易自燃煤層綜放回采巷道防滅火技術實踐

摘 要：根據耿村 煤礦易自燃煤層地質條件，綜放開采回采巷道沿煤層底板掘進巷道為全煤巷道的特點，采取預防為主、綜合治理的方法，對全煤巷道的自然發火進行防滅火實踐．利用壓注阻化劑水溶液，把巷道兩幫和頂煤高溫區內煤體降低到常溫狀態；並對試驗巷道進行了黃泥注漿堵漏防火和壓注膠體泥漿防滅火現場實踐，將巷道煤體的自燃隱患消滅在工作麵前方，保證綜放工作麵回采的順利進行。 關鍵詞：易自燃煤層；全煤巷道；自然發火；黃泥注漿；膠體泥漿 1 概 述 義馬煤業集團公司耿村 煤礦1301采煤工作麵是礦井的綜采放頂煤試驗工作麵，開采二 ₃厚煤層，煤層傾角9°～12°，煤層厚度7．4—11．0 m，煤層普氏係數為1．0一1．5。煤層屬工類易自燃煤層。自然發火的決定因素是發火地點存在低溫氧化的浮煤、碎煤，同時向它供有足夠的氧氣以及煤炭氧化時有蓄熱準備條件。 1301綜放工作麵回風、運輸平巷沿二 ₃煤層底板掘進，回采平巷采用工字鋼金屬棚式支架支護，巷道頂板為6．9m左右的頂煤，所以回采巷道為全煤巷道；由於煤的硬度低、節理裂隙發育，巷道的穩定性差，主要表現為掘進工作麵易出現冒頂現象；巷道采用11 ^#工字鋼金屬支架，配以木背板、塑料網護頂支護，因支撐式支架屬被動支護，支架頂梁不貼頂，在支架頂梁上方易形成鬆散冒落區和冒落空洞，冒頂區內風量既能滿足碎煤氧化的需要，又因風速低不能將氧化熱量帶走，熱量容易積聚，致使煤溫上升，逐漸達到煤的臨界著火點，直至出現自然發火現象，所以冒頂區是巷道自然發火的隱患區(點)。 這些高溫區(點)自熱的煤炭，一旦隨工作麵推進落人采空區，進人工作麵後方的自燃帶內，往往引起采空區煤炭自然發火，出現采空區火災，且火災蔓延迅猛難以控製，使工作麵防滅火工作更加複雜，所．以開展全煤巷道的防滅火技術實踐十分必要。 2 全煤巷道的防滅火方法 2．1 巷道兩幫高溫區防火 (1)測定煤壁溫度。首先用測溫計測定巷道煤壁的表麵溫度，根據巷道內風流溫度和煤壁溫度之差，初步圈定高溫區範圍。 (2)在煤壁高溫地段打鑽孔測溫。在圈定的高溫區範圍內，以一定的間距打2～3m深的鑽孔，測定每個鑽孔內溫度和鑽孔內氣體成分，進一步確定危險區範圍，並在該區內打防火鑽孔。 (3)處理煤壁高溫區。根據每個防火鑽孔內溫度高低和氣體成分變化規律，分別壓注不同濃度的阻化劑水溶液。如果煤壁高溫區範圍大，煤壁溫度超過50～100℃時，先用5％的阻化劑(CaCl ₂、MgC1 ₂)水溶液降溫，將煤體溫度降到30℃以下時，再用20％的阻化劑水溶液處理。 2．2 巷道頂板及冒落區的高溫區(點)防火 巷道頂板如果冒落較高、範圍較大，可用阻化劑對巷道高冒垮落區進行防火處理。對巷道頂板高溫浮煤，先在巷道內向頂板浮煤區，打穿過高溫區的鑽孔，然後將側壁上鑽有小孔的鋼管插入鑽孔內，封閉好鑽孔，將鋼管通過高壓膠管與液壓泵相連，啟動液壓泵，將阻化劑水溶液壓人高溫區內降溫防火。 由於煤的溫度低於70℃時，采用常規手段很難測出CO濃度，且煤的熱傳導能力低，高溫區中心與周圍煤炭的溫度差別很大。所以，用測量鑽孔內煤體溫度和測量空氣中CO含量的方法來檢測冒頂區內頂煤自熱情況較為困難，往往容易遺漏某些高溫點。為此，對於1301綜放工作麵的回采巷道采取預防為主、綜合治理的防滅火技術。把高溫煤體降到常溫，並把回采巷道頂煤自燃隱患消除在工作麵前方，以保證綜放工作麵回采的順利進行。 3 全煤巷道防滅火 措施的實施 3．1 黃泥注漿堵漏防火技術 利用耿村 煤礦風井地麵的黃泥灌漿係統，對1301綜放工作麵回風平巷頂板實施靜壓淺孔黃泥注漿，濕潤頂煤，增加頂煤水分，起到降溫防火效果。同時黃泥漿中黃泥將頂煤中出現的各種裂隙膠結固化，起到堵塞漏風通道，防止破碎頂煤自燃的作用。注漿漿液中水土質量比為3：1—5：1。 對於回風巷道頂部的冒落空洞區，采用頂板插管封閉注漿，注漿鋼管由人工直接插入；對於頂板完整的回風巷道，每隔5m布置1排注漿孔，每排2個鑽孔，利用電動鑽機打眼，鑽孔傾角45°，鑽孔深度>4 m。鑽孔內下設直徑∮40mm，長度≥3 m的注漿鋼管，注漿管最前端lm加工成花眼鋼管，便於漿液充分擴散。注漿管插入鑽孔後，利用水泥砂漿封孔，封孔長度0．5—1．0m。工作麵回風巷道內全長鋪設注漿幹管，幹管為直徑∮75 mm的無縫鋼管，利用橡膠管將所有注漿孔連接到注漿幹管上。工作麵回采前進行連續集中黃泥注漿，確保煤體始終處於常溫，直到工作麵回采時停止注漿。 3．2 壓注膠體泥漿防滅火技術 實踐證明，以充填為主的防滅火方法是解決煤層自然發火的主要途徑，如黃泥注漿和化學凝膠充填等。黃泥注漿被我國大多數自然發火礦井采用，但該方法存在流失量大，封孔 措施要求高等缺點。化學凝膠充填時存在充填材料成本高、充填量小的缺陷。為此研製出了一種充填量大、流動性好，凝結時間短(可調)、成本低、物理化學性質穩定的充填材料——膠體泥漿及其壓注工藝，即壓注膠體泥漿技術。 3．2．1膠體泥漿材料組成 膠體泥漿材料是一種特殊的混合物，它由主料黃土、配料水玻璃、促凝劑碳酸氫銨和水組成；主料和配料按一定比例加水稀釋後，攪拌成水玻璃泥漿，該漿液具有很好的流動性能，可實現長距離輸送，不堵管，不凝結。當水玻璃泥漿與促凝劑混合後發生化學反應時迅速凝固，生成固結性膠體材料。 3．2．2膠體泥漿材料特點 (1)成膠和凝固性能。當水玻璃泥漿與促凝劑混合後迅速反應生成固體，凝固時間可以根據現場防滅火需要進行選擇，通過調節促凝劑摻量大小來實現，初凝時間最短僅幾秒鍾，最長可達到幾分鍾。 (2)高水性能。膠體泥漿材料生成的凝結物質是一種含量水很高的矽膠，含水率高達70％～ 80％，具有水的防滅火性能。 (3)滲透堵漏性能。高水泥漿成膠前充填於破碎煤體內，滲透到煤層裂隙中，將破碎煤體膠結為一體，堵塞漏風通道。當受到壓力作用膠體材料破裂後，不會出現裂隙，僅改變高水泥漿的存在狀態，使其膠結更加緊密。 (4)抗風化性能。實驗室研究表明，在無風幹燥、溫度為20C的環境中，高水泥漿膠體析水風化速度為8～12 mm／月，析水風化速度與風速、溫度和濕度有關。經高溫烘幹水分完全蒸發後，膠體變成白色固體。充填於煤體縫隙內的高水泥漿膠體所處的環境風速很低，空氣濕度在80％以上，析水風化速度很小，而且析水風化是由表向裏的過程，所以膠體泥漿的抗析水風化性能在巷道服務年限1～2年內完全能滿足防火需要。 3．2．3壓注膠體泥漿工藝 利用地麵灌漿站，將主料和配料與水混合攪拌後，由灌漿係統把水玻璃泥漿輸送到井下，在井下利用泥漿泵將促凝劑加入膠體泥漿中，混合後用橡膠管將膠體泥漿壓注到鑽孔中。 3．2．4應用情況 1301綜放工作麵運輸平巷，巷道跨度大，進風風流中O ₂含量高，受移動支承壓力的作用，巷道頂板鬆動下沉，局部出現頂板冒落空洞區。為有效地防止空洞區內的高溫點或自燃點，同時杜絕高溫點落人采空區內，決定對運輸平巷頂煤壓注膠體泥漿防滅火。該技術實施後巷道在使用期間未出現頂煤自燃現象。