黄泥灌浆治理采煤工作面火区实践

张中岭

（郑煤集团国瑞煤业有限公司，河南 新密452370）

1 工作面概况

宏达煤矿21021采煤工作面走向长度555m，倾斜长80m，平均煤厚6.3m，煤层结构单一，赋存较稳定，倾角平均10°。上副巷标高－29.91m～－54.31m，下副巷标高－54.0m～－78.18m，煤层平均埋深286m。属低瓦斯工作面，绝对瓦斯涌出量1.89m3／min，相对瓦斯涌出量4.53 m3／t；煤层自燃倾向性为Ⅲ类，属不易自燃煤层，自然发火期3～6个月。2011年5月1日开始因政策原因停采，同年10月因自然发火封闭，发火时剩余可采长度100m。

2 发生自燃过程及处理

因长时间停采漏风，2011年10月30日8时15分发现21021工作面切巷机头向上6m处煤墙顶部有冒烟现象，明火面积约6.5m2。采用直径15mm钢管从火焰边缘逐步向里进行注水直接灭火，明火得到控制。为彻底熄灭火源，在发现明火活动附近打钻注水。23时，回风流中CO浓度开始升高，在24h内回风流中CO浓度升高至2×10－4。为彻底熄灭高温点并有效降低回风流中CO浓度，沿工作面煤体墙高冒裂隙和采空区CO漏风通道打钻注水降温和注罗克修井下充填堵漏风，气体得到控制，但在一段时间内反复波动。

11月9日，公司领导决定由救护队对上、下副巷进行封闭。下副巷距离切巷口外10m，上副巷密闭墙距上副巷外口15m。

以后由裴沟矿救护队定期检测密闭区气体参数，于2011年11月30日密闭区内各测点均测不到CO，O2浓度变化比较大，刚密闭的一段时间浓度在5%～9%之间，随着密闭时间的增长，漏风逐渐的增加，O2浓度最高达14%，表现在打开测气体管路时有明显的向外出风现象。温度一直在25℃以下，下副巷温度低于25℃。CH4浓度由原来刚密闭时的11%稳定在4%左右。

2013年5月，由下副巷钻场向切巷下部打钻对火区气体进行抽测，测得O2浓度7%，监测不到CO。

3 火区情况分析及气体检测情况

1）火区高温点位置不明确

21021工作面于2011年10月30日发火，起始发火点位于切巷机头向上6m顶板冒落处，随后引燃切巷中下部煤体，并多处往外冒烟。从工作面出现明火到上下副巷封闭，中间经过约10d，火灾发展和高温点蔓延情况不能完全确定。

2）封闭火区内漏风线路多

21021工作面中上部为复采工作面，受周围老采空区老巷道的影响，邻近区域不可避免地要往封闭区域漏风，封闭区域内不能完全达到隔氧。21021上副巷密闭墙氧浓度变化和监测孔风流时进时出也能证明这一漏风情况。

由于着火点在工作面切巷下部，下副巷密闭墙已被水淹，密闭较好，还有上部漏风从上副巷和高抽巷无法检测到火区真正的指标气体，2013年8月13日至14日在下副巷钻场施工一测气孔，并取气样送有资质单位分析，结果见表1。

表1 采空区气样成分分析

4 黄泥灌浆方案

4.1 注浆地点

注浆地点的巷道布置见图1，直接从11061下副巷打钻，距离比较远，终孔位置不好控制，再者孔太长不适于注稠泥浆，因此需从11061工作面下副巷向南做一注浆巷，考虑到采空区塌陷范围向外延伸的部分，上山塌陷角按67°计算，在距煤层顶板20m高度上采空区向外延伸8.5m，因此所做的注浆巷必须从21021工作面切巷向西偏大于10m；但为了使钻孔最短，方便注浆，又不能使注浆巷道离切巷太远，最后确定15m比较合适。

图1 注浆地点巷道布置

该巷道总工程量65m，当巷道剩余最后20m时变平，形成工作场地，巷道终点在平距上距21021上副巷12.9 m，高程上比21021上副巷高10m，平面上位于21021切巷偏西15m（为了避开采空区的塌陷范围），在迎头向采空区施工3个注浆孔（见表2），到采空区切巷顶部3m处，孔径133mm，全部下钢制套管，待采空区注浆结束后，根据注浆巷揭露的老巷位置再对中间区段的老巷进行注浆。

表2 注浆孔相关参数

4.2 注浆系统

注浆泵型号为3NBB260－35，额定流量为260L／min，施工2个搅拌池，直径为3m，深1.5m，容量为10m3，搅拌池上面安装2个电动的搅拌机，搅拌池下边安装放浆管，直接采用注浆泵加压注浆，注浆巷平巷段平面布置见图2、注浆巷剖面见图3。

图2 注浆巷平巷段平面布置示意 单位／m

图3 注浆巷剖面示意 单位／m

4.3 注浆材料

采用黄色粘土，粉碎成直径不大于2mm的粉末，装编织袋用矿车运至作业地点，在作业地点制浆，制浆浓度暂定为10%，现场制浆时根据实际情况配制，以成浆刚能流动为指标，尽量使浓度最大化。

4.4 预计注浆量

根据浆液流动和扩散特性，注浆的前期，浆液会自下而上先充填切巷和采空区垮落带，然后是重填较小的裂隙，由于裂隙的过滤作用和过滤后黄土的阻塞，会向外形成一个水力坡度；因此暂按上副巷向东扩散20m，下副巷向东扩散40m为充填范围，充填面积为2130m2，平均煤厚按8m计，充填体积为17000m3，注浆量为17000m3，按10%的浓度制浆，需黄土1700m3。

4.5 注浆效果验证

采空区的实际注浆效果检验采用两种方法。

（1）在下副巷施工2个检验孔，加上原先的气体检验孔，共计3个检验孔，3号终孔位置在沿切巷方向距上副巷23m处，2号孔终孔位置在沿切巷方向距上副巷向下37m处，一号孔终孔位置在距下副巷27m处，在注浆过程中，根据注入的浆量分析需打开那个检验孔的阀门，观察是否有浆液流出，来分析采空区的浆液分布情况；直到3号检验孔出浆为止，说明采空区已经被泥浆全部灌满，注浆结束。

（2）根据注浆时记录的注浆量、用水量、黄土用量、下副巷出水量等数据算出注入采空区的总注浆量，达到了预计注浆量时即为注浆结束。

5 实施灌浆

1）成立21021火区注浆领导小组，职责是统筹协调整体注浆工作，下设5个功能组。

（1）技术分析组：负责及时分析整理注浆过程中有害气体、注浆量和抽水量等数据，根据分析结果确定下一步工作方案。

（2）气体检测组：负责及时测定在注浆过程中11061上、下副巷、21021上副巷密闭墙内外、21021下副巷钻场及密闭墙外的瓦斯、一氧化碳、二氧化碳浓度的检测和上报工作。

（3）现场实施组：负责现场施工、现场跟班及施工过程中规定数据的记录工作。

（4）运输组：负责施工所需物料的地面筛分、准备和从平地到井下工作地点的安全运输工作。

（5）供应保障组：负责施工所需物资的采购工作。

2）在施工注浆巷过程中围岩为采空区破碎岩石，采取随掘进随喷浆的措施，防止形成新的采空区漏风通道，同时悬挂一氧化碳传感器。

3）按设计的方位和坡度施工钻孔，现场由测量人员标定方位线和坡度；钻场开钻前经过有关方面的验收合格后方可开钻，钻进过程中及时记录钻孔进尺和相应的岩性；严格按照钻机操作的有关规定进行。

4）注浆准备工作结束开始注浆前，进行全面的安全验收，确保各种安全设施齐全有效后开始注浆工作。

6 注浆效果

注浆后火区内空气的温度下降到23℃以下，与火灾发生前该区的日常空气温度相同；氧气浓度降到3%；不含有乙烯、乙炔，一氧化碳浓度0.00022%；出水温度低于21℃。连续检测30d后，数据没有显著变化，启封密闭，恢复21021工作面正常生产。