陕西陕煤铜川矿业公司下石节煤矿通防部 陕西省 727101
摘要：现如今，我国经济在飞速发展，矿井的开发也越来越完善。矿井周边受露天剥离矸石自燃或矿井废弃巷道与采剥坑联通时，由于矿井负压通风，采剥坑矸石自燃产生的有害气体或高温气体通过裂隙、漏风密闭进入矿井，威胁矿井安全。利用钻孔注浆技术阻断，能有效地阻断气体通路，减少和消除有害气体或是高温气体带来的威胁，保障矿井安全生产。
关键词:钻孔注浆技术;矿井;防灭火;应用
引言
某矿原先进行过小窑开采，2016年通过升级改造，在原有小窑巷道的基础上形成9#进风井筒，为9#煤层开采进风、运输服务。该井筒沿9#煤层底板掘进，半煤岩巷，锚喷支护。建井过程中该井筒穿过小井采空区，从井口一直到井筒280m处，井筒两帮均有小井采空区空巷。空巷处当时全部用料石砌筑封堵并进行了喷浆。近几年对南采区3个井口南、西方向进行了露天开采，堆积的矸石山发生自燃，露天开采的大坑边帮处可清晰地看见小井采空区巷道。这些小井采空区巷道与9#煤层进风井筒的密闭相连。9#进风井筒的密闭经过露天开采的放炮震动后，出现了大大小小的裂隙，在南采区负压通风的影响下，露天坑内的矸石自燃产生的烟气通过密闭裂隙涌入9#进风井筒，造成高温点并出现少量CO气体。
1煤矿自燃着火常用灭火方法及经过
为了熄灭煤层火区，最根本的途径是隔绝空气的渗入、降温或清除煤层中的燃料，关键就是要精确确定煤层火源着火位置和着火范围。(1)剥离压覆灭火，采用剥离土层、矸石及着火煤层后，对着火煤层进行压覆灭火，主要原理是将火源与可燃物分离，从而起到灭火的作用，在实际应用中，因覆盖煤层剥离经济性影响，适用于露天煤矿或煤层覆盖浅且有可采煤层的矿区中进行灭火使用。(2)注氮灭火，通过地面或井下制氮设备将氮气注入预先钻好的孔内，使高压氮气充满煤层缝隙，将火源与氧气隔绝，从而起到灭火的作用，其优点是成本低，缺点是易复燃，且需精确定位火源位置。(3)注浆灭火，注浆灭火中，主要是将水、黄泥、泥浆等不可燃物填压后使火源与空气隔绝，并且使得地下煤层温度降低进行灭火。该方法是目前常用的矿井灭火方法之一。在浆液配置中可添加阻化剂进行防灭火，阻化剂具有吸水性强，附着在煤体表面时，将空气中的水分吸收，形成含水液膜附着在煤体表面，阻断了煤与氧气的接触，水分蒸发降低了煤体的温度，有效的抑制煤层自燃。同时也可添加凝胶进行防灭火，利用硅酸钠与碳酸氢钠化学反应后产生固态胶体的原理，集堵漏、阻化、降温、固结水等性能于一体，能够快速有效地控制和扑灭火势。
1.2治理经过
某矿南采区9#进风井筒火区经过注水、注沙、黄土覆盖封堵地面裂隙、巷道裂隙封堵等治理，南采区钻孔注沙、注水有效治理了火区的发展，确保了南采区正常生产。经观测，高温区温度大幅度下降，由起初最高的60℃降到24℃，巷道内检测不出CO气体，地面钻孔温度也大幅度降低，火区得到了有效控制，井筒高温点对矿井安全生产暂不构成威胁。但为保证9#井筒高温区墙体温度不再上升，防止CO析出影响南采区安全生产，仍需采取风险管控措施。目前15#钻孔仍持续注水，注水量7~9m3/d。灭火注浆水部分流至地面剥挖坑，部分流入0901右一工作面采空区，造成采空区积水。0901右一工作面与0902工作面水平距离15m，运输顺槽停采线侧与0902工作面回采顺槽通过联络巷相通，砌有密闭墙，留有返水孔，返水孔位于采空区最低点处。注浆灭火前0901右一工作面采空区无水，返水孔无返水。注浆灭火1d后返水孔开始持续出水，出水通过水泵排至南采区水仓，如图1所示。通过以上分析可知，灭火注浆引起的采空区积水可自排，且目前0902工作面在DF10断层以南部分回采，与0901右一工作面可能积水区间距为490m，中间还有约120m的断层煤柱，综合分析灭火注浆水对0902工作面回采不构成威胁。
图1采空区积水及排水路线
2某矿井注浆灭火应用及其灭火效果预测
2.1火源的定位
根据煤层着火特点，煤层着火是煤层与空气有细缝导致氧化，释放一氧化碳和热量，热量逐渐堆积达到着火点发生自燃的原理，采用YＲH300矿用本质安全型红外热像仪对矿区着火点附近进行热成像，在分析热成像后，采用钻孔测温技术进行测量单孔温度进行分析，找出高温点进行定位。煤矿对3号火区明火点进行红外热成像分析，在距离1号明火点附近3米处温度较高，随即在该点附近进行钻孔测温，孔内密闭温度达到45℃，经观察该区域地面土质疏松，初步确定火源点在该钻孔附近。
2.2注浆浆液制作
浆液由水与不可燃的黄土组成，添加水泥、凝胶及阻化剂等添加物质，以达到浆液稳定、阻燃及降温等效果，该矿井田火区主要是由老旧矿井不合理开采导致井田自燃着火，着火煤层主要为2－1、3－1以及部分4－1煤层残留煤，在综合煤矿经济与灭火的前提下，在浆液配置中选用井田内露天开采中剥离产生的黄土作为制浆原料，其溶于水中搅拌后，粒径小于0．2mm，浆液流动性与渗透性好，且具有运输距离短，量大廉价的特点，可以大面积使用。同时需在浆液中加入胶凝剂等添加物质以保证浆液的浓度及黏稠度。(1)浆液配置:经分析采用黄土为主要原料，考虑到浆液进入孔洞后能够具有稳定固化的作用，在浆液中添加一定比例的水泥，使其充填沉淀后有一定的固化强度和胶封作用，防止在注浆时受压溃浆，在浆液配比中按照水∶黄土∶水泥=2∶1∶0．05的比例来配置浆液。(2)制浆方法:将黄土运输至搅拌站，经研磨后选用粒度小于2mm的黄土，按照黄土与水1∶2的比例进行搅拌，搅拌好后放入泥浆池备用，泥浆池储量为100m3，并在泥浆池内放入污水泵，防止泥浆沉淀。利用地面移动注浆机将泥浆与水泥按照3∶0．05的比例配置进行注浆。
2.3钻孔注浆
在矿井灭火中，采用T3－100汽车钻，孔径为108mm，依照火源点探测深度，平均孔深为10m，在火源点附近结合地形地貌按照类“三角形”形状进行布孔，孔距为10m，钻孔数量以覆盖着火点范围为准，采用27m3/h的钻孔泥浆泵，同时进行火源点周边3个钻孔的注浆，注浆时需将孔口压力控制在1MPa以内，达到1MPa时停止注浆，观察压力是否下降，压力下降后再继续注浆，当压力维持稳定后，停止注浆，其后在表面喷浆进行覆盖。
结语
由于该矿井历史复杂，开采不规范，在矿井灭火治理中，需要不间断的对老旧矿井开采区域进行监测，同时需要对正在进行的井下综采401工作面临近区域进行CO，CO2浓度监测，以避免火区熄灭后出现的复燃，危害矿井及人员生命安全。在进行注浆灭火时，找准火区着火点是注浆灭火的关键所在，需要充分结合着火点的地质及开采历史，通过红外热成像初步判断火区着火点周边情况，在判断着火点时可能会对原着火点与现着火点的误判，从而影响注浆灭火效果。注浆灭火技术在该煤矿的灭火中可行性较高，在浆液制作中为保证浆液的稳定性，应增加不可燃的添加剂，起到填充、固化、密封的作用。随着矿区的开采，应加大对矿区潜在着火点的监测，在发现出现着火点时要综合考虑着火情况，结合其他灭火方法及时进行灭火，确保矿区安全，避免火势蔓延，造成更大损失。
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论文作者:张勋,张明
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/20
标签：煤层论文; 矿井论文; 浆液论文; 注浆论文; 着火点论文; 钻孔论文; 采空区论文; 《防护工程》2019年第3期论文;