综放工作面采空区灌浆防灭火技术研究

2022-11-06冀文俊

山西化工 2022年7期

冀文俊

（汾西矿业矿山救护大队，山西孝义 032300）

引言

综放是厚煤层开采时常用开采工艺，对提高矿井生产效益、煤炭产量等均有显著促进作用[1-2]。但是综放开采时受其自身开采工艺限制，采空区内容易遗留有大量煤炭，当煤层具有自燃发火倾向且采面采空区漏风时，采空区内遗煤有较大的自燃发火风险[3-5]。采面正常回采期间，随着采空区覆岩垮落、采面推进，采空区距离采面深度越深，氧气浓度越低，则遗煤自燃风险越小；但是当采面生产停滞或者遇地质构造推进速度缓慢时，则采空区内有充足氧气，容易导致遗煤氧化自燃[6]。现阶段矿井常用的采空区防灭火技术方法包括有减少漏风、注氮、灌浆、喷洒阻化剂、灌胶等技术措施[7]。文中就以山西某矿30905 综放工作面为工程背景，对采面使用的灌浆防灭火技术进行分析，以期为其他矿井类似情况下综放工作面采空区防灭火工作开展提供经验阶级。

1 工程概况

山西某矿产能为600 万t/a，现阶段开采9# 煤层，煤层赋存稳定，厚度6.9 m，自燃发火倾向性为II类。30905 综放工作面位于北翼3 采区中部，采面埋深平均350 m，除去东侧为采空区、南侧为北翼集中巷道外，其余两侧均为实体煤。9#煤层顶板以砂质泥岩、粉砂岩为主，在煤层上覆5.9 m 存在有厚度0.35 m煤；煤层底板以石灰岩、泥岩为主。30905 综放工作面设计走向1 923 m、倾向215 m，根据回采巷道揭露以及物探资料显示，采面回采范围内发育有落差介于1.5 m～3.9 m 断层，在地质构造影响带附近采面推进速度缓慢，同时采空区内遗煤量增大，虽然采用常规的间歇注氮、喷洒阻化剂等防灭火措施，但是采空区遗煤仍存在较大的自燃发火风险。为此，提出使用采空区灌浆方式进行防灭火。

2 灌浆防灭火技术应用

2.1 灌浆防灭火技术概述

采空区防灭火是煤炭生产时防灭火重点，灌浆防灭火是将浆材、水等按照一定配比混合，并经管路、钻孔等输送到防灭火区域，实现灭火或者预防。灌浆防灭火机理为：灌浆浆液覆盖到火区表面起到降温、隔绝氧气作用，同时浆液充填到缝隙也可隔绝火区与氧气接触。

现阶段矿井常用的灌浆方法包括有采前预灌、采后灌浆以及随采随灌等形式。采前预灌是在煤层开采前即进行灌浆，虽然可降低采面回采期间遗煤自燃发火几率，但是也存在成本高、针对性不强以及污染煤质等问题，在煤矿井下应用不广泛；采后灌浆过是采面开采完毕后，通过预先埋设管路或者地面钻孔向封闭区域内可能的自燃发火点进行灌浆，具有灌浆量大、防灭火效果好等优点，对密闭区自燃发火点可起到较好防灭火效果；随采随灌是伴随着采面回采及时向采空区内进行灌浆，及时消除采空区内遗煤自燃发火风险。

2.2 采面灌浆防灭火技术方案

采面正常回采期间可通过喷洒阻化剂、注氮等方式进行防灭火，当采空区内遗煤量增大且采面推进速度较慢，或者采面回风隅角、回风巷以及采空区内监测到有CO 等遗煤自燃发火标志性气体时，可进行采空区灌浆防灭火。

文中提出以采空区灌浆为主并辅助采用封堵采面进、回风隅角方式进行防灭火。具体防灭火设计方案为采面灌浆。

在30905 综放工作面采空区灌浆使用的浆液为黄泥浆，浆液水灰质量比确定为1∶2～1∶4，灌浆使用的浆液来源于矿井地面回风斜井灌浆站。井下灌浆管路长度为2 569 m，灌浆主要集中在早班以及中班，每班灌浆时间均为7 h，灌浆量设计为60 m3/h。在30905 综放工作面回采期间，从采面内从回风巷向进风巷方向铺设一趟DN100 mm 灌浆管路，具体如下页图1 所示。通过现场监测发现，采空区内自燃三带分布范围分别为0～52 m、52 m～151 m、151 m 以外，根据采空区三带分布情况决定在在采面回风巷内每间隔50 m 布置一个阀门，通过阀门控制采空区灌浆量，当采面后方灌浆管路埋入采空区后45 m～50 m 范围时开始进行灌浆。

图1 采面灌浆管路布置示意图

根据现场情况采用理论分析计算达到采面正常回采期间灌浆量为569.5 m3/d，同时在灌浆过程中应注意观察采空区内返水情况，避免出现溃浆事故。在灌浆期间应避免大颗粒材料混入到灌浆管路中，同时在灌浆结束后采用清水及时对灌浆管路进行清洗，避免灌浆材料在管路内沉积；在冲洗完成后，应放掉管路中多余水分，避免出现管路堵筛，从而给后续灌浆工作开展带来制约。

采面上下隅角封堵。降低漏风量可减少采空区内氧气浓度，从而预防采空区遗煤自燃发火作用，因此本次对采面上下隅角位置进行封堵，从而减少采空区压差。具体采面上下隅角位置封堵，如图2 所示。通过在采面上下隅角未垮落位置堆砌袋子墙，可起到减少采空区漏风目的。

图2 采面上下隅角漏风点封堵示意图

2.3 防灭火效果分析

在采面回采期间采用束管监测采空区内气体成分，以便掌握灌浆防灭火效果。根据使用的KSS-200型束管监测结果得知，在采面使用以灌浆为主、采空区漏风点封堵为辅的防灭火技术措施后，采面在回采期间未监测到采空区内有CO，同时回风巷、回风隅角也未监测到CO 等自燃发火标志性气体。采面在回采期间无采空区遗煤无自燃发火迹象，表明文中所提灌浆防灭火技术取得较好应用成果。