综放面胶体防灭火技术研究

薛洪得/乌鲁木齐环鹏有限公司矿业分公司二井田煤矿



综放面胶体防灭火技术研究

薛洪得/乌鲁木齐环鹏有限公司矿业分公司二井田煤矿

【摘 要】通过分析胶体材料的防灭火特点及防灭火系统的工艺流程，研究了综放面胶体防灭火技术机理，对四井田煤矿综放工作面胶体防灭火技术设备、工艺及参数进行了优化设计。现场实践效果表明，胶体防灭火技术是综采放顶煤工作面采空区大面积火灾防治的有效技术措施。

【关键词】综放面；自燃发火期；胶体；防灭火技术

综放工作面采空区遗留的浮煤厚度较大，煤体松散，与氧气接触面广，易发生煤炭自燃火灾，且火源范围较大，严重威胁综放面的安全高效生产。综放面煤层自燃火源隐蔽，且火源点位置高，氧化蓄热周期长，发现发火征兆时，周围岩层温度也很高，热容量很大。由于采空区密闭不实，煤岩体比较松散，采空区容易漏风，为灭火工作带来更大困难。特别是高瓦斯工作面一旦发生火灾，很容易引起煤与瓦斯爆炸及煤尘爆炸等恶性安全事故，产生难以预料的后果，给综放面安全高效开采带来极大困难，因此综放面火灾防治显得极为重要。

1.工程应用概况

二井田煤矿现主要开采煤层为4号煤，煤层有自燃倾向性，自然倾向性等级为Ⅱ类自然发火期为2～3个月。现正在回采的1403工作面采用综采放顶煤开采方式，煤层平均厚度为10.5m，平均倾斜长度90m，平均走向长度1130 m，容重为1.4 t/m3。

2.胶体防灭火技术机理研究

胶体防灭火材料是集降温、堵漏、固结水、阻化等性能于一体，较好地解决了采空区内灌浆、注水的泄漏流失等问题，已经在现场成功扑灭了上百起煤层及采空区火灾，防灭火效果较好，已成为煤层及采空区自燃火灾治理的主要防治手段。

2.1胶体材料的防灭火性能

（1）灭火速度迅速。由于胶体材料有独特的灭火特性，灭火速度极快，通常巷道、硐室等小范围、小空间的火灾仅需几个小时即可扑灭控制，工作面后方采空区大范围的火灾也只需几天即可扑灭控制，速度快。

（2）安全性能可靠。胶体材料在松散煤岩体内胶凝固化，以便堵塞漏风通道，密实效果好，有害气体消失较快；在高温条件下，胶体不会产生大量水蒸汽，避免产生水煤气爆炸和水蒸汽伤人等安全事故。

（3）火区启封时间较短。注胶灭火技术措施实施完毕后，无需等待（《煤安规程》中规定各项密实防火指标达到启封条件以后，还需观察是否稳定，待1个月左右才能启封）较长时间，即可启封煤层及采空区火区。

（4）火区不易复燃。高温火区内凡胶体流经渗透到的地方就不会发生复燃，没有后顾之忧，可靠性好。

2.2胶体防灭火技术体系构成

ZJ系列型智能化胶体防灭火系统由浆料储存场地、浆料输送及预处理系统（破碎、研磨或筛分）、连续式定量制浆准备系统、井上地面外加剂添加系统、过滤搅拌材料细化系统、输浆管道网路系统和井下外加剂添加系统等构成，详细内容见图1；胶体防灭火系统的工艺流程见图2（图中A、B、C、D为外加剂添加系统）。

图1　胶体防灭火系统的总体构成

图2　胶体防灭火系统工艺流程示意图

（1）灌浆：A、B、C、D四部分都不运行；（2）压注硅凝胶：灌浆和B、D两部分共同运行；（3）压注稠化胶体：灌浆和A部分共同运行；（4）压注复合胶体：灌浆和A、C两部分共同运行；系统每小时可将30～60m3的制浆料进行破碎（研磨或筛分）等预处理，然后送入胶体制备机制成高浓度的稠化悬浮胶体，再经滤浆机过滤，由泥浆泵输送至井下灌浆管网，到达用浆地点后，利用ZM-5/1.8G型矿用注浆机向管道网路内注入胶凝剂，形成复合胶体，最后注入火区。

3.工程应用

3.1主要设备及主要设计参数

该注胶防灭火系统主要由水泵、多功能连续式定量制浆机、渣浆泵、滤浆机、化工泵、悬浮剂添加设备及监控系统构成。主要参数及流程如图3。

图3　火铺矿灌浆注胶站系统工艺流程图

3.2工作面胶体防灭火设计

1403综放工作面开切眼断面较大，受矿压影响剧烈，易压裂破碎，存在漏风供氧问题，综放工作面设备安装时间较长，由于设备磨合，初期推进速度相对较慢，开切眼附近松散煤体氧化升温的时间长，煤体温度相对较高；切眼长期不跨落，附近煤体的供氧条件相对较好，而在工作面停采后不能及时撤面、封闭，而导致自燃危险性增加，为此综采面开切眼、停采线附近是采空区最易发生自燃火灾的地点，是综放面防灭火工作的重中之中重；由于工作面进风端头是采空区的主要漏风通道，氧浓度较高，氧化带宽度大，浮煤在采空区内的氧化时间长，为此进风侧采空区处理是防灭火工作的重点；回风隅角是工作面负压最大的地点，回风顺槽进入采空区很长一段距离后不跨落，造成负压对采空区深部的作用力较大，浮煤进入窒息带的时间延长，为此，回顺采空区的封堵应作为一项采空区防灭火的重点工作。

3.2.1开切眼注胶防灭火.

（1）注胶范围

工作面推过切眼10～15m后，在开切眼附近，沿倾斜方向在进风巷侧压注胶体形成一段宽约10m，长约15m,高为5m的胶体密实隔离带，防治漏风，如图4所示。

图4　开切眼注胶范围示意图图

图5　开切眼处的钻孔布置示意图

（2）注胶钻孔布置

综放面推过切眼后，在工作面进风顺槽内向采空区切眼顶部，采用注胶灭火钻孔快速施工技术及装备，施工2个注胶钻孔，钻孔终孔位于切眼中间，距切眼底板5m，1#钻孔位于运输顺槽顶部中间，2#钻孔距运输顺槽外帮10m，如图5所示。

3.2.2综放面回采期间的注胶.

（1）在两条顺槽后部采空区堆积土袋（或砂袋），建立防火堵漏隔离墙，间距为60m至100m；②在综放面进风侧采空区防火堵漏隔离墙内注复合胶体建立隔离带，胶凝剂添加设备放置在平板车上，随进风顺槽内串车同时移动；③回风顺槽采用拖管注稠化胶体，随采随注。

3.2.3停采线注胶。

1403工作面停采前，在两条顺槽后部采空区堆积土袋（或砂袋），建立防火堵漏隔离墙，施工钻孔向两道采空区注胶，形成胶体隔离带；工作面设备全部撤出以后，在回顺闭墙留设的3寸管路，向停采线大量压注稠化胶体。

3.3注胶防灭火效果检验

为检验自燃煤层及采空区火区成胶及堵漏降温情况，往火区内打取岩芯孔、测气、测温，并在测温岩芯孔中放置温度传感器；在火区附近收集气体进行分析，并测定火源处的温度。通过取样证实，在预定控制部位已形成一层密实胶体，胶体堵塞了采空区内的漏风通道，并使采空区内松散浮煤温度降低；5d后，对原高温点附近区域所收集气样、温度进行分析，如表1，效果显著。工作面很快恢复生产，截止目前工作面未发生火灾。

表1　实施灭火措施前、后检验参数对比分析

4.主要结论

（1）注胶防灭火技术在二井田煤矿1403综放面的应用取得了良好的效果，既能按设计的配比进行定量下料，又能大流量地向井下指定地点进行胶体压注，使其快速高效地形成胶体隔离带，密实火区边缘，阻隔空气进入。

（2）胶体材料具有良好的降温堵漏特性，可长期滞留在易发火区域的松散煤岩体表面，使煤体温度不会很快上升过高，防止复燃。

（3）胶体脱水时间缓慢，持久性能好，即使材料脱水，其中的固态体物质还能包裹煤岩体表面，堵塞漏风通道，密实火区，为此，胶体防灭火技术是防治高瓦斯综放面采空区大面积火灾的有效技术手段。

参考文献:

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[2] 李艳增,陈曦,张辛亥.复合胶体防灭火技术在改造切眼火灾中的应用[J].煤矿安全,2009,(04)

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