关键词：煤田火区；注浆固化；灭火技术
煤层自燃造成煤炭资源损失和地面塌陷等生态环境问题，又向空气中释放大量CO、CO2、SO2等有害气体和颗敉物，使原本以煤炭为主要能源的中国城市空气质量雪上加霜，煤火临近城市深受其害。
一、煤田火区成因机理
煤田火灾不仅会烧毁大量煤炭资源，还会造成土壤沙化、植被死亡、地面塌陷等环境破坏。对井下工作面的影响主要是上覆隐蔽火区产生的火灾气体下泄后引起工作面CO超限或低氧问题。而火灾中造成的人员伤亡85%以上都是烟气引起的中毒、窒息，由于煤矿井下巷道网络特殊的结构特征，这种伤害将更加明显。因此，相关学者历来非常重视煤田火灾气体生成、蔓延规律的研究工作。
二、煤田火灾的危害
煤田火灾不仅会燃烧大量的煤炭资源，还会破坏煤层的开采条件，影响煤矿的安全生产，这就使得大量煤炭资源因难以开采而造成间接损失。除此之外，煤田燃烧往往会释放出大量的有毒、有害气体，引发一系列生态环境问题，且煤田自燃会导致地表塌陷，地下水位降低，部分土地荒漠化，破坏国土及煤炭资源，影响社会经济和生态环境的可持续发展，造成难以估量的损失。
三、煤田火灾治理方法
1.剥离挖除火源法。此法灭火彻底，适用于火源较浅，面积较小并且火区蔓延较慢的火区。首先对火区进行注水降温至40℃，并对浅部空洞区进行爆破处理。然后通过机械剥离或定向爆破剥除火区的露头火源及部分烧变岩。
2.地表注水注浆覆盖法。这种方法适用于燃烧部位较浅，裂隙非常发育的煤田火区。向火区深部注水或灌注黄泥浆（或阻燃胶体、固体充填料等），降低燃煤温度，隔绝煤层与氧气接触，阻止煤炭进一步氧化燃烧，从而熄灭火体。最后利用黄土充填封闭火区地表裂缝、塌陷坑、废旧采空区等，断绝火区通风供氧通道。
3.钻孔注水注浆覆盖法。当煤火燃烧深度较大时，一般采用此方法灭火。使用该方法灭火首先要剥离火区露头火源及部分烧变岩，对火区进行斜坡化处理。然后在火区分别布置探火钻孔、灭火钻孔和观测钻孔。以灭火钻孔为中心对燃烧煤层进行注水降温和注水封闭。注水注浆要遵循先高温区后低温区，间歇性注水的原则进行，避免爆喷事故。注浆材料一般选用黄土，为保证灭火效果，火区内塌陷区裂隙应基本充填，火区处于完全封闭状态后方可停止注浆。为确保氧气隔绝，防止复燃，最后在进行地表覆盖。
四、煤田火区的注浆固化灭火技术
在注浆准备阶段，注浆系统在不断发现问题和解决问题中运行，但是后期通过不断地完善，该套设备已经完全能够稳定的运行，基本满足制浆站的设备要求。由于该套设备属于静压注浆，钻孔注浆结束后，胶体泥浆分布应呈现为椎体形态，为了加大椎体上部浆液的渗透半径，相关人员在注浆过程中，应将注浆口对接，采用封闭锁扣，使双叶轮浓浆泵达到0-0.8MPa的压力，以发挥相应的作用。
1.钻进成孔。根据本区地层塌陷破碎、空洞裂隙发育的特点，采用风动冲击回转钻进成孔或冲击跟管钻进施工工艺。钻进过程中依据钻遇地层实际情况及时调整钻压、转速、风量和风压等参数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆钻压、转速、冲洗液量、风压和风量，根据岩石的物理学性质、钻头类型、孔底刻取岩石的面积、孔深、钻孔结构，并注意了它们之间的协调配合。施工用钻进孔径为130、108mm。
2.浆液灌注。（1）封堵孔灌注。固化材料浆体本身就具备着膨胀系数高、凝固时间快的性质，然而，在施工中遇见部分钻孔出现固化材料一注即满的情况，原因是地下火情严重、采空区温度高，使固化材料浆体在扩散途中水分蒸发迅速凝固，堵塞灌浆通道，本次采用先注入清水，先行降低孔内温度、冲洗裂隙和提高岩块饱水率，使固化材料浆液可以充分扩散，同时采用加大水固比（从原来的
1.5∶1.0变成后期的2.3∶1.0），使液体稀释，增大扩散半径；添加发泡剂，增大发泡倍数，达到了最佳的结石封堵充填效果。（2）灌注孔灌浆。由于灌浆钻孔设计孔距较大，制备泥浆所用主材为本地黄土，其粒度粗、含砂量高，浆液合易性、流动性差，容易出现堵管、扩散半径难以达到设计要求。为此，将运到现场的黄土先经过粉碎过筛后再制备黄泥浆，提高黄泥浆的性能。治理区近地表多处明火严重，扑灭明火难度很大，现场增加了部分新工艺及辅助材料制备复合泥浆.新
配成的生石灰膨润土浆具有浆液粒度均匀、悬浮力、不易沉淀、扩散性能好等特点，又能在高温情况下形成多种化合物薄膜阻氧以达到灭火的目的。新配置的黄泥浆液，对地表明火和矸石着火的灭火治理效果更为明显。针对不同火区条件。调整泥浆材料配比如下。浆液配方一：鱼鳞沟（明槽）开挖1.00、2.00m深，在沟内灌浆直接注入复合浆液2或复合浆液1，结合平整覆盖等辅助工程是应对近地表明火的有效方法。浆液配方二：对于孔内温度高灌浆过程中温度高、注入黄泥浆量比较大的孔，在灌浆时在原黄土浆液中加入10%的生石灰和2.5%的火碱，配制成火碱生石灰黄泥浆，在地表明火和矸石着火的灭火中较为有效。浆液配方三：对于孔内温度高、灌浆过程中温度高，但黄泥浆注入量较小的钻孔，在浆液中添加10%的钠基膨润土、10%的生石灰、2.5%火碱制成生复合浆液1。浆液配方四：对于孔内温度高、灌浆过程中温度高、注黄泥浆很少，一注即满的钻孔，放弃原黄土泥浆，灌浆时采用无固相浆液，即用水中加入20%的钠基膨润土和2.5%的火碱.钻孔井口密封，泥浆泵采用250/50型泵，灌浆压力达到5~8MPa以上，强制性在火区中密闭。复合胶体黄泥浆注浆施工。通过分析，采用高分子复合胶体黄泥注浆，完全可以达到煤田火灾灭火治理的注浆技术要求。尤其是在填充空区方面，其经济性及适用性具有明显的优势。
3.灌浆结束标准。灌浆孔灌浆结束时进浆速度为开始进浆速度的1/4时结束单孔灌浆，灌浆孔二次灌浆时灌浆压力达到。0.3MPa并稳定10min，且进浆速度为开始进浆速度的1/4时结束单孔灌浆，检查孔灌浆压力达到0.5MPa并稳定10min，且灌浆量不小于设计灌浆量的80%时结束单孔灌浆。
灌浆施工时根据每个钻孔实际情况，通过调整浆液材料成分和配比，采用不同工艺和方法，达到预期最佳灌浆效果。
总之，党中央和自治区政府高度重视的煤田灭火工作，经过第四、五次火区普查表明，煤火问题依然严重，灭火任务仍然十分艰巨。要吸引社会力量和国际合作伙伴参与煤田火灾治理，尽快将清洁发展机制引入煤田火灾治理工作当中。煤炭是人类宝贵的不可再生资源，煤层自燃火灾是伴随煤炭资源开采的主要自然灾害之一，火灾形成过程具有一定的复杂性，煤炭资源在一定时期内具有不可替代的特点。因此，煤田火灾将是人类社会很长一段时期内要面对的重大自然灾害。而合理地开发利用煤炭资源，加强矿井火灾防治管理，能够有效地减少煤田火灾的
发生。
参考文献：
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论文作者:张剑军
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年2月4 期
论文发表时间:2020/4/22
标签：煤田论文; 浆液论文; 钻孔论文; 火灾论文; 泥浆论文; 注浆论文; 地表论文; 《工程管理前沿》2020年2月4 期论文;