綜放工作面采空區(qū)灌漿防滅火技術(shù)研究

冀文俊

（汾西礦業(yè)礦山救護大隊，山西 孝義 032300）

引言

綜放是厚煤層開采時常用開采工藝，對提高礦井生產(chǎn)效益、煤炭產(chǎn)量等均有顯著促進作用[1-2]。但是綜放開采時受其自身開采工藝限制，采空區(qū)內(nèi)容易遺留有大量煤炭，當(dāng)煤層具有自燃發(fā)火傾向且采面采空區(qū)漏風(fēng)時，采空區(qū)內(nèi)遺煤有較大的自燃發(fā)火風(fēng)險[3-5]。采面正?；夭善陂g，隨著采空區(qū)覆巖垮落、采面推進，采空區(qū)距離采面深度越深，氧氣濃度越低，則遺煤自燃風(fēng)險越?。坏钱?dāng)采面生產(chǎn)停滯或者遇地質(zhì)構(gòu)造推進速度緩慢時，則采空區(qū)內(nèi)有充足氧氣，容易導(dǎo)致遺煤氧化自燃[6]。現(xiàn)階段礦井常用的采空區(qū)防滅火技術(shù)方法包括有減少漏風(fēng)、注氮、灌漿、噴灑阻化劑、灌膠等技術(shù)措施[7]。文中就以山西某礦30905 綜放工作面為工程背景，對采面使用的灌漿防滅火技術(shù)進行分析，以期為其他礦井類似情況下綜放工作面采空區(qū)防滅火工作開展提供經(jīng)驗階級。

1 工程概況

山西某礦產(chǎn)能為600 萬t/a，現(xiàn)階段開采9# 煤層，煤層賦存穩(wěn)定，厚度6.9 m，自燃發(fā)火傾向性為II類。30905 綜放工作面位于北翼3 采區(qū)中部，采面埋深平均350 m，除去東側(cè)為采空區(qū)、南側(cè)為北翼集中巷道外，其余兩側(cè)均為實體煤。9#煤層頂板以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，在煤層上覆5.9 m 存在有厚度0.35 m煤；煤層底板以石灰?guī)r、泥巖為主。30905 綜放工作面設(shè)計走向1 923 m、傾向215 m，根據(jù)回采巷道揭露以及物探資料顯示，采面回采范圍內(nèi)發(fā)育有落差介于1.5 m～3.9 m 斷層，在地質(zhì)構(gòu)造影響帶附近采面推進速度緩慢，同時采空區(qū)內(nèi)遺煤量增大，雖然采用常規(guī)的間歇注氮、噴灑阻化劑等防滅火措施，但是采空區(qū)遺煤仍存在較大的自燃發(fā)火風(fēng)險。為此，提出使用采空區(qū)灌漿方式進行防滅火。

2 灌漿防滅火技術(shù)應(yīng)用

2.1 灌漿防滅火技術(shù)概述

采空區(qū)防滅火是煤炭生產(chǎn)時防滅火重點，灌漿防滅火是將漿材、水等按照一定配比混合，并經(jīng)管路、鉆孔等輸送到防滅火區(qū)域，實現(xiàn)滅火或者預(yù)防。灌漿防滅火機理為：灌漿漿液覆蓋到火區(qū)表面起到降溫、隔絕氧氣作用，同時漿液充填到縫隙也可隔絕火區(qū)與氧氣接觸。

現(xiàn)階段礦井常用的灌漿方法包括有采前預(yù)灌、采后灌漿以及隨采隨灌等形式。采前預(yù)灌是在煤層開采前即進行灌漿，雖然可降低采面回采期間遺煤自燃發(fā)火幾率，但是也存在成本高、針對性不強以及污染煤質(zhì)等問題，在煤礦井下應(yīng)用不廣泛；采后灌漿過是采面開采完畢后，通過預(yù)先埋設(shè)管路或者地面鉆孔向封閉區(qū)域內(nèi)可能的自燃發(fā)火點進行灌漿，具有灌漿量大、防滅火效果好等優(yōu)點，對密閉區(qū)自燃發(fā)火點可起到較好防滅火效果；隨采隨灌是伴隨著采面回采及時向采空區(qū)內(nèi)進行灌漿，及時消除采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃發(fā)火風(fēng)險。

2.2 采面灌漿防滅火技術(shù)方案

采面正常回采期間可通過噴灑阻化劑、注氮等方式進行防滅火，當(dāng)采空區(qū)內(nèi)遺煤量增大且采面推進速度較慢，或者采面回風(fēng)隅角、回風(fēng)巷以及采空區(qū)內(nèi)監(jiān)測到有CO 等遺煤自燃發(fā)火標(biāo)志性氣體時，可進行采空區(qū)灌漿防滅火。

文中提出以采空區(qū)灌漿為主并輔助采用封堵采面進、回風(fēng)隅角方式進行防滅火。具體防滅火設(shè)計方案為采面灌漿。

在30905 綜放工作面采空區(qū)灌漿使用的漿液為黃泥漿，漿液水灰質(zhì)量比確定為1∶2～1∶4，灌漿使用的漿液來源于礦井地面回風(fēng)斜井灌漿站。井下灌漿管路長度為2 569 m，灌漿主要集中在早班以及中班，每班灌漿時間均為7 h，灌漿量設(shè)計為60 m3/h。在30905 綜放工作面回采期間，從采面內(nèi)從回風(fēng)巷向進風(fēng)巷方向鋪設(shè)一趟DN100 mm 灌漿管路，具體如下頁圖1 所示。通過現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，采空區(qū)內(nèi)自燃三帶分布范圍分別為0～52 m、52 m～151 m、151 m 以外，根據(jù)采空區(qū)三帶分布情況決定在在采面回風(fēng)巷內(nèi)每間隔50 m 布置一個閥門，通過閥門控制采空區(qū)灌漿量，當(dāng)采面后方灌漿管路埋入采空區(qū)后45 m～50 m 范圍時開始進行灌漿。

圖1 采面灌漿管路布置示意圖

根據(jù)現(xiàn)場情況采用理論分析計算達到采面正?；夭善陂g灌漿量為569.5 m3/d，同時在灌漿過程中應(yīng)注意觀察采空區(qū)內(nèi)返水情況，避免出現(xiàn)潰漿事故。在灌漿期間應(yīng)避免大顆粒材料混入到灌漿管路中，同時在灌漿結(jié)束后采用清水及時對灌漿管路進行清洗，避免灌漿材料在管路內(nèi)沉積；在沖洗完成后，應(yīng)放掉管路中多余水分，避免出現(xiàn)管路堵篩，從而給后續(xù)灌漿工作開展帶來制約。

采面上下隅角封堵。降低漏風(fēng)量可減少采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度，從而預(yù)防采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火作用，因此本次對采面上下隅角位置進行封堵，從而減少采空區(qū)壓差。具體采面上下隅角位置封堵，如圖2 所示。通過在采面上下隅角未垮落位置堆砌袋子墻，可起到減少采空區(qū)漏風(fēng)目的。

圖2 采面上下隅角漏風(fēng)點封堵示意圖

2.3 防滅火效果分析

在采面回采期間采用束管監(jiān)測采空區(qū)內(nèi)氣體成分，以便掌握灌漿防滅火效果。根據(jù)使用的KSS-200型束管監(jiān)測結(jié)果得知，在采面使用以灌漿為主、采空區(qū)漏風(fēng)點封堵為輔的防滅火技術(shù)措施后，采面在回采期間未監(jiān)測到采空區(qū)內(nèi)有CO，同時回風(fēng)巷、回風(fēng)隅角也未監(jiān)測到CO 等自燃發(fā)火標(biāo)志性氣體。采面在回采期間無采空區(qū)遺煤無自燃發(fā)火跡象，表明文中所提灌漿防滅火技術(shù)取得較好應(yīng)用成果。

3 結(jié)論

30905 綜放工作面開采的9#煤層自燃發(fā)火傾向性為II 類，受到地質(zhì)構(gòu)造以及采空區(qū)遺煤量大等因素影響，采空區(qū)遺煤存在有較大的自燃風(fēng)險。為此，提出采用以灌漿為主、封堵采空區(qū)漏風(fēng)通道為輔的防滅火技術(shù)措施。

根據(jù)現(xiàn)場實際條件，對30905 綜放工作面灌漿以及采空區(qū)漏風(fēng)封堵技術(shù)方案進行設(shè)計，現(xiàn)場應(yīng)用后，采面采空區(qū)遺煤未出現(xiàn)自燃發(fā)火跡象，為采面高效回采創(chuàng)造了良好條件。