正善煤业2204 工作面黄泥灌浆技术应用实践

刘中华

（山西汾西正善煤业有限责任公司，山西 吕梁 033000）

1 工作面概况

2204 工作面地面位置位于工业广场以东540 m，井下位置正善煤业井田中北部，东邻2206 材料巷（实体煤层未掘），北邻刘庄村保安煤柱，南邻井田工业广场及三条大巷保安煤柱，西邻2202 工作面（已回采）。该工作面可采走向长1022.6 m，倾斜长167 m，煤层倾角5°～13°，斜面积为170 774.2 m2，2# 煤厚1.10 m，容重1.42 t/m3，工业储量266 749.3 t，回采率按97%计算，可采储量258 746.8 t。2204 工作面停采线位置为：材巷103#点前7 m、运巷103#点前7 m。

工作面采用走向长壁后退式综合机械化采煤,采煤机为MG250/600－AWD 型，运输刮板输送机型号为SGZ-764/630 型，ZY3200/12/29 型液压支架支护顶板，自然垮落法管理顶板。采高：根据煤层赋存情况及采煤机的技术特征及液压支架、采煤机的高度，确定工作面沿2#煤上、下层顶底板割煤见顶见底，确定工作面平均采高为2.2 m。

2 煤层自燃倾向性、爆炸性

根据2020 年综合测试鉴定《煤层自燃倾向性鉴定报告》的结果，2204 工作面所掘进的2 煤层具有自燃发火倾向性，其自燃倾向性质为自燃，吸氧量0.64 cm3/g，自然倾向性等级为Ⅱ类自燃，最短自然发火期天数为84 天。根据2020 年山西省煤炭工业厅综合测试中心提供《煤尘爆炸性鉴定报告》，本工作面所回采的2 煤层具有煤尘爆炸性，火焰长度大于400 mm，煤尘层最低着火温度260 ℃，煤尘云着火温度最低为520 ℃。

依据2020 年《煤层自燃倾向性鉴定报告》对矿井瓦斯等级鉴定结论为：全矿井绝对瓦斯涌出量为2.60 m3/min，相对瓦斯涌出量为2.01 m3/t；回采工作面绝对瓦斯涌出量最大是1.22 m3/min；掘进面最大绝对瓦斯涌出量是0.38 m?/min。根据《煤矿安全规程》第169 条规定，正善煤业矿井属于低瓦斯矿井[1]。

3 喷洒阻化剂

3.1 喷洒地点及周期

2204 工作面在回采期间利用检修时间，每天对上、下隅角与工作面支架间喷洒阻化剂，保证喷洒量，以阻止采空区遗煤氧化。

3.2 喷洒设备、材料及喷洒工艺

采用移动式阻化剂喷洒压注系统：选用BZ-40/2.5型矿用阻化喷射泵，工作泵压为0.2～2.5 MPa，功率为3 kW，喷射量为11～40 L/min，采用电动方式喷洒阻化剂。阻化剂选择：2204 工作面末采期间选用工业氯化钙作为阻化剂对工作面进行喷洒。储液箱、注液泵等主要设备放置在2204 材巷中，并随设备列车的推进随时移动。使用直径Φ13 mm×20 m 的高压胶管从阻化剂泵车开始连接，沿着工作面电缆槽铺设覆盖全工作面，接头处使用三通Φ13 mm的接头连接，支管选用直径Φ13 mm×20 m 的胶管连接，胶管口安装阀门。阻化剂浓度的合理性是降低成本、提高阻化效果的重要方面。根据以往经验[2]，w（CaCl2）=20%的CaCl2溶液阻化率较高，阻化效果较好；w（CaCl2）<20%的CaCl2溶液阻化效果逐渐减弱；w（CaCl2）超过20%的CaCl2溶液阻化效果未见明显增强但成本变高，因此，阻化剂质量分数控制在15%～20%之间为最佳，本措施阻化剂质量分数暂定为20%。

3.3 阻化剂量计算[式（1）]

式中：G 为按重量计算浮煤一次喷洒量，t；K1为一次喷洒加量系数，一般取1.1；K2为松散煤（浮煤）密度，K2=0.8 t/m3；L 为工作面长度，145 m；B 为一次喷洒宽度，2.25 m；h1为底板浮煤厚度，取h1=0.01 m；A1为原煤（浮煤）的吸液量，取A1=0.047 t/t。

式中：G 为按质量计算浮煤一次喷洒量，0.17 t；C 为阻化剂质量分数，20%；V 为阻化剂量，L。

故V=0.13/0.2=0.65×1 000 L/t=650 L。

4 黄泥灌浆

2204材、运两巷同时注浆。

4.1 灌浆站制浆设备

安装制浆设备1 套，机械制浆系统由喂料机、制浆机、皮带机、计量设备、过滤、水流量计、水量调节阀、成品池组成。系统为成套设备，集输送破碎、搅拌过滤、自动配料于一体。有PLC 集中控制系统，控制设备的运行状态和制浆参数等。具有电动、手动、自动三种方式切换功能。

流程为选择满足灌浆要求的浆料原料（黄泥、水等）；通过喂料机将原料输送至制浆机，制浆机集配料、磨削、搅拌、过滤功能于一体；通过采用PLC 控制系统，控制给料机和制浆机及带式输送机的运行；由PWS 工业平板显示设备运行及成料参数；过滤过滤控制浆液细度；控制黄泥、水的比例调节浆液浓度，在日常工作中要加强对灌浆设备的保养与维护。

4.2 灌浆方法

灌浆管路铺设至工作面采空区，在工作面发现有自然发火征兆时进行随采随注。在工作面进行下山回采作业时，管路铺设至工作面，采空区不留设灌浆管路。采用工作面在回采结束密闭后，则需进行采后预防性灌浆。通过在密闭墙预留灌浆孔进行灌浆，灌浆泵连接灌浆管向密闭内连续灌浆直至达到设计浆量或无法注入为止。工作面布置图，如图1 所示。

图1 工作面布置图

注浆管路铺设路线，地面集中灌浆站→回风井→南回风石门→2#煤回风下山→2204 运回联巷（2204材回联巷）→2204 运输巷密闭（2204 材料巷密闭）→2204 工作面采空区；注浆管道直径选用D108×4.5 mm无缝钢管作为井下灌浆用管道；黄泥灌浆设备；矿井建立了地面集中黄泥灌浆站，装备注浆系统为ZFM-90 型。

4.3 灌浆系统

1）制浆流程为制浆前检查各种设备是否完好；制浆设备的所有阀门是否在正确的开关位置；供水系统保证畅通无阻；照明设备保障到位[4]。制黄泥浆前应将黄土放到灌浆站堆土场，连接好供水管路。先注清水冲刷管路，确保管路畅通无堵塞及跑冒滴漏现象。制浆完成后，反复清洗设备，将设备内遗存的杂物清清洗从刷出去，关闭下浆孔及泄水孔闸门，以备下次使用。注浆施工流程图，如图2 所示。

图2 注浆施工流程图

2）黄泥浆制备操作，使用的土要均匀，防止大块土进入灌浆泵。用量杯检查泥浆浓度保证配浆符合质量比20%～25%，每4 h 检查一次，一天检查2 次，不可太稀或太稠，防止堵管，泥浆浓度符合要求。在下浆孔安装设置好过滤篦子，灌浆过程中要随时检查清理石子、树皮、草根及其它杂物，防止下浆输送时堵孔、堵管现象。灌浆时的操作，灌浆时，灌浆站必须保证有两名灌浆工，一人向灌浆设备内装土，一人在操作灌浆设备并清理杂物。

3）灌浆施工注意事项，操作人员要时刻关注灌浆设备运行状态，设备运转出现异常情况时要立即停机检查进行处理。灌浆前，首先对给水加压冲洗管路，井下管路流水说明已畅通，连接灌浆孔进行灌浆。

4）灌浆施工完成后，关闭灌浆管路的阀门，加压给清水冲洗灌浆管路，冲洗时间一般不少于30 min，清理灌浆设备。工作结束后，要核实本班灌入的黄土量、灌浆地点、灌浆时间及其其他各种参数、灌浆途中出现各类影响灌浆情况及时记录，并将本班工作情况详细记入灌浆台帐，及时汇报给负责人及通风调度。

4.4 灌浆参数

按采空区灌浆所需土量计算，如式（3）所示：

式中：Q土为灌浆用土量，m3；M 为煤层高度；L 为灌浆区走向长度；H 为灌浆区的倾向长度；C 为采煤回收率；K=0.1，灌浆系数。

工作面煤层高度2.2 m，走向长度60 m，倾向长度170 m，回收率97%。

灌浆用水量，如式（4）所示：

式中：Q水为灌浆用水量m3；K水为制浆冲洗管路的水量备用系数，取1.1；S 为水土比，取1∶4。

式中：Q水为灌浆所需水量；Q土为灌浆所需土量；泥浆制成率，按表取得m=0.91。

4.5 注浆制度及施工完成

井上巡检人员巡查各个设备设施，井下人员检查灌浆管路有无跑水跑浆，一切正常后联系井上工作人员说明情况后，方可进行开机进行灌浆工作。灌浆班次为早班，每班6 人灌浆，每天灌浆量用土量为40 m3，根据水土比1∶4，用水量为160 m3，制浆量为200 m3，每天灌浆时间为4 h，每小时灌浆量为50 m3，根据上述数据得出灌浆时长为54 d。平时灌浆注意观察泥浆池中泥浆的高度，当泥浆高度不在变化时停止灌浆。达到计算灌浆量时，停止灌浆。

5 结语

通过对2204 回采工作面采空区进行采后预防性采取黄泥灌浆方案。研究灌浆材料，灌浆参数，灌浆工艺流程及施工步骤，制浆设备的选择，确保了2204 工作面黄泥灌浆达到预期效果。通过黄泥灌浆灭火技术应用实践，保证了矿井安全生产。