关键词：地面预注浆技术；煤矿生产安全；防灭火
矿井火灾是煤矿主要灾害之一，其中煤自燃火灾占矿井火灾总数的９０％以上。煤自燃是一个复杂的过程，受多种因素的影响，但煤炭自燃必须具备有自燃倾向性且易破碎状态存在、有连续的供氧条件、有积聚氧化热的环境。其中煤具有自燃倾向性和有积聚氧化热的环境都说明要达到煤自燃必须有足够厚度的浮煤，并以松散状态堆积，使浮煤氧化产生的热量得以积聚，煤自燃点通常离煤体暴露面存在一定距离。因此，防治煤自燃火灾的根本途径就是减少采空区内的丢煤量，但由于生产技术水平及工艺条件的影响，无法只从减少丢煤量来控制煤自燃火灾的发生及发展。
一、注浆防灭火技术的发展现状
煤矿行业发展的主要灾害之一是矿井火灾的发生，从火灾发生的原因来看，煤炭自然引发的火灾占到总灾害的90％以上。煤自燃作为一种高发的灾害，需要具有多种条件与环境的支撑，如煤炭本身的自燃倾向、氧气的连续供应、煤炭存在的破碎情形以及积聚氧化热的自然环境。在这些条件中，煤炭的自燃倾向与积聚氧化热的环境都表明煤自燃的过程中必须要有厚度较大、状态松散堆积的浮煤，它能够使浮煤通过氧化产生的一些热量，这些热量不断地进行积聚，并且煤自燃点与煤体暴露面之间存在一定的距离。由此可见，防止煤自燃的途径可以从自然的条件人手，减少自燃的条件就能够避免煤自燃情况的发生，而最主要的方法就是在采空区内减少丢煤量。现阶段，受到生产工艺及技术水平的影响，减少煤自燃的手段不再仅仅依靠减少采空区丢煤量这种方法，还开发出许多防止煤自燃火灾的办法与技术，如注浆、灌注凝胶、提高资源的回收利用率、保持通风系统的畅通等等，这些方法都能够通过降低煤自燃的比率来减少煤矿的火灾，其中，注浆防灭火技术是煤自燃火灾防治的重要技术措施之一。依据煤矿开采煤
层的自然发火期与自燃倾向性，很多矿井采取综合预防煤田自然发火的措施。灌浆泥浆系统是解决这类煤田自然发火的主要措施，这种系统一般由制浆、运浆、注浆三个系统构成，制浆系统可分为制浆生产与电气控制两个部分，运浆系统则是利用管路输送等方式来实现运浆的过程；注浆系统主要由管路加压泥浆泵、井下注浆机井下埋管三个部分组成。目前，我国的采煤设备及工艺都向着现代化的方向不断发展，现代化矿井的生产能力能够对达到千万吨的数量，庞大的生产能力与现行的注浆防灭火的设计水平形成巨大的差距，造成火灾现场难以满足现代化矿井的注浆量计算需求。另外，由于注浆需要达到浆液保湿保水效果的增加，粉煤灰或者黄土脱水时间的延长、注浆管路堵塞的避免等效果，基于只灌注黄泥浆这种单一的方式，研制出各种各样的浆液添加剂，这些浆液添加剂在一定程度上满足了现代化矿井的部分需要，但现行的注浆防灭火技术规范与庞大生产量的工厂之间的吻合度仍有较大的一段距离，如何使防灭火技术适应生产能力较强的工厂成为研究的重要课题。
二、注浆防灭火技术
1.注浆防灭火技术。注浆防灭火技术指将不能燃烧的浆原料，如粉煤灰、粘土、砂等固体材料、矸石等细粒化后与水按照一定的比例制成悬浮液，并利用静压或动压技术，经由钻孔或输浆管路水力输入到矿井的火灾现场进行防灭火，以阻止煤炭氧化和扑灭已经自燃的煤矿等。注浆的主要作用是为了隔离02和降低温度。通过浆体材料包裹煤体，隔绝02与煤矿，防止煤矿氧化；同时降低已经自燃的煤炭的温度和扑灭产生的火苗。
2．注浆防灭火技术的作用机能、根据灌浆法防灭火技术的实践经验，灌浆防灭火技术的作用主要有：减少煤矿燃烧的反应面，延缓氧化进程；吸热降温的作用；能增加燃烧区的气密性，大大减少漏风。灌浆防灭火技术实践表明，灌浆防火起到的是物理作用。通过灌浆的方法减少煤矿燃烧时所需要的O2，通过延缓氧化进程达到灭火的目的。
3.注浆防灭火技术的方法。（1）预防性灌浆方法。中国现采用的煤矿预防性灌浆方法有很多种，可以分为随采随灌、采前预灌、采后封闭灌浆等。随采随灌又可以分为埋管灌浆技术、钻孔灌浆技术、综采工作面插管灌浆技术、工作面洒浆技术。采前预灌技术方法钻孔布置，如图l所示。（2）灌浆灭火技术。灌浆灭火技术是煤矿井下比较常用的一种灭火方法。当井下矿井发生火灾难以直接熄灭时可以将其封闭，加速封闭区内火源的熄灭速度，对封闭区进行灌浆，这也称为联合灭火法。常用的方法有：地面钻孔注浆、密闭墙上插管灌浆、井下巷道(钻窝)打钻灌浆三种。
4、注浆防灭火技术材料的选取、注浆防灭火技术的井下防灭火注浆的材料选择，一般要具备以下几个基本性能：具有不可燃烧性或不助燃物质；比较容易制成溶浆，利于管道等水力输送；具有必要的稳定性、粘结性、脱水性；d)制成的熔浆液具有较大的渗透力和较小的收缩率；注浆材料的实体必须具有严密的密封性；注浆材料来源丰富，运输和加工的成本低廉，占地面积小。煤矿火灾中使用的传统注浆材料一般是含有砂量不超过25％～30％的黄土，根据矿区具体条件，也可选用煤矸石、粉煤灰砂等代用材料。
5.常用注浆材料的优缺点。注浆防灭火技术中常见的注浆材料有：粘土、粉煤灰、煤矸石、砂。砂的颗粒度小，粘性良好，易成浆，渗透性好，流动性佳，便于输送，方便填堵岩石和煤矿中的细小裂隙。粉煤灰的颗粒表面有一定光滑度，便于管道输送，易成浆，流动性、稳定性好，材料来源广泛，密封性能较好，经济效益高，成本投入低，减少环境污染，具有良好社会效益。
6.注浆防灭火技术系统分类及适用条件。注浆防灭火技术系统分类及适用条件如表1。
7.注浆防灭火技术的参数计算。（1）注浆防灭火技术需土量。注浆防灭火需土量主要根据注浆防灭火区的容积、采煤量等因素而确定。有两种计算方式同：
按照开采空区体积计算。见下式：
式(1)中为灌浆需土量，m：M为支架采高，m；L为采空区走向长度，m；H为采空区倾斜长度，m；c为采空区回采率，％；K为灌浆系数，是注浆材料的采空区容积与固体体积之比，该系数考虑材料的松散系数、和跑浆系数、泥浆收缩系数等综合因素；按注浆需土量计算。见下式：
式(2)中为日灌浆需土量，m3／d；G为矿井日产量，；y为煤的容重，。（2）注浆用水量计算。注浆用水量计算(每日用水量)计算见下式：
式(3)中，Qw为灌浆用水量，m3／d；Kw为考虑灌后冲洗管路、跑浆等水量备用系数，一般可取为土水比倒数，根据泥浆浓度确定。
8.注浆防灭火技术的管理。注浆防灭火技术要预防堵管，为了防止注浆时浆液堵塞管道，应该严格控制大颗粒(大于2 mm)输入管路中，注浆前首先要用清水冲洗管路，然后下浆。注浆结束后，也要用清水清洗，防止泥浆在管道内沉淀，预防跑浆。注浆期间要检查管路的接头是否密闭，避免跑浆，设置好滤浆密闭和排水道。
注浆防灭火技术是矿井防治煤自燃火灾的主要措施之一，在煤矿治理过程中，要严格防止发生安全生产事故，对煤矿的火灾要做到提前预防，在发现火情时，要综合考虑分析着火情况，并结合其他灭火方法，综合分析，找到最优的灭火方法，及时消除火灾隐患，确保煤矿区安全，避免火势蔓延而造成更大的人身财产损失。
参考文献：
[1]杨涛．注浆防灭火技术规范不合理分析[J]．中国煤炭。2017(1 1)：100．
[2]李建．注凝胶注浆防灭火技术在袁仓煤矿的应用[J]．黑龙江科技信息．2017(3)：98．
论文作者:常宝平
论文发表刊物:《城镇建设》2019年22期
论文发表时间:2019/12/12
标签：注浆论文; 技术论文; 煤矿论文; 火灾论文; 矿井论文; 采空区论文; 材料论文; 《城镇建设》2019年22期论文;