黄土复合胶体在采空区火区治理中的应用

白文秀，赫海全

（窑街煤电集团公司金河煤矿，甘肃 兰州 730080）

·技术经验·

黄土复合胶体在采空区火区治理中的应用

白文秀，赫海全

（窑街煤电集团公司金河煤矿，甘肃 兰州 730080）

根据金河煤业公司16211工作面的实际情况，结合已采取的措施，将黄土复合胶体注入采空区，同时对可能产生高温的上隅角钻孔注黄土复合胶体，直接对高温点进行处理，使自燃发火的危害得到了彻底的解决。火区的成功治理，确保了矿井安全生产，经济及社会效益较明显。

黄土复合胶体；采空区；防灭火；治理技术

矿井火灾是煤矿重大灾害之一。矿井火灾不仅烧掉大量资源、材料和生产设备，产生大量的高温烟流和有毒有害气体，严重危害井下人员的生命安全，而且常诱发瓦斯、煤尘等次生灾害事故，使得灾难进一步扩大。国内外很多学者就矿井火灾问题进行了深入的研究，根据不同的井下条件设计了多种防灭火技术，如注水注浆防灭火技术、注砂防灭火系统、充填堵漏防火技术、氮气防灭火技术、均压防灭火技术、凝胶防灭火技术、复合凝土防灭火技术等等。充填堵漏防灭火的原理就是借助于不同位置所产生的静压或充填泵提供的动压，将不燃材料的水溶液注入破碎煤体，经过化学变化或物理变化，形成黏稠的浆液或胶体，密实充填煤体缝隙，堵住漏风通道；并且，其中的水分或化学物质渗入煤层内，黏附于破碎煤体表面形成阻氧膜，惰化了煤的氧化性能；同时，所含的水分蒸发可降低煤体的温度，延缓其自热氧化速度，破坏煤的自燃条件，延长其自燃发火期，从而达到防火的目的。目前，常用的包括固化泥浆防火技术、化学凝胶防火技术、胶体泥浆防火技术等。

1　工作面发火过程及采取措施

窑街煤电金河煤业有限责任公司一号井位于兰州市红古区窑街镇，设计生产能力90万t／年。煤种为弱黏煤，煤层为Ⅱ类自燃煤层，自燃发火期为3～6个月，最短发火期为55天。16211工作面位于六采区西南部，自2006年3月1日开始回采。由于改造切眼附近顶板破碎，工作面推进速度缓慢，于8月初采空区出现CO，浓度0．003%，温度27℃，工作面老塘出现发火征兆，发现这一情况后，立即在回风巷敷设灌浆预埋管路，开始随采随灌。采空区CO浓度基本稳定在0．001 7%以内，并有下降趋势，消除了这一发火隐患。至2007年2月10日，工作面推采由于工作面挂网初期，顶板破碎，打注锚杆、锚索工作量大，工作进度缓慢。采空区遗留大量虚煤，导致采空区一氧化碳呈上升趋势，CO浓度最高达0．023 7%，温度32℃。

经采用采空区注氮、预埋管灌浆、减小工作面风量、插管注水和喷洒阻化剂等综合防灭火措施，才将CO浓度降至0．002 3%，基本稳定。为了进一步搞好该面防灭火工作，彻底消除发火隐患，金河公司计划将16211回风巷上平巷、排放巷和联络巷上段封闭，形成新的回采系统。但是由于火区的发展未能得到抑制，后检测到乙稀气体。

2　自燃区域分析及火区治理技术研究

根据工作面实际情况的研究，煤层容易自燃，现场实际观测得到的最短自燃发火期为1个多月。16211工作面采用放顶煤技术开采，其采空区浮煤厚度很大，超过了煤自燃的监界浮煤厚度。在采空区一定深度处（氧化升温处），氧气浓度大于煤自燃的下限氧浓度，漏风强度小于极限漏风强度，因而该处煤温有上升趋势。如果工作面不动或推进缓慢，则该处遗煤长期处于氧化升温区，就有可能温度升高而着火。16211工作面改造缩面时间历时达50余天，已超过其自燃发火期，故发生了煤层自燃。

2．1防灭火技术的选取

从对金河一号井16211工作面可能自燃的区域分析可知，对16211工作面防灭火技术应考虑以下因素：工作面产量大，高产高效，防灭火工作应重点加强预防，一旦有自燃迹象应能够迅速处理；工作面风量大，采空区漏风相对较大，采空区漏风是引起工作面自燃的重大危险因素，因此，应建设具有封堵漏风作用的防灭火技术。生产中采用惰气防灭火时，惰气容易泄漏，起不到大的防灭火作用，对封闭区注氮、二氧化碳等虽能够起到一定的作用，但采用能够堵漏或覆盖煤体并且有降温作用的技术才是解决难题的关键，故对16211工作面采用新型防灭火技术—黄土复合胶体。

2．2黄土复合胶体注浆流程

制浆系统、管路系统、胶凝剂添加、注胶钻孔等联合组成了注浆系统，注浆系统流程见图1。

图1　注浆系统流程示意图

1）高压水泵、浆液过滤筛、高压水枪、供水管路、浆液浓度检测装置等构成了制浆系统。制浆浓度最高可达到1∶1，较长时间灌浆可保证制浆浓度达到水∶土为1．5∶1。2）制浆完毕后，浆液通过管路自流到矿井下各个用浆地点，灌浆站与井下用浆地点标高约+1 560 m，高度落差在700 m左右，输浆管路倍线系数约为6。3）矿用移动式注浆装置、泥浆分流装置、泥浆控制装置构成了胶凝剂添加系统。把“FCJ12复合胶体胶凝剂”溶于水通过“移动装置”加压进入分流装置与泥浆混合。4）钻孔：使用井下75型钻机按钻孔设计要求把“一次成孔注浆钻杆”钻进煤体及采空区，利用钻杆向采空区注胶，钻孔内径为50 mm。

3　火区治理方案实施

本次工作面火区治理以灭火为主，封堵为辅。在可能实现的前提下确定火源点或高温点并对其进行扑灭，并同时保证封堵效果。

1）从密闭墙和施工联络巷向切眼后方采空区位置施工钻孔，钻孔终孔位置在切眼后方约10～30 m处，高度在煤层顶板上部约2 m左右，钻孔间距为10 m。2）注胶系统准备好后，向采空区注胶。注胶时3根钻孔同时使用，并有1个钻孔备用，每个钻孔注浆4 h后便需重新更换钻孔。每个钻孔都注过后，再重新按顺序补注1遍，如此重复至每个钻孔的注胶压力值达到一定值。

4　治理效果分析

经气体监测发现，封闭火区后进风侧气体中CO浓度下降迅速（最高为354×10-6cm3／m3），还处于较高水平。黄泥复合胶体注浆后，CO浓度迅速下降至10×10-6cm3／m3以下，封闭一段时间后维持在5 ×10-6cm3／m3。表明黄泥复合胶体已经将高温煤体包裹，由于O2和煤体无法直接接触，故煤体此刻处于窒息状态。启封前数天监测气体浓度为：CH4浓度为40%～50%，CO浓度为3×10-6～5×10-6cm3／m3，O2浓度为1%～2%。启封后进入封闭工作面勘察现场情况，具体情况为：进风侧、回风侧CH4浓度分别约为0．8%、1．5%；进风侧、回风侧CO浓度分别约为4×10-6cm3／m3、12×10-6cm3／m3。

火区监测到的数据均在固定范围内，此次火区治理目的已达到：火区内氧气含量下降到要求范围内；漏风通道得到封闭；高温煤体与氧气隔绝；采空区自燃隐患被处理。

5　结 论

根据窑街金河一号井16211工作面煤层自燃的特点，确定了向发生煤层自燃的采空区回风侧灌注泥浆、注复合胶体、封堵等的综合防灭火技术方案。通过实施该防灭火技术方案，成功地扑灭了该处煤层火灾，工作面CO浓度下降到10×10-6cm3／m3左右。

火区的成功治理，不仅使矿井安全生产得以正常进行，更重要的是对今后矿井防灭火的实施具有较好的现场参考价值。此次现场的实际应用也发现了该技术的一些不足，如充填流量受输送泵能力的限制，充填能力有限；复合凝土的制备要求较高，混合颗粒的粒径最大不应超过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，甘肃正宁人，2001年毕业于淮南工业学院，工程师，主要从事采矿工程和矿山安全方面的技术及管理工作（E-mail）jhbwx1976＠126．com