粉煤灰在矿井充填中的应用

张颖

摘要：利用热电厂的工业废物粉煤灰，供矿井井下防灭火注浆，不但变废为宝、综合利用，且粉煤灰的化学成分与一般黄土、页岩基本相同，符合注浆材料的要求；又可减少粉煤灰对环境的污染，符合国家环保法规和可持续发展产业政策，经济社会效益显著。

关键词：粉煤灰；灌浆充填；煤矿加固

中图分类号：TD853 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0105-02

1 立项背景和原因

安全生产长期以来一直是我国的一项基本国策，是保护劳动者安全健康和发展生产力的重要工作，并且建设现代化的煤矿，必须牢固树立安全第一的思想。由于煤炭生产主要在地下作业，存在工作环境恶劣，不安全因素多（主要有水、火、瓦斯、顶板等事故的威胁），因此矿井的防灭火更加重要。

按《煤矿安全规程》的规定，结合目前国内防灭火发展状况，设计采用注浆、注氮综合防灭火措施。灌浆是将制备好的泥浆或粉煤灰浆注入煤层火区，通过降温隔氧实现灭火。泥浆的制备是将黄土或粉煤灰等制浆原料与水混合，经过滤后输入注浆管道。目前，地面注浆站的制浆方法是：用高压水枪在土堆上冲下泥浆，使其流入集中浆沟，经滤网过滤，除去杂物后流入泥浆搅拌池，经搅拌机搅拌后输入注浆管路。此方法要求有充足的黄土来源，且对水土比以及泥浆的物理参数有一定的要求。由于制浆原料和水接触的时间有限，两者融合不均，滤出的渣滓中仍有大量未溶化的泥土，不但制浆效果不很理想，而且制浆原料的利用率较低，不可连续制浆。这是影响灌浆质量、防火效果和经济指标的重要参数。施工中土场和蓄浆池占地面积大、投资大，滤网的人工除渣劳动强度高、效率低。另外，在发现煤层自燃高温点时，采用常规的注水、灌浆和喷阻化剂时，由于重力作用，浆液流往低处，不能在高处积存、渗流范围很小，难以扑灭高处大面积火源；浆液往低处流，冲出水沟，不能有效降低块煤内部温度，停止注浆后，风流渗透流畅，复燃很快，且用水或灌浆控制火势时，将迅速产生大量水蒸汽，反而会促进煤层自燃火势发展，恶化工作环境，并有产生水煤汽爆炸的危险。

2 研究内容及创新点

2.1 研究内容

利用优质黄土资源供矿井井下防火注浆违背国家实行的基本农田政策，终将会被限制和禁止。而粉煤灰是热电厂的工业废物，用粉煤灰供矿井井下防灭火注浆不但变废为宝、综合利用，且粉煤灰的化学成分与一般黄土、页岩基本相同，符合注浆材料的要求；又可减少粉煤灰对环境的污染，符合国家环保法规和可持续发展产业政策，经济社会效益显著。此外粉煤灰的粒度较细，不含粗颗粒（大于2mm）利于输浆，其灰浆稳定性较好，可以利用管道水力输送。

粉煤灰灌浆的原理与黄土灌浆的原理大致相同，现在的粉煤灰注浆站已经是成熟的系统运行，注浆站的建立既便于生产管理又利用工业广场的合理布置。

地面制浆站主要包括：粉煤灰、水泥储罐，分别存放粉煤灰与水泥；螺旋输送机，将粉煤灰与水泥按比例送至胶体制备机；胶体制备机，粉煤灰水泥浆与水混合，连续制浆、滤浆、添加悬浮剂，制成符合浓度要求的稠化胶体浆液；渣浆泵，将缓冲池内的浆液送入井下注浆管路；排污泵，将注胶系统产生的污水排入室外排污沟；监控系统，监控胶体防灭火系统中设备的运行。

输浆基本过程：将粉煤灰和水泥原料放入各自的储罐中，通过螺旋输送机送至胶体制备机，在胶体制备机中制成符合浓度的稠化胶体浆液后，送至缓浆池，最后通过灌浆管路直接输送至注浆地点，在输浆的过程再加入速凝剂。

2.2 创新点

2.2.1 灌浆：

系统能够将制浆材料（黄土、粉煤灰）配制成一定浓度的浆液，浆液通过管路可连续输送入到井下指定

位置。

系统可实现大流量、高浓度连续灌注，每小时可连续制备60m3左右的浆液，水与制浆料的浓度配比可达

到1∶1。

在浆液管路中添加一定量的悬浮剂，可以使浆液在管路中不发生沉淀，防止管路堵塞，实现浆液的长距离输送。

2.2.2 灌注复合胶体：

在灌浆管网中添加一定量的复合胶体添加剂，可使浆液在指定地点发生发生胶凝，起到防灭火的作用。

通过调节复合胶体添加剂的添加量，可控制浆液发生胶凝的时间和强度。

系统可用于煤矿日常防灭火工作和井下煤自燃区域的灭火工作。

2.2.3 充填加固：

系统能够将制浆材料（粉煤灰、水泥混合物）配制成一定浓度的混合浆液，浆液通过管路可连续输送到井下指定位置。

在灌浆管网中添加一定量的速凝剂，可使浆液在指定地点发生发生胶凝，并达到一定强度，起到充填加固的作用。

2.2.4 压注高分子胶体：

系统中的矿用移动式防灭火注浆装置可以在井下单独使用，向井下自燃危险区域或高温松散煤体压注高分子胶体，起到预防煤自燃和快速灭火的作用。

3 应用情况

经反馈信息，粉煤灰注浆站已运行，情况良好，满足要求，均在设计范围之内；粉煤灰注浆系统的建成在防灭火安全方面做到了有力的保障，确保了煤矿矿井的安全生产，更确保了全矿的经济效益；

4 总体性能指标与国内外、集团公司内其他单位技术的比较

该项目不仅解决了煤矿对防灭火的要求，保障了矿井的安全高效生产，并且制浆站的建立既便于生产管理又利用工业广场的合理布置。同时对我集团公司其它矿井防灭火体统改造提供了很好的参考价值和借鉴经验。

5 存在的问题及推广应用前景

粉煤灰注浆系统符合国家政策，该矿利用粉煤灰替代黄土注浆，节约了宝贵的黄土资源，符合国家的基本农田保护政策；能够提升矿井的生产管理水平和形象，此系统工艺及设备先进、便于生产管理；由于利用了粉煤灰变废为宝，有利于环境保护；最主要是能够快速制浆到达注浆地点，能够使矿井安全得到有效保障。在灭火效果如此突出显著的情况下，利用粉煤灰代替黄土，实现变废为宝。随着我国可持续发展战略的实施和环境保护，粉煤灰注浆系统的应用前景将会越来越好，越来越普遍。因此，煤矿此次灌浆系统的建成给我公司其他矿井提供了对灌浆系统改造的思路和经验，具有推广

价值。