鉆孔灌漿技術(shù)在煤礦防滅火中的應(yīng)用探究

梁曉斌

（汾西礦業(yè)集團(tuán)通風(fēng)管理部，山西 介休 032000）

引言

煤炭作為經(jīng)濟(jì)增長的主要能源，隨著開采力度不斷加大、開采深度發(fā)生變化，確保開采安全問題非常必要，以此為煤礦開采作業(yè)正常施行奠定基礎(chǔ)。煤礦生產(chǎn)過程中防滅火工作，屬于生產(chǎn)管理的主要內(nèi)容，合理運用鉆孔灌漿技術(shù)不但能規(guī)范生產(chǎn)操作行為、防范煤礦火災(zāi)事故的發(fā)生，并且能夠很好地維護(hù)工作人員的生命安全、財產(chǎn)安全以及煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

1 工程概況

某礦1-2 煤北翼煤厚度約為5 m，1-2 煤、2-2 上煤間距在10 m 左右，1-2 煤埋深為75 m，松散層和基巖層的平均厚度分別為24 m、60 m。為及時排除小煤礦盜采所致安全隱患，通過鉆孔灌漿技術(shù)處理極其必要，設(shè)計地面至1-2 煤北翼大巷煤柱回收旺采采空區(qū)、12107 回撤通道以及12205 和206 順槽施工45個鉆孔灌漿，灌漿漿液會沿巷道進(jìn)行流動，隨著時間的增長堆積問題發(fā)生的可能性加大，在井下施工鉆孔疏放水通過地面灌漿-巷道堆滿山砂，這個過程容易形成隔離帶，漏風(fēng)通道被封堵起來，同時可加固頂板。

2 煤礦火災(zāi)事故的危害

2.1 井下火災(zāi)事故造成的危害

井下火災(zāi)，主要在井口四周/井下位置發(fā)生，因原空間內(nèi)井下巷道為縱橫交錯的狀態(tài)，所以不利于在第一時間觀察到，而且空間供氧不足、不完全燃燒下會生成較多有毒、有害氣體，這時容易引發(fā)煤塵及瓦斯爆炸，對井下工作人員的安全問題構(gòu)成嚴(yán)重威脅[2]。

2.2 地面火災(zāi)事故造成的危害

煤礦生產(chǎn)階段作業(yè)環(huán)境較差，且有一定的安全隱患，這對工作人員安全的影響較大。所謂地面災(zāi)害，指的是礦井四周區(qū)域發(fā)生火災(zāi)事故，比如：辦公樓、宿舍樓、駐煤場等區(qū)域。地面火災(zāi)供氧條件足夠、燃燒速度較快、燃燒完全、產(chǎn)生毒氣量不會很多、會在較短時間大范圍擴(kuò)散，故而易于被發(fā)現(xiàn)[3]。

3 煤礦防滅火中鉆孔灌漿方案、灌漿方案的設(shè)計及鉆孔灌漿技術(shù)應(yīng)用

地面鉆孔灌漿技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中運用，可將不能燃燒漿液以一定比例混合后制成混懸液，靜壓和動壓下使用鉆孔的形式使其輸入到礦井火災(zāi)現(xiàn)場，利于有效發(fā)揮出防滅火功效。鉆孔灌漿能隔離氧氣、使井下溫度下降，漿體材料促使煤炭得以包裹，和氧氣隔離，防止發(fā)生煤礦氧化的現(xiàn)象，且在控制燃燒煤炭溫度、滅火方面的作用較強。地面鉆孔灌漿技術(shù)應(yīng)用于煤礦防滅火工作中，不但能減小煤礦燃燒反應(yīng)面、延緩煤炭氧化嚴(yán)重程度，并且在提高燃燒區(qū)氣密性、避免發(fā)生漏風(fēng)問題、降溫吸熱等方面的效果理想，可獲得較好的煤礦防滅火效果。

3.1 灌漿鉆孔方案的設(shè)計情況

共有45 個工程鉆孔，闡述如下：

1）施工供水和供電鉆孔數(shù)量為2 個，鉆孔標(biāo)號：GS1 和GD1，可提供灌漿防滅火工程水源和電源。

2）12107 主回撤通道、輔回撤通道和回風(fēng)措施箱均布設(shè)鉆孔、數(shù)量均為5 個。鉆孔的編號為YF1-YF5，在灌漿堆積后小煤礦采空區(qū)域作以隔離處理。

3）在12205 主順槽2 聯(lián)巷口、輔順槽2 聯(lián)巷口布設(shè)鉆孔的數(shù)量為2 個。鉆孔的編號為YF6 和YF7，灌漿促使1-2 煤、2-2 上煤二盤區(qū)采空區(qū)，以及1-2 煤北翼旺采采空區(qū)為隔離的狀態(tài)。

4）原封閉12107 采空區(qū)防火密閉部位四周鉆孔的數(shù)量為8 個，鉆孔的編號為YF8、YF9、YF10、YF11、YF12、YF13、YF14、YF15，灌漿堆積后12107 采空區(qū)與1-2 煤北翼旺采采空區(qū)相隔離[4]。

5）1-2 煤205 回撤通道外封閉防爆密閉的四周，施工鉆孔數(shù)量3 個、鉆孔的編號為YF17、YF18、YF19，1-2 煤北翼大巷旺采采空區(qū)進(jìn)行隔離即可。

6）1-2 煤北翼輔運大巷30 聯(lián)巷布設(shè)的鉆孔編號為YF20，按底板標(biāo)高高至低布置，鉆孔數(shù)量為25 個、鉆孔編號為YF21～YF44，經(jīng)觀察1-2 煤北翼采空區(qū)發(fā)現(xiàn)整體灌漿的效果理想?？紤]到四周完成鉆孔情況，對施工灌漿鉆孔的深度進(jìn)行預(yù)測，鉆孔施工、灌漿時聯(lián)系充填的效果，施工時能夠?qū)︺@孔部位、鉆孔數(shù)量作以相應(yīng)的調(diào)整。

YF1～YF44 均為灌漿孔，施工到1-2 煤巷道頂板位置，鉆孔松散層孔徑為Φ320 mm，下1-2 煤272 mm護(hù)管，建議進(jìn)到基巖內(nèi)Φ375 mm 護(hù)管露出地面0.12 m左右，下護(hù)管后按照Φ215 mm 孔徑施工到1-2 煤巷道頂板部位，以此避免發(fā)生塌孔的現(xiàn)象。貫通1-2 煤巷道、全孔下Φ160 mm 鋼管，巷道頂板上露出地面0.15 m 左右，要求這個過程中認(rèn)真做好鋼管、鋼板間使用梯形鋼板焊接工作，拉筋可固定在上口蓋鋼板位置，Φ160 mm 鋼管要求高出鋼板0.1 m 左右。另外，鋼管下口需高出巷道頂板3.5 m 以上，保證鋼管進(jìn)到巷道，護(hù)管、套管及孔壁間可選擇砂土充填[5]。

3.2 灌漿方案的設(shè)計情況

灌漿防火技術(shù)原理：將不燃性材料、水以一定比例混合制成懸浮液，可通過靜壓/動力經(jīng)鉆孔或輸漿管路壓送至自然發(fā)火危險區(qū)，漿液進(jìn)到采空區(qū)固體漿材沉淀后使用黏性包裹破碎煤體及充填煤體的縫隙，比如：對上采空區(qū)裂隙、下采空區(qū)裂隙封堵后可提升整體密實性，避免發(fā)生漏風(fēng)的現(xiàn)象[6]。漿水滲流促使煤體外在水分量發(fā)生較大變化，會對自熱氧化進(jìn)程發(fā)展情況構(gòu)成直接影響，處于自然狀態(tài)煤炭冷卻及降溫的效果理想，漿液不斷堆積逐漸形成圍墻，此時封堵漏風(fēng)的同時還可以延長封堵的時間。采取料斗水力灌漿法應(yīng)用于鉆孔上方安裝料斗中，如此能確保裝載機(jī)使山砂運輸至鉆孔四周，這時可借助水流沖射山砂于鉆孔內(nèi)，同時灌漿材料可以就地取材，根據(jù)劃分取土場地剝挖山砂，注漿完成后巷道沉淀1～2 周，井下施工鉆孔疏放水后灌漿，利用山砂堆積巷道堆滿山砂即可，從而達(dá)到充填采空區(qū)空間、形成隔離帶的最佳效果[7]。地表2-2 上煤205 移變列車斜巷口4 m 左右施工供水鉆孔，套管下部伸出2-2 上煤巷道在1.2 m 左右，焊接鋼板采用錨索固定、DN150 法蘭，在此之后與DN150 水管通過2-2 上煤北翼水倉進(jìn)行連接。同時在地面鋪設(shè)主管路，遵循相關(guān)規(guī)定合理設(shè)置DN50 三通閘閥，與DN50 高壓膠管作以連接處理。

3.3 鉆孔灌漿技術(shù)應(yīng)用要點

煤礦作業(yè)的過程，防滅火工作可很好地維護(hù)作業(yè)安全，進(jìn)行預(yù)防性灌漿處理，主要實行的為采前預(yù)灌、隨采隨灌、采后封閉灌漿等作業(yè)，鉆孔灌漿技術(shù)為隨采隨灌技術(shù)手段，要求聯(lián)系具體情況處理。灌漿滅火技術(shù)為煤礦常用的滅火技術(shù)，如果礦井火災(zāi)事故發(fā)生會作以封閉處理，及時隔絕氧氣、煤炭，使得火災(zāi)熄滅的速度提升，在此之后實施封閉區(qū)域灌漿作業(yè)。當(dāng)前，較多煤礦企業(yè)防滅火工作中會采用鉆孔灌漿技術(shù)、井下巷道打鉆灌漿技術(shù)以及密閉墻插管灌漿技術(shù)等進(jìn)行處理，可獲得較好的防滅火效果。

煤礦防滅火中使用鉆孔灌漿技術(shù)處理，應(yīng)聯(lián)系具體狀況確定材料，需要材料具備不可燃、可配置成溶漿、管道疏松效果較佳等性能，而且應(yīng)該提高穩(wěn)定性、脫水性、黏結(jié)性、滲透力、密封性等性能。煤礦火災(zāi)中一般會選用黃土作為灌漿材料，粉煤灰砂、煤矸石同樣可當(dāng)作灌漿材料，還需聯(lián)系具體需要選擇適合的材料。值得一提的是，煤礦防滅火工作中使用的砂石顆粒較小，而且滲透性、流動性、黏性均較佳，可及時送至施工現(xiàn)場。粉煤灰顆粒表面不會很粗糙，所以易于制成漿液，達(dá)到作業(yè)需求，嚴(yán)格控制材料成本，同時有效維護(hù)煤礦企業(yè)的效益，促進(jìn)煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語

近年來，我國煤礦生產(chǎn)力持續(xù)加強，但作業(yè)期間存在一定的安全隱患，對工作人員的安全問題、財產(chǎn)安全問題造成直接影響，因而應(yīng)認(rèn)真實行煤礦防滅火工作，有效應(yīng)用鉆孔灌漿技術(shù)處理，主要的目的為及時排除存在的安全隱患，提高煤礦企業(yè)的整體生產(chǎn)水平。