探讨易自燃煤层防灭火技术

　　摘 要：根据山阴晋泰煤业易自燃煤层地质条件，采取预防为主、综合治理的方法，对煤层自然发火进行防灭火处理。利用压注阻化剂水溶液，把巷道高温区内煤体降低到常温状态;并对巷道或发火区进行了黄泥注浆堵漏防火和压注胶体泥浆防灭火现场实践，将巷道或发火区处煤体的自燃隐患排除，保证煤矿顺利开工生产。

　　关键词：易自燃煤层;自然发火;黄泥注浆;胶体泥浆

　　1、 概 述

　　山阴晋泰煤业有限责任公司由山阴县虎头山煤矿有限公司;山阴尖山煤业有限公司;阜泰通源煤业有限公司三座煤矿整合而成。批准开采4、9、11号煤层，三层煤均较厚，平均约5.8米，顶底板条件均较稳定，适宜于采用闫氏单滚筒短壁综合机械化采煤法，工作面巷道采用两进一回方式布置，顶板管理采用全部垮落法，工作面长度150米。设计选用单滚筒短壁大采高综合机械化开采。其中4、9和11号煤层为全区稳定可采煤层，煤层平均总厚度17.05m，含煤系数15.7%。煤层倾角属近水平1°～7°，自燃等级为Ⅰ级，容易自燃。自然发火的决定因素是发火地点存在低温氧化的浮煤、碎煤，同时向它供有足够的氧气以及煤炭氧化时有蓄热准备条件。

　　由于煤的硬度低、节理裂隙发育，巷道的稳定性差，主要表现为掘进工作面易出现冒顶现象;冒顶区内风量既能满足碎煤氧化的需要，又因风速低不能将氧化热量带走，热量容易积聚，致使煤温上升，逐渐达到煤的临界着火点，直至出现自然发火现象，所以冒顶区是巷道自然发火的隐患区(点)。

　　这些高温区(点)自热的煤炭，一旦随工作面推进落入采空区，进入工作面后方的自燃带内，往往引起采空区煤炭自然发火，出现采空区火灾，且火灾蔓延迅猛难以控制，使工作面防灭火工作更加复杂，所以开展防灭火技术实践十分必要。

　　2、防灭火方法

　　采用初期地面热源探测，圈定自燃发火区范围;在区域范围内进行地面打钻孔深入井下，探测巷道温度，具体圈定自燃区域，使用黄泥注浆堵漏防火和压注胶体泥浆来隔断火源，熄灭煤层自燃发火。

　　通过日常检测各类气体浓度，制定启封措施，安全启封。后期开采采用如下措施：

　　2.1 巷道两帮高温区防火

　　(1)测定煤壁温度。首先用测温计测定巷道煤壁的表面温度，根据巷道内风流温度和煤壁温度之差，初步圈定高温区范围。

　　(2)在煤壁高温地段打钻孔测温。在圈定的高温区范围内，以一定的间距打2～3m深的钻孔，测定每个钻孔内温度和钻孔内气体成分，进一步确定危险区范围，并在该区内打防火钻孔。

　　(3)处理煤壁高温区。根据每个防火钻孔内温度高低和气体成分变化规律，分别压注不同浓度的阻化剂水溶液。如果煤壁高温区范围大，煤壁温度超过50～100℃时，先用5%的阻化剂(CaCl2、MgC12)水溶液降温，将煤体温度降到30℃以下时，再用20%的阻化剂水溶液处理。

　　2.2 巷道顶板及冒落区的高温区(点)防火

　　巷道顶板如果冒落较高、范围较大，可用阻化剂对巷道高冒垮落区进行防火处理。对巷道顶板高温浮煤，先在巷道内向顶板浮煤区，打穿过高温区的钻孔，然后将侧壁上钻有小孔的钢管插入钻孔内，封闭好钻孔，将钢管通过高压胶管与液压泵相连，启动液压泵，将阻化剂水溶液压人高温区内降温防火。

　　由于煤的温度低于70℃时，采用常规手段很难测出CO浓度，且煤的热传导能力低，高温区中心与周围煤炭的温度差别很大。所以，用测量钻孔内煤体温度和测量空气中CO含量的方法来检测冒顶区内顶煤自热情况较为困难，往往容易遗漏某些高温点。为此，对于回采巷道采取预防为主、综合治理的防灭火技术。把高温煤体降到常温，并把回采巷道顶煤自燃隐患消除在工作面前方，以保证综放工作面回采的顺利进行。

　　3、巷道防灭火措施的实施

　　3.1 黄泥注浆堵漏防火技术

　　采用黄泥灌浆系统，对山阴晋泰煤业自燃发火区实施静压浅孔黄泥注浆，湿润煤体，增加煤体水分，起到降温防火效果。同时黄泥浆中黄泥将煤体中出现的各种裂隙胶结固化，起到堵塞漏风通道，防止破碎顶煤自燃的作用。注浆浆液中水土质量比为3：1—5：1。

　　对于巷道冒落空洞区，采用顶板插管封闭注浆，注浆钢管由人工直接插入;对于顶板完整的回风巷道，每隔5m布置1排注浆孔，每排2个钻孔，利用电动钻机打眼，钻孔倾角45°，钻孔深度>4 m。钻孔内下设直径∮40mm，长度≥3 m的注浆钢管，注浆管最前端lm加工成花眼钢管，便于浆液充分扩散。注浆管插入钻孔后，利用水泥砂浆封孔，封孔长度0.5—1.0m。工作面回风巷道内全长铺设注浆干管，干管为直径∮75 mm的无缝钢管，利用橡胶管将所有注浆孔连接到注浆干管上。工作面回采前进行连续集中黄泥注浆，确保煤体始终处于常温，直到工作面回采时停止注浆。

　　3.2 压注胶体泥浆防灭火技术

　　实践证明，以充填为主的防灭火方法是解决煤层自然发火的主要途径，如黄泥注浆和化学凝胶充填等。黄泥注浆被我国大多数自然发火矿井采用，但该方法存在流失量大，封孔措施要求高等缺点。化学凝胶充填时存在充填材料成本高、充填量小的缺陷。为此使用充填量大、流动性好，凝结时间短(可调)、成本低、物理化学性质稳定的充填材料——胶体泥浆及其压注工艺，即压注胶体泥浆技术。

　　3.2.1胶体泥浆材料组成

　　胶体泥浆材料是一种特殊的混合物，它由主料黄土、配料水玻璃、促凝剂碳酸氢铵和水组成;主料和配料按一定比例加水稀释后，搅拌成水玻璃泥浆，该浆液具有很好的流动性能，可实现长距离输送，不堵管，不凝结。当水玻璃泥浆与促凝剂混合后发生化学反应时迅速凝固，生成固结性胶体材料。

　　3.2.2胶体泥浆材料特点

　　(1)成胶和凝固性能。当水玻璃泥浆与促凝剂混合后迅速反应生成固体，凝固时间可以根据现场防灭火需要进行选择，通过调节促凝剂掺量大小来实现，初凝时间最短仅几秒钟，最长可达到几分钟。

　　(2)高水性能。胶体泥浆材料生成的凝结物质是一种含量水很高的硅胶，含水率高达70%～ 80%，具有水的防灭火性能。

　　(3)渗透堵漏性能。高水泥浆成胶前充填于破碎煤体内，渗透到煤层裂隙中，将破碎煤体胶结为一体，堵塞漏风通道。当受到压力作用胶体材料破裂后，不会出现裂隙，仅改变高水泥浆的存在状态，使其胶结更加紧密。

　　(4)抗风化性能。实验室研究表明，在无风干燥、温度为20C的环境中，高水泥浆胶体析水风化速度为8～12 mm/月，析水风化速度与风速、温度和湿度有关。经高温烘干水分完全蒸发后，胶体变成白色固体。充填于煤体缝隙内的高水泥浆胶体所处的环境风速很低，空气湿度在80%以上，析水风化速度很小，而且析水风化是由表向里的过程，所以胶体泥浆的抗析水风化性能在巷道服务年限1～2年内完全能满足防火需要。

　　3.2.3压注胶体泥浆工艺

　　利用地面灌浆站，将主料和配料与水混合搅拌后，由灌浆系统把水玻璃泥浆输送到井下，在井下利用泥浆泵将促凝剂加入胶体泥浆中，混合后用橡胶管将胶体泥浆压注到钻孔中。

　　4、结论

　　通过黄泥注浆堵漏防火和压注胶体泥浆防灭火措施，对山阴晋泰煤业自燃发火区真正做到完全封堵，熄灭火源的目的，制定安全启封措施，确保矿井建设安全、平稳、有序进行。

《探讨易自燃煤层防灭火技术》

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