng)驗為主，不能詳細、科學的考察，注漿參數(shù)選擇不合理，致使注漿時間、注漿量設計不合理，采空區(qū)注漿量過大或過小都會導致防滅火效果差[3]。

二、分析問題

傳統(tǒng)的注漿工藝是將漿液注入采空區(qū)氧化帶，目前尚不清楚注漿能否均勻覆蓋采空區(qū)內(nèi)的浮煤，能否通過特殊的地質(zhì)構(gòu)造，能否滿足注漿防滅火要求，這些都是未知數(shù)。且注漿效果不明顯[4]。為了能夠從源頭處克服傳統(tǒng)滅火注漿方法的不足，積極探索新技術(shù)、新工藝，成功研制出一種新型的防滅火注漿裝置，不僅為綜采工作面提供了科學、高效、準確、成本效益高的操作手段。提出了一種新的采空區(qū)防滅火注漿技術(shù)，為礦井防滅火設計和施工提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持，在降低成本的條件下，大大提高了防滅火效率。在神華烏海能源公司老石旦煤礦031601工作面的應用中取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，保證了采煤工作面的安全、高效地生產(chǎn)。

三、解決問題

3.1工作面概況

神華烏海能源公司老石旦煤礦16#煤層是具有煤層自燃傾向性，最短自燃發(fā)火周期為63天，其中031601工作面位于16#煤層，由于031601工作面傾角較大，最大達到18°。巷道設計長度為1440m。巷道斷面為拱形，凈寬5.0m，凈高3.9m，拱高1.7m，巷道壁高2.2m，巷道采用錨桿+金屬網(wǎng)+錨索支護形式。

3.2工作原理

如圖1所示，首先，我們在老石旦煤礦031601工作面的回風巷鋪設了一條3英寸的注漿管道，并在3英寸灌漿管道的末端加工了一個3英寸變Φ38mm閥門。Φ38 mm高壓軟管安裝到工作面支架的第二后立柱上，然后從工作面的每個支架的底部到頂部0.6m處用抱箍固定一個Φ38 mm三通，每個支架靠近工作面采空區(qū)一側(cè)出口處接一根 5m注漿管（當長度小于4m時，噴入的漿料很容易流入支架的后部，影響安全生產(chǎn);如果注漿管長度超過6m，則易受采空區(qū)浮動擠壓而拉斷，因此管道的長度應根據(jù)各礦井綜采工作面的特點，即采空區(qū)長2英寸焊管的特點而定）2英寸焊接管端被加工成“鴨嘴”形狀，最后每個長2m長的Φ38mm高壓軟管用于連接相鄰的兩個托架之間。三通在五個部分中的每一個之間都有一個區(qū)域控制閥。

3.3注漿量計算

老石旦礦031601工作面平均每月產(chǎn)煤12.5萬噸.據(jù)中國煤炭科技集團重慶研究院統(tǒng)計計算老石旦煤礦031601工作面注漿量和特征表分別如表1、表2所示。另外工作面每割一刀煤，每個支架注漿所需的填充時間為1.905分鐘，因此工作面187臺支架全部注完所需的時間為356.235分鐘，即5小時56分鐘。

四、注意事項

（1）灌漿前必須由專業(yè)技術(shù)人員制定專項的灌漿設計和安全技術(shù)措施。

（2）注漿必須分組進行，避免注漿壓力不足，漿體分散不足，造成漿體集中沉淀，防滅火效果差。

（3）灌漿必須由專業(yè)的工程技術(shù)人員和專業(yè)的灌漿隊伍進行。有關(guān)人員必須經(jīng)過專業(yè)培訓，并獲得資格證書后方可上崗作業(yè)。

五、結(jié)論

（1）該方法突破了傳統(tǒng)的注漿方法，將注漿管設置在上隅角，延伸到采空區(qū)的氧化帶，創(chuàng)造性地利用綜采工作面的液壓支架固定注漿管路，將注漿管道均勻分布到采空區(qū)，隨著液壓支架的推進，將注漿管道拖走的新方法和新工藝。注漿實現(xiàn)了多管道、定向、定點注漿的新思路。

（2）該方法克服了傳統(tǒng)的注漿方法，利用漿液的流體特性和泥漿的自重作用，將采空區(qū)自上而下地覆蓋。根據(jù)綜采工作面的日常開采進度，自上而下逐架打開閥門，并進行定量灌漿，以節(jié)省時間、材料和泥漿覆蓋。為具有煤層自燃傾向的綜采工作面采空區(qū)的防滅火注漿提供了科學依據(jù)和理論指導。

（3）注漿前031601工作面CO濃度為84ppm，采用新的注漿方法后，031601工作面的CO濃度降低到12ppm。注漿效果非常明顯，比其他相同的注漿效果更好，保證了工作面的安全高效生產(chǎn)。

【參考文獻】

[1]劉英學，鄔培菊.黃泥灌漿防止采空區(qū)遺煤自燃的機理分析與應用[J].中國安全科學學報，1997（01）：39-42

[2]張吉佑.一種新模式的黃泥灌漿系統(tǒng)在煤礦的應用[J].煤礦現(xiàn)代化，2001（04）：14

作者簡介：武?。?981-），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布市人，工程師，碩士學歷，現(xiàn)任神華烏海能源公司五虎山煤礦機電副礦長，長期從事煤礦機電技術(shù)管理工作。