白文秀，赫海全

（窯街煤電集團公司金河煤礦，甘肅 蘭州 730080）

·技術經驗·

黃土復合膠體在采空區(qū)火區(qū)治理中的應用

白文秀，赫海全

（窯街煤電集團公司金河煤礦，甘肅 蘭州 730080）

根據金河煤業(yè)公司16211工作面的實際情況，結合已采取的措施，將黃土復合膠體注入采空區(qū)，同時對可能產生高溫的上隅角鉆孔注黃土復合膠體，直接對高溫點進行處理，使自燃發(fā)火的危害得到了徹底的解決?；饏^(qū)的成功治理，確保了礦井安全生產，經濟及社會效益較明顯。

黃土復合膠體；采空區(qū)；防滅火；治理技術

礦井火災是煤礦重大災害之一。礦井火災不僅燒掉大量資源、材料和生產設備，產生大量的高溫煙流和有毒有害氣體，嚴重危害井下人員的生命安全，而且常誘發(fā)瓦斯、煤塵等次生災害事故，使得災難進一步擴大。國內外很多學者就礦井火災問題進行了深入的研究，根據不同的井下條件設計了多種防滅火技術，如注水注漿防滅火技術、注砂防滅火系統(tǒng)、充填堵漏防火技術、氮氣防滅火技術、均壓防滅火技術、凝膠防滅火技術、復合凝土防滅火技術等等。充填堵漏防滅火的原理就是借助于不同位置所產生的靜壓或充填泵提供的動壓，將不燃材料的水溶液注入破碎煤體，經過化學變化或物理變化，形成黏稠的漿液或膠體，密實充填煤體縫隙，堵住漏風通道；并且，其中的水分或化學物質滲入煤層內，黏附于破碎煤體表面形成阻氧膜，惰化了煤的氧化性能；同時，所含的水分蒸發(fā)可降低煤體的溫度，延緩其自熱氧化速度，破壞煤的自燃條件，延長其自燃發(fā)火期，從而達到防火的目的。目前，常用的包括固化泥漿防火技術、化學凝膠防火技術、膠體泥漿防火技術等。

1　工作面發(fā)火過程及采取措施

窯街煤電金河煤業(yè)有限責任公司一號井位于蘭州市紅古區(qū)窯街鎮(zhèn)，設計生產能力90萬t／年。煤種為弱黏煤，煤層為Ⅱ類自燃煤層，自燃發(fā)火期為3～6個月，最短發(fā)火期為55天。16211工作面位于六采區(qū)西南部，自2006年3月1日開始回采。由于改造切眼附近頂板破碎，工作面推進速度緩慢，于8月初采空區(qū)出現CO，濃度0．003%，溫度27℃，工作面老塘出現發(fā)火征兆，發(fā)現這一情況后，立即在回風巷敷設灌漿預埋管路，開始隨采隨灌。采空區(qū)CO濃度基本穩(wěn)定在0．001 7%以內，并有下降趨勢，消除了這一發(fā)火隱患。至2007年2月10日，工作面推采由于工作面掛網初期，頂板破碎，打注錨桿、錨索工作量大，工作進度緩慢。采空區(qū)遺留大量虛煤，導致采空區(qū)一氧化碳呈上升趨勢，CO濃度最高達0．023 7%，溫度32℃。

經采用采空區(qū)注氮、預埋管灌漿、減小工作面風量、插管注水和噴灑阻化劑等綜合防滅火措施，才將CO濃度降至0．002 3%，基本穩(wěn)定。為了進一步搞好該面防滅火工作，徹底消除發(fā)火隱患，金河公司計劃將16211回風巷上平巷、排放巷和聯(lián)絡巷上段封閉，形成新的回采系統(tǒng)。但是由于火區(qū)的發(fā)展未能得到抑制，后檢測到乙稀氣體。

2　自燃區(qū)域分析及火區(qū)治理技術研究

根據工作面實際情況的研究，煤層容易自燃，現場實際觀測得到的最短自燃發(fā)火期為1個多月。16211工作面采用放頂煤技術開采，其采空區(qū)浮煤厚度很大，超過了煤自燃的監(jiān)界浮煤厚度。在采空區(qū)一定深度處（氧化升溫處），氧氣濃度大于煤自燃的下限氧濃度，漏風強度小于極限漏風強度，因而該處煤溫有上升趨勢。如果工作面不動或推進緩慢，則該處遺煤長期處于氧化升溫區(qū)，就有可能溫度升高而著火。16211工作面改造縮面時間歷時達50余天，已超過其自燃發(fā)火期，故發(fā)生了煤層自燃。

2．1防滅火技術的選取

從對金河一號井16211工作面可能自燃的區(qū)域分析可知，對16211工作面防滅火技術應考慮以下因素：工作面產量大，高產高效，防滅火工作應重點加強預防，一旦有自燃跡象應能夠迅速處理；工作面風量大，采空區(qū)漏風相對較大，采空區(qū)漏風是引起工作面自燃的重大危險因素，因此，應建設具有封堵漏風作用的防滅火技術。生產中采用惰氣防滅火時，惰氣容易泄漏，起不到大的防滅火作用，對封閉區(qū)注氮、二氧化碳等雖能夠起到一定的作用，但采用能夠堵漏或覆蓋煤體并且有降溫作用的技術才是解決難題的關鍵，故對16211工作面采用新型防滅火技術—黃土復合膠體。

2．2黃土復合膠體注漿流程

制漿系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、膠凝劑添加、注膠鉆孔等聯(lián)合組成了注漿系統(tǒng)，注漿系統(tǒng)流程見圖1。

圖1　注漿系統(tǒng)流程示意圖

1）高壓水泵、漿液過濾篩、高壓水槍、供水管路、漿液濃度檢測裝置等構成了制漿系統(tǒng)。制漿濃度最高可達到1∶1，較長時間灌漿可保證制漿濃度達到水∶土為1．5∶1。2）制漿完畢后，漿液通過管路自流到礦井下各個用漿地點，灌漿站與井下用漿地點標高約+1 560 m，高度落差在700 m左右，輸漿管路倍線系數約為6。3）礦用移動式注漿裝置、泥漿分流裝置、泥漿控制裝置構成了膠凝劑添加系統(tǒng)。把“FCJ12復合膠體膠凝劑”溶于水通過“移動裝置”加壓進入分流裝置與泥漿混合。4）鉆孔：使用井下75型鉆機按鉆孔設計要求把“一次成孔注漿鉆桿”鉆進煤體及采空區(qū)，利用鉆桿向采空區(qū)注膠，鉆孔內徑為50 mm。

3　火區(qū)治理方案實施

本次工作面火區(qū)治理以滅火為主，封堵為輔。在可能實現的前提下確定火源點或高溫點并對其進行撲滅，并同時保證封堵效果。

1）從密閉墻和施工聯(lián)絡巷向切眼后方采空區(qū)位置施工鉆孔，鉆孔終孔位置在切眼后方約10～30 m處，高度在煤層頂板上部約2 m左右，鉆孔間距為10 m。2）注膠系統(tǒng)準備好后，向采空區(qū)注膠。注膠時3根鉆孔同時使用，并有1個鉆孔備用，每個鉆孔注漿4 h后便需重新更換鉆孔。每個鉆孔都注過后，再重新按順序補注1遍，如此重復至每個鉆孔的注膠壓力值達到一定值。

4　治理效果分析

經氣體監(jiān)測發(fā)現，封閉火區(qū)后進風側氣體中CO濃度下降迅速（最高為354×10-6cm3／m3），還處于較高水平。黃泥復合膠體注漿后，CO濃度迅速下降至10×10-6cm3／m3以下，封閉一段時間后維持在5 ×10-6cm3／m3。表明黃泥復合膠體已經將高溫煤體包裹，由于O2和煤體無法直接接觸，故煤體此刻處于窒息狀態(tài)。啟封前數天監(jiān)測氣體濃度為：CH4濃度為40%～50%，CO濃度為3×10-6～5×10-6cm3／m3，O2濃度為1%～2%。啟封后進入封閉工作面勘察現場情況，具體情況為：進風側、回風側CH4濃度分別約為0．8%、1．5%；進風側、回風側CO濃度分別約為4×10-6cm3／m3、12×10-6cm3／m3。

火區(qū)監(jiān)測到的數據均在固定范圍內，此次火區(qū)治理目的已達到：火區(qū)內氧氣含量下降到要求范圍內；漏風通道得到封閉；高溫煤體與氧氣隔絕；采空區(qū)自燃隱患被處理。

5　結 論

根據窯街金河一號井16211工作面煤層自燃的特點，確定了向發(fā)生煤層自燃的采空區(qū)回風側灌注泥漿、注復合膠體、封堵等的綜合防滅火技術方案。通過實施該防滅火技術方案，成功地撲滅了該處煤層火災，工作面CO濃度下降到10×10-6cm3／m3左右。

火區(qū)的成功治理，不僅使礦井安全生產得以正常進行，更重要的是對今后礦井防滅火的實施具有較好的現場參考價值。此次現場的實際應用也發(fā)現了該技術的一些不足，如充填流量受輸送泵能力的限制，充填能力有限；復合凝土的制備要求較高，混合顆粒的粒徑最大不應超過3 mm。

Application on Loess Composite Colloidal in Goaf Fire Control

Bai Wen-xiu，He Hai-quan

Based on the actual situation of16211 working face in Jinhe coal company，and combines the measures which have been taken，the loess composite colloidal is injected the goaf，meanwhile drills and injects loess composite colloidal on the corner which may produce high temperature，directly process the high-temperature point and the spontaneous combustion hazard has been solved completely．

Loess composite colloid；Goaf；Fire preventing and extinguishing；Treatment

TD75+2．2

B

1672-0652（2013）09-0057-02

2013-06-03

白文秀（1976—），男，甘肅正寧人，2001年畢業(yè)于淮南工業(yè)學院，工程師，主要從事采礦工程和礦山安全方面的技術及管理工作（E-mail）jhbwx1976＠126．com