综放工作面防灭火注浆（氮）管路改进及应用

殷 进

（中煤平朔集团有限责任公司安太堡露天矿，山西 朔州 03600）

1 前 言

综放开采强度大，工序较多，推进速度相对较慢，回采率较低，采空区遗留残煤多，冒落高度大，漏风严重，这些因素使得采空区自然发火的危险明显增加[1-4]。

综放工作面采空区防灭火是煤矿“一通三防”工作的重点和难点。目前，国内大多数煤炭企业采用预防性注浆（氮）技术防治工作面采空区煤炭自燃，并没有统一的技术标准和规范，注浆（氮）管路往往埋入采空区不回收，造成材料浪费严重。为此，本着“开源节流、降本增效”的原则，对采空区防灭火注浆（氮）管路进行改进很有必要。

2 工程概况

平朔井工二矿为设计产能1000万t/a的大型矿井，井田内主采的4#、9#、11#煤层均属于自燃煤层，自然发火期3～6个月，发火等级Ⅱ级。根据现场实测采空区氧化带宽度为30m，当推进速度小于1m/d时，采空区有自然发火危险。另外，井田范围内留下四处上世纪90年代开采废弃的小窑采空区，由于煤层埋深浅（平均190m）、漏风通道多，小窑采空区遗煤有不同程度的自然发火倾向，进一步加大了井下防灭火的难度。矿井主采石炭系上统太原组9#煤层，厚度平均12.5m，煤层倾角平均3.5°，产状平缓，裂隙较发育，煤层普式硬度系数f=2.1，直接顶为厚度2.5m的砂质泥岩。采煤工作面采用倾斜长壁后退式一次采全厚低位放顶采煤法，设计机采高度为3.3m，放煤高度9.2m；工作面长度平均300m，推进长度平均1500m；液压支架采用北煤机生产的ZFY12000/23/40D型两柱式电液控放顶煤支架，面内“头三尾四”共七台支架不放煤。

3 注浆（氮）管路改进前后对比分析

3.1 原方案及其缺点

原方案采用“埋管注浆（氮）”技术。注氮时，二趟注氮管相隔30m先后埋入采空区，先埋入采空区30m的1#管打开阀门注氮（2#管阀门关闭），随采面推进2#管进入采空区30m时，打开2#管阀门开始注氮（拆除埋入采空区60m的1#管），循环、交替注氮。注浆管埋入采空区后方30m，随工作面推进，每隔30m断开。

原方案主要缺点：（1）所有注浆（氮）管全部埋入采空区，均不回收，材料浪费大；（2）注浆管路每隔30m断开，注浆不连续，影响防灭火效果；（3）作业人员拆除注浆管路时，推进距离与埋管长度难以完全匹配，必要时需在端头支架尾梁处操作，安全系数低。

3.2 改进方案的制定

改进思路：在工作面进、回风侧沿采空区埋设一定长度的注氮、注浆管路，端口与工作面端头支架相连，移动利用工作面的端头支架做牵引。注氮、注浆管随着工作面的推进而移动，始终埋入采空区一定的深度，实现管路回收再利用。

具体改进方案：采用“拖管注浆（氮）”技术，在端头架底座靠巷帮侧加工“拖环”，将采空区后方管路放在“拖环”内，利用高压胶管将巷帮固定的注浆（氮）管与端头架底座“拖环”内采空区后方的管路连接；采空区后方的注浆（氮）管随端头架前推而移动，巷帮固定的注浆（氮）管随采面推进，逐节拆除回收，并重新用高压胶管将巷帮固定管路于端头架“拖环”内，循环注浆（氮）。

技术要点：（1）在端头支架底座靠巷帮侧加工“拖环”，将采空区后方的管路放置在“拖环”内，随端头架移动的“拖管”与巷帮固定的注氮、注浆管路通过Φ76mm的高压胶管用快速接头连接。（2）采空区后方的管路选用4寸无缝钢管，钢管之间通过法兰相连，并对突起的法兰盘进行处理，使其呈流线锥形，便于管路拖动。

3.3 改进前后比较分析

“拖管注浆（氮）”技术与“埋管注浆（氮）”技术相比，主要优点：（1）始终有注浆注氮管路延入老塘，随时可以注浆、注氮灭火；将进风巷二趟注氮管路改为一趟管路；降低材料消耗、节约大量的管路费用。（2）使拆除工作由易垮落的老塘切顶处转到较为安全的辅运超前段，不必担心顶帮垮落和浮矸伤人，比起原工作流程安全系数大大提高。如图1、图2所示。

4 现场应用情况

改进前：平朔井工二矿9#煤综放工作面平均推进长度1500m，进风巷需要敷设二趟6m长的直径2寸的注氮管约500根，进回风巷各敷设6m长直径4寸的注浆管合计约500根，由于不能回收，所有注浆（氮）管路均埋入采空区后方，一个工作面造成约30万元的材料浪费。

图1 防灭火注浆（氮）管路布置平面示意图

图2 防灭火注浆（氮）管路布置示意图

改进后：2013年8月至2017年2月工作面合计推进长度13590m，每根管路6m，共计回收一趟2寸管路注氮管路1585根、二趟4寸管注浆管路3170根，综合回收率约70%。

经济效益测算：4寸管路400元/根，2寸管路200元/根，节约管路材料成本=3170根×400元/根+1585根×200元/根=158.5万元，平均每个工作面节约管路材料费用19.8万元，达到了技术降本的目的。

5 结语

“拖管注浆（氮）”技术解决了综放工作面埋管注浆（氮）技术材料浪费严重，且在回采过程中推进距离无法与固定规格长度的铁管相吻合，造成管路被埋或被压，拆除难度大、危险程度高等问题。和埋管注浆（氮）技术相比，采用拖管注浆（氮）技术，既能回收重复利用原有管路，又改变了工人拆除管路的作业地点，确保了拆除人员的作业安全，对于煤层倾角变化不大的综放工作面预防采空区遗煤自然发火具有较高的适用性。