赵家沟煤矿1100工作面灌浆防灭火技术研究

袁新军

（肥城矿业集团张家口能源有限公司，河北 张家口 075700）

赵家沟煤矿1100工作面灌浆防灭火技术研究

袁新军

（肥城矿业集团张家口能源有限公司，河北 张家口 075700）

针对龙兴煤矿，通过分析灌浆防灭火的原理、灌浆管理中的注意事项以及常见的灌浆方法，确定采用随采随灌埋管灌浆的方式开展防灭火工作。

煤矿；自燃；灌浆；防灭火

1 赵家沟煤矿概况

本井田处于蔚县煤田北部，隶属于阳原县，分布于月山向斜南翼、蔚县背斜北翼，构造特征总体形态为单斜构造，区内断层发育，落差5～70米，小断层发育，并有南北向的岩墙。地层总体产状为：走向NE，倾向NE、SW，倾角5-15度，地层较为平缓。矿区构造类型属中等类型。矿井瓦斯绝对涌出量为1.13m3/min，相对涌出量5.42m3/min；矿井CO2绝对涌出量为1.3m3/min，相对涌出量6.24m3/t，属低瓦斯矿井。煤层煤尘爆炸指数为37.65%，有煤尘爆炸危险性。煤层有自燃发火倾向，等级为Ⅱ级，发火期为3～6个月。

赵家沟煤矿生产能力设计为45万t/a。达产时实现“一井一面”，以二个高档普采工作面和三个掘进工作面、三个开拓工作面保证矿井45万t/a的生产能力，井田面积5.7532km2。准采标高为+1170—1006m。通风系统是主、副井进风，斜井回风。在生产过程中，该矿井发现CO，为保证安全回采，经研究采取灌浆方法进行防灭火。具体做法简述如下。

2 灌浆防灭火技术概述

2.1 预防性灌浆的作用及注意事项

1）灌浆的作用。①将残留的碎煤包裹起来，隔绝碎煤与空气的接触，阻止煤炭氧化；②填充煤体裂隙，增加采空区的密实性，从而减少漏风；③对已经自燃的煤炭起到冷却降温的作用；④能胶结采空区破碎岩石，有利于形成再生顶板，从而有利于提高煤炭质量和防止漏顶事故；⑤能湿润煤炭和岩石，对减少煤尘生成和飞扬有一定的作用。

2）灌浆时的注意事项。①要对采空区灌入的泥浆量和排出的水量做详细记录。因为排水量太大说明井下有大量泥浆积存；排水中泥浆量增大则说明采空区可能形成了泥浆通道；②在灌浆区下部必须设置滤浆密闭，将灌浆区和工作区隔开；③浅部采空区灌浆时，要注意防止地面漏水；④在灌浆区下部进行采掘前，必须探明灌浆区内的浆水积存情况。

2.2 灌浆方式的确定

目前预防性灌浆的主要方法有：采前灌浆、随采随灌、采后灌浆这3种类型［1］。

1）采前预灌法。采前灌浆是指还没有进行开采就先行灌浆，多适用于老窑多、易自燃、特厚煤层等情况。当完成岩石运输巷和风巷的掘进工作以后，根据已设计的位置，进行采前预灌或者通过地面打钻进行灌浆。

2）随采随灌法。随采随灌法是指随着回采工作面的推进，同时向采空区灌浆。具体灌浆主要有钻孔灌浆、埋管灌浆以及洒浆三种方法。

3）采后灌浆。开采自然发火不是十分严重的厚煤层时，在采区或采区一翼采完之后，将其封闭起来进行灌浆。目的一是封闭采空区，其次是充填最易发生自燃火灾的停采线，以防止自燃火灾的发生。

根据对赵家沟煤矿具体情况的分析，决定采用工艺简单，使用方便的随采随灌埋管灌浆的方式进行防灭火。

2.3 灌浆的主要设备

灌浆站由储土场、浆材输送皮带、连续式定量制浆、过滤搅拌、灌浆计量、输浆管网系统等部分构成。

3 赵家沟煤矿灌浆防灭火技术应用

3.1 灌浆参数的选定

1100工作面长度为120米，上下两巷长600米，一次采全高2.5米，采用高档普采工艺生产。工作面推进80米后，安全监控人员发现仪器报警，检测到CO，浓度达到40PPm。经过专业技术人员现场认真检查分析之后，确定为采煤工作面后煤炭自燃产生CO。立即停止生产，采取措施。经过研究采用向面后灌注黄土浆措施。具体情况：

1）灌浆材料。灌浆材料为黄土泥浆，对黄土要求；粒度小于2mm，塑性指数9～17，含砂粒径0.5～0.25mm，含砂量＜30%，不含可燃物易脱水。

2）水土比确定。水土比例是黄土灌浆主要参数，比值小泥浆扩散困难；反之，扩散容易但耗水量大、灌浆期长，根据井下回采煤层倾角，设计确定水土比例为4∶1。现场使用时可结合实际情况进行调整。

3）灌浆系数。灌浆系数是灌浆材料的固体体积与采空区容积之比。该系数与工作面顶板岩性、顶板管理方法、煤层采高等因素有关。灌浆系数过大成本就高，反之，达不到防灭火目的，结合我国部分矿井经验，按类比法确定灌浆系数为K=0.03。

4）灌浆所需土量Q土。

Q土＝k×G/γ煤＝0.03×1007/1.3＝23.24m3/d

式中，G——回采工作面日产量1007t

γ煤——原煤容重，1.3t/m3

5）灌浆所需水量。考虑水量备用系数1.1用于冲洗管路防止堵塞，日制泥浆所需水量Q水，

Q水＝23.24×4×1.1=102.256m3

6）日制浆量：

Q浆＝（Q土+Q水）M＝（23.24+102.256）×95%=119.22m3

式中：Q浆——日制浆量，m3；

Q土——制浆站需土量，m3/d；

M——泥浆制成率，取95%；

注浆历时30天，温度、一氧化碳浓度恢复正常。该工作面安全进行了回采，较好的消除了安全隐患。

3.2 制浆装备

1）大巷灌浆管路采用Ф89×6无缝钢管，集中运输巷和采区上下山用灌浆管路采用Ф50×4无缝钢管，工作面及运输顺槽灌浆管路采用Ф50×4无缝钢管。

2）电气设备硐室用不燃材料支护，设防火栅栏两用门。并配备必要的消防材料和设备。

3）在地面及井底车场设消防材料库。

4）井下所有机电设备均按要求选用安全型或隔爆型，电缆选用阻燃性电缆。

4 总结

1）通过分析灌浆防灭火的原理、灌浆管理中的注意事项以及常见的灌浆方法，进行实施后，确定在赵家沟煤矿采用随采随灌埋管灌浆的方式开展防灭火工作是非常有效、安全、经济、适用的。

2）通过计算，科学合理的确定了灌浆材料为黄土泥浆、水土比为4∶1、灌浆系数为0.03、灌浆所需土量为23.24m3/d、灌浆所需水量为102.256m3/d以及日制浆量为119.22m3/d等参数。

3）通过灌浆方法的应用，成功解决了1100工作面CO升高问题，消除了安全隐患。足以证明灌浆方法是有效控制井下煤炭自燃、进行火灾预防的有效技术手段。

［1］李英华，张人伟，代晓亮等.北辛窑矿黄泥灌浆防灭火系统研究［J］.能源技术与管理，2011（4）：63-65

袁新军（1971—），男，毕业于山东科技大学，现从事矿井通风技术工作。