高海云

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)朔州公司，山西朔州036002）

一直以來(lái)防滅火都是煤礦“一通三防”工作中的重點(diǎn)，同時(shí)礦井火災(zāi)更是傳統(tǒng)五大災(zāi)害之一，容易引起瓦斯、煤塵爆炸等二次事故。當(dāng)煤礦發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不僅會(huì)造成設(shè)施、設(shè)備的損壞，還會(huì)造成資源的浪費(fèi)和生產(chǎn)接續(xù)的困難，嚴(yán)重的威脅著井下作業(yè)人員的生命安全[1-2]。數(shù)據(jù)顯示，煤礦火災(zāi)事故約占煤礦事故總起數(shù)的9%，每年死亡數(shù)百人[3]。

截至目前，黃泥灌漿技術(shù)是我國(guó)煤礦最常用的井下防滅火措施。蓮盛煤礦根據(jù)本礦條件特點(diǎn)，從灌漿防滅火機(jī)理展開(kāi)研究，對(duì)系統(tǒng)、制漿工藝、總量配比、輸送等方面進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)了煤礦火災(zāi)的可防可控。

1 黃泥灌漿系統(tǒng)介紹

1.1 灌漿防滅火的機(jī)理

黃泥灌漿是由黃土與水，經(jīng)過(guò)一定比例的調(diào)配而成的漿液。在利用高壓水輪設(shè)備制作完成后，經(jīng)過(guò)泥漿泵由管道抽入采空區(qū)，對(duì)采空區(qū)的浮煤、留設(shè)煤柱縫隙進(jìn)行包裹覆蓋。由于黃泥漿液具有阻止煤炭氧化、增加煤炭濕度和吸熱降溫三大特點(diǎn)，對(duì)開(kāi)采容易自燃煤層或自燃煤層礦井，可以在根本上對(duì)煤炭?jī)?nèi)因火災(zāi)進(jìn)行有效防治[4]。

1.2 灌漿材料的選擇

在進(jìn)行灌漿材料的選取時(shí)，務(wù)必遵循以下要求：①該材料為不可燃材料且不含助燃成分；②80%以上的材料顆粒直徑在1~2mm之間；③易脫水，又具有一定的穩(wěn)定性；④易與水混合，在運(yùn)輸是不易對(duì)管路造成堵塞；⑤便于開(kāi)采、運(yùn)輸和制備，易獲取且成本低廉。

通常而言，煤礦周邊的黃土資源賦存豐富，且物理性質(zhì)滿足注漿材料的要求，是制備漿液的有利原材料，經(jīng)鏟車取土過(guò)篩后與礦區(qū)水資源配比后可直接使用。除黃土以外，煤灰、煤矸石粉、頁(yè)巖、尾礦等材料也是制備漿液的可選材料。

2 蓮盛煤礦礦井概述

蓮盛煤礦隸晉能控股煤業(yè)集團(tuán)，位于朔州市平魯區(qū)，井田面積為1.7km2，核定生產(chǎn)能力0.9Mt/a。經(jīng)鑒定，該礦目前開(kāi)采的9號(hào)煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，屬于自燃煤層，急需制定合理有效的防滅火措施以保障礦井的安全生產(chǎn)工作。

3 灌漿防滅火系統(tǒng)

3.1 灌漿系統(tǒng)選擇

地面固定式集中灌漿系統(tǒng)和井下移動(dòng)式灌漿系統(tǒng)是我國(guó)煤礦最常用的兩種灌漿西，主要特點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

表1 灌漿系統(tǒng)對(duì)比表

可以看出，地面固定式集中灌漿系統(tǒng)雖然初期投資及維護(hù)成本高、占地面積大，但是可以為全礦服務(wù)，具有灌漿量大、對(duì)生產(chǎn)影響小、工作集中便于管理等優(yōu)點(diǎn)?？紤]到蓮盛煤礦井下輔運(yùn)系統(tǒng)具有任務(wù)重、輔運(yùn)時(shí)間少，且防滅火點(diǎn)分散、需要大量的漿液灌注等原因，因此，蓮盛煤礦選擇在主井工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)布置地面固定式黃泥灌漿系統(tǒng)。

3.2 灌漿系統(tǒng)工藝

靜壓輸送漿液是漿液輸送最有效的方式之一，即利用漿液自重及出口和管路出口之間高差形成的靜壓對(duì)漿液進(jìn)行輸送，僅當(dāng)壓力供應(yīng)不足時(shí)會(huì)啟用加壓輸送[5]。

蓮盛煤礦所采用的地面固定式灌漿站位于主斜井附近，具體參數(shù)如圖1所示，地面標(biāo)高+1425.587m，9101回采工作面底板標(biāo)高在+1170~+1220m左右，現(xiàn)井下輸漿管路長(zhǎng)度約1500m左右，經(jīng)計(jì)算，現(xiàn)輸漿倍線N=5.9~7.3之間，靜壓輸漿基本能滿足要求，但隨著開(kāi)采深度的增加，需采取加壓輸送。

圖1 注漿系統(tǒng)連接示意圖

蓮盛煤礦該注漿系統(tǒng)每小時(shí)可將15m3的黃泥制成一定濃度的漿液，黃泥漿液經(jīng)過(guò)濾后通過(guò)管路進(jìn)入注漿地點(diǎn)，達(dá)到防滅火目的，注漿系統(tǒng)布置圖見(jiàn)圖2。

圖2 注漿系統(tǒng)布置圖

3.3 灌漿量的確定

在進(jìn)行灌漿量的計(jì)算前，需要確定灌漿系數(shù)、土水比等系數(shù)。根據(jù)《煤礦注漿防滅火技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)為預(yù)防性灌漿時(shí)，灌漿系數(shù)一般取3%~12%，蓮盛煤礦取5%；漿液的土水比代表漿液的濃度，是泥漿中黃土與水的體積比，蓮盛煤礦實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的泥漿土水比為1∶5。

現(xiàn)礦井在9號(hào)煤布置一個(gè)9101綜采放頂煤工作面，產(chǎn)量90×104t/a，根據(jù)《煤礦注漿防滅火技術(shù)規(guī)范》灌漿量按式公式(1)計(jì)算[6]：

式中：Qw——礦井灌漿量，m3/h；

k——灌漿系數(shù)，取5%；

G——礦井日產(chǎn)煤量，取2727t；

δ——土水比的倒數(shù)，取5；

M——漿液制成率，取0.9；

rc——煤的密度，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，9號(hào)煤層容重為1.4t/m3；

t——礦井日灌漿時(shí)間，取8h。

經(jīng)計(jì)算，Qw為65.7m3/h，也就是說(shuō)蓮盛煤礦每小時(shí)需注漿65.7m3，再分別計(jì)算灌漿所需的黃土量和水量，結(jié)果為Q土=107m3，Q水=588.5m3。

3.4 灌漿方法

蓮盛煤礦為生產(chǎn)礦井，所開(kāi)采的9號(hào)煤層自燃傾向性為Ⅱ級(jí)自燃煤層，根據(jù)礦井的生產(chǎn)實(shí)際情況，將選用隨采隨灌的注漿方式，當(dāng)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到礦井出現(xiàn)自燃發(fā)火征兆時(shí)，隨即啟動(dòng)灌漿系統(tǒng)。

3.5 灌漿管路的布置

對(duì)于蓮盛煤礦，最容易發(fā)生自燃發(fā)火的區(qū)域位于9號(hào)煤層工作面的采空區(qū)。因此，灌漿系統(tǒng)的干路需針對(duì)該空間進(jìn)行埋管鋪設(shè)，其它巷道的管路鋪設(shè)根據(jù)測(cè)點(diǎn)需要從干路分叉連接，具體灌漿管路鋪設(shè)為：地面灌漿站→主斜井→采區(qū)軌道大巷→回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷→9101工作面回風(fēng)順槽→工作面采空區(qū)，線路總長(zhǎng)度約1500m。

4 結(jié)束語(yǔ)

回采工作面采空區(qū)自燃災(zāi)害是煤礦防滅火工作的嚴(yán)管區(qū)域。蓮盛煤業(yè)針對(duì)現(xiàn)階段開(kāi)采的9號(hào)煤層工作面，采用地面固定式制漿系統(tǒng)，對(duì)工作面鋪設(shè)漿液管路，將選用隨采隨灌的注漿方式進(jìn)行黃泥灌漿作業(yè)。經(jīng)計(jì)算，每小時(shí)注漿量為65.7m3，在30d的注漿作業(yè)中，煤炭溫度、CO濃度和O2監(jiān)測(cè)正常，回采工作高效安全，成功地消除了火災(zāi)安全隱患。