关键词：煤田火区成因机理；注浆固化灭火技术；
我国北方地区有50 多处煤田火区昼夜燃烧，每年大约吞噬掉1300 万吨原煤。大量原煤的燃烧不仅浪费珍贵的自然资源，同时还造成了环境污染及环境地质问题。国家和各煤炭企业每年都投入大量资金用以扑灭煤田火灾，但由于资金投入、地区环境和施工方法的差异，灭火效果也各不相同。采取因地制宜的灭火施工方法是煤田灭火的关键所在。
一、煤田火灾成因机理
煤田火灾是由多种原因产生的。煤炭自燃最常见的是来自于煤的风化、破碎成粉，氧化后温度升高到着火点，然后煤层火灾由点到面延伸形成大面积煤田火灾，这个过程也贯穿于煤炭开采的整个过程中。一般情况下煤自燃除了煤质有关，还取决于围岩的散热情况。对于煤质低劣、围岩散热条件差的煤层着火点温度可低至30℃~40 ℃。煤层露头距地面较近时，空气通过裂缝渗透到煤层内部，煤层首先风化并破碎，在供氧充分的条件下开始释放热量，近地表处如果热量散失快煤层就不会达到着火点，在露头附近的煤层由于围岩的散热条件和供氧充分极易发生自燃形成一个燃烧中心。燃烧中心向四周扩散，蔓延导致大量煤炭燃烧掉，形成地下空洞，上覆岩层崩落，造成地表下沉和大规模的裂隙发育，这些裂隙一方面从地表或邻近岩层、开采矿井为燃烧中心提供氧气，另一方面促使燃烧向深处蔓延。以此发展，造成大面积的深部火区。此外煤层中的矿物质也会对煤层火灾产生一定促进作用。煤层中矿物质与氧气接触发生放热反应同时体积膨胀，为煤在低温下的氧化提供热量，扩大了煤炭与空气的接触促进了煤自燃的发生。此外地表雷电或人为造成的森林火灾、草原火灾，也会点燃煤炭，导致煤田火灾。早期人们开采煤矿由于技术条件和开采条件差，没有相关的防火措施，造成采空区火灾的产生。这些火灾长时间不灭，并且向周围煤层蔓延，形成了煤田火灾。我国煤田自燃多分布在干旱、半干旱的中西部，这些地区煤质好，灰分低，但这些地区气候干燥，降水少。比如我国的新疆地区气候干燥炎热，降雨量又少，这一气候特征对煤田火灾的形成和发展有一定促进作用。
二、注浆固化灭火技术
1.剥离注水活浆法。浅层燃烧煤层采用剥离注水注浆法，该方法施工工艺简单，在灭火的同时还具有恢复地形地貌的作用。乌具体施工工艺如下：测量划定剥离注水范围→汽车拉运或管道供水→注水降温管道供水注水系统一般由水源地、泵站、主管路、支管路、自然裂隙区等组成。注水原则是先高温区后低温区；间歇性注水，保证水的充分汽化。汽车拉水供水可以直接将水通过水泵管道注入裂隙区。当火区内煤、岩及气体温度稳定在100℃以下时，停止注水。剥挖施工前测量划定剥挖区范围，根据剥挖部位深度设置剥挖腰线桩，将剥挖标高在腰线桩上标明，便于施工控制，剥挖标高为设计标高。现场施工员根据测量提供的数据指挥剥挖位置。剥挖平盘要素视工程地质条件而定。根据施工前测量划定填方区范围，回填部位深度设置分层腰线桩，分层厚度不大于1.0m，并将分层编号在腰线桩上标明，便于施工控制。现场施工员根据测量提供的数据指挥卸料位置以及回填方量，避免发生来回倒运现象。利用施工过程中的机械自重和机械满载重量对回填区土方进行压实。利用施工过程中的机械自重和机械满载重量对覆土区土方进行压实。在燃烧煤层埋藏较浅的区域剥挖之后现覆盖0.1- 0.2 米厚的透水性较好的沙土，再进行注水工作，通过水的淋滤进行灭火。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这样沙土不但阻隔空气而且还能阻止水蒸气的大量外溢影响施工，该方法的不足就是施工速度会相应的慢下来。一般情况下，在注水后一个小时内及时覆土灭火效果较好，可以有效阻止煤火复燃，这就需要各施工工序同时有序进行。
2.剥离打铭注水注浆法。为了更好的控制火区的蔓延以及扑灭煤田火灾，分别施工封堵孔和灌注孔。封堵孔灌注矿用固化泡沫充填材料制浆，灌注孔灌注泥浆。使用的材料包括矿用固化泡沫充填材料、水、黄土。矿用固化泡沫充填材料和水按比例1：1 配制，黄土和水按1：6 配制泥浆。灌注孔灌浆采用粘结性高的黄土为最佳，黄土必须颗粒细小，不能结块，浆液不宜太稠。采用加压灌浆法进行灌浆，灌浆速度应间歇缓慢进行，确保浆液充分渗透到煤层和岩体。封堵孔采用直径φ108mm的套管垂直钻孔，潜孔钻机钻进。终孔位置为燃烧煤层底板。如有必要可在孔口处用实管护壁，灌浆完毕后用水泥封孔，并标记孔号，设保护措施防止破坏。灌注孔采用直径φ108mm的套管垂直钻孔，潜孔钻机钻进。终孔位置为燃烧煤层顶板。如有必要可在孔口处用实管护壁，灌浆完毕后用水泥封孔，并标记孔号，设保护措施防止破坏。通过防灭火综合注浆装置将A料和B料以及水按1:1:2 搅拌，然后快速注入钻孔。自制备到用完时间不应超过1 个小时。采用搅拌机搅拌时间不少于3 分钟，搅拌均匀后要要测定浆液浓度。浆液温度要保持在5 摄氏度以上，否则影响流动速度，冬季可以用热水制浆。
3.灌浆工艺及施工方法。封堵孔采用矿用固化泡沫充填材料制浆，矿用固化泡沫充填材料与水按1:1:2 配置，灌浆采用矿用移动式防灭火综合注浆装置，灌浆顺序自下而上，分段距离为2- 3 米。经过高压胶管输送至充填地点即形成状态良好的固化泡沫体，注浆压力采用机械额定压力，注浆流量采用额定流量。制浆站每2 小时测定浆液浓度一次，同时专业人员应随时进行抽样检查。为保证注浆质量，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。灌注孔采用黄土制浆方法进行灌注，黄土和水按1：6 配制泥浆，黄土必须颗粒细小，不能结块，浆液不宜太稠。用搅拌机制浆后使用泥浆泵向灌注孔注浆。一般采用机械设备的额定压力，压力越大越有利于泥浆的入渗，因此要选择额定压力，流量适宜的泥浆泵。灌浆速度应间歇缓慢进行，浅孔灌浆时间控制在0.5- 1 小时，深孔控制在1- 1.5 小时，以确保浆液充分渗透到煤层和岩体。注浆系统必须具有防止跑水、跑浆和防冻等安全技术措施；制浆站每2 小时测定泥浆浓度一次，同时专业人员应随时进行抽样检查。为保证注浆质量，当浆液升至孔口经连续3 次复灌不吃浆时，可停止灌浆。为了保证灌浆质量，在第一次灌浆后5 天进行第二次灌浆，方法要求与第一次相同。注浆装置冬季应做好防寒保暖措施，夏季要做好防热防晒措施。注浆过程中可以采用密封注浆的方法，同时在上部密封处开一导管用以导出高温气体，同时观察注浆压力的变化，根据喷浆排气的情况调节注浆压力。如果钻孔内气体量大，产生泥浆大量喷涌的情况则停止注浆，待钻孔内气体排尽再缓慢注浆直到趋于正常。
煤田火灾治理后，可以保护大量的煤炭资源不再受地下火灾威胁，减少煤炭因自燃而导致的资源浪费。煤田火灾扑灭后，新建矿井和已建矿井就可以免受地下火灾威胁，减少了矿井灾害，可以顺利进行安全生产。当然对于治理后的火区要加强管理，做好监测，防止火区复燃。在治理过程中注意各个部门的协调管理，有效利用火灾治理资金，防止在治理煤田火灾过程中造成的二次环境污染和生态破坏。
参考文献：
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论文作者:雒铮 贺小元 管涛
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第18期
论文发表时间:2020/3/16
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