摘 要：根據(jù)耿村煤礦易自燃煤層地質(zhì)條件，綜放開(kāi)采回采巷道沿煤層底板掘進(jìn)巷道為全煤巷道的特點(diǎn)，采取預(yù)防為主、綜合治理的方法，對(duì)全煤巷道的自然發(fā)火進(jìn)行防滅火實(shí)踐．利用壓注阻化劑水溶液，把巷道兩幫和頂煤高溫區(qū)內(nèi)煤體降低到常溫狀態(tài)；并對(duì)試驗(yàn)巷道進(jìn)行了黃泥注漿堵漏防火和壓注膠體泥漿防滅火現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，將巷道煤體的自燃隱患消滅在工作面前方，保證綜放工作面回采的順利進(jìn)行。 關(guān)鍵詞：易自燃煤層；全煤巷道；自然發(fā)火；黃泥注漿；膠體泥漿 1 概 述 義馬煤業(yè)集團(tuán)公司耿村煤礦1301采煤工作面是礦井的綜采放頂煤試驗(yàn)工作面，開(kāi)采二₃厚煤層，煤層傾角9°～12°，煤層厚度7．4—11．0 m，煤層普氏系數(shù)為1．0一1．5。煤層屬工類易自燃煤層。自然發(fā)火的決定因素是發(fā)火地點(diǎn)存在低溫氧化的浮煤、碎煤，同時(shí)向它供有足夠的氧氣以及煤炭氧化時(shí)有蓄熱準(zhǔn)備條件。 1301綜放工作面回風(fēng)、運(yùn)輸平巷沿二₃煤層底板掘進(jìn)，回采平巷采用工字鋼金屬棚式支架支護(hù)，巷道頂板為6．9m左右的頂煤，所以回采巷道為全煤巷道；由于煤的硬度低、節(jié)理裂隙發(fā)育，巷道的穩(wěn)定性差，主要表現(xiàn)為掘進(jìn)工作面易出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象；巷道采用11^#工字鋼金屬支架，配以木背板、塑料網(wǎng)護(hù)頂支護(hù)，因支撐式支架屬被動(dòng)支護(hù)，支架頂梁不貼頂，在支架頂梁上方易形成松散冒落區(qū)和冒落空洞，冒頂區(qū)內(nèi)風(fēng)量既能滿足碎煤氧化的需要，又因風(fēng)速低不能將氧化熱量帶走，熱量容易積聚，致使煤溫上升，逐漸達(dá)到煤的臨界著火點(diǎn)，直至出現(xiàn)自然發(fā)火現(xiàn)象，所以冒頂區(qū)是巷道自然發(fā)火的隱患區(qū)(點(diǎn))。 這些高溫區(qū)(點(diǎn))自熱的煤炭，一旦隨工作面推進(jìn)落人采空區(qū)，進(jìn)人工作面后方的自燃帶內(nèi)，往往引起采空區(qū)煤炭自然發(fā)火，出現(xiàn)采空區(qū)火災(zāi)，且火災(zāi)蔓延迅猛難以控制，使工作面防滅火工作更加復(fù)雜，所．以開(kāi)展全煤巷道的防滅火技術(shù)實(shí)踐十分必要。 2 全煤巷道的防滅火方法 2．1 巷道兩幫高溫區(qū)防火 (1)測(cè)定煤壁溫度。首先用測(cè)溫計(jì)測(cè)定巷道煤壁的表面溫度，根據(jù)巷道內(nèi)風(fēng)流溫度和煤壁溫度之差，初步圈定高溫區(qū)范圍。 (2)在煤壁高溫地段打鉆孔測(cè)溫。在圈定的高溫區(qū)范圍內(nèi)，以一定的間距打2～3m深的鉆孔，測(cè)定每個(gè)鉆孔內(nèi)溫度和鉆孔內(nèi)氣體成分，進(jìn)一步確定危險(xiǎn)區(qū)范圍，并在該區(qū)內(nèi)打防火鉆孔。 (3)處理煤壁高溫區(qū)。根據(jù)每個(gè)防火鉆孔內(nèi)溫度高低和氣體成分變化規(guī)律，分別壓注不同濃度的阻化劑水溶液。如果煤壁高溫區(qū)范圍大，煤壁溫度超過(guò)50～100℃時(shí)，先用5％的阻化劑(CaCl₂、MgC1₂)水溶液降溫，將煤體溫度降到30℃以下時(shí)，再用20％的阻化劑水溶液處理。 2．2 巷道頂板及冒落區(qū)的高溫區(qū)(點(diǎn))防火 巷道頂板如果冒落較高、范圍較大，可用阻化劑對(duì)巷道高冒垮落區(qū)進(jìn)行防火處理。對(duì)巷道頂板高溫浮煤，先在巷道內(nèi)向頂板浮煤區(qū)，打穿過(guò)高溫區(qū)的鉆孔，然后將側(cè)壁上鉆有小孔的鋼管插入鉆孔內(nèi)，封閉好鉆孔，將鋼管通過(guò)高壓膠管與液壓泵相連，啟動(dòng)液壓泵，將阻化劑水溶液壓人高溫區(qū)內(nèi)降溫防火。 由于煤的溫度低于70℃時(shí)，采用常規(guī)手段很難測(cè)出CO濃度，且煤的熱傳導(dǎo)能力低，高溫區(qū)中心與周圍煤炭的溫度差別很大。所以，用測(cè)量鉆孔內(nèi)煤體溫度和測(cè)量空氣中CO含量的方法來(lái)檢測(cè)冒頂區(qū)內(nèi)頂煤自熱情況較為困難，往往容易遺漏某些高溫點(diǎn)。為此，對(duì)于1301綜放工作面的回采巷道采取預(yù)防為主、綜合治理的防滅火技術(shù)。把高溫煤體降到常溫，并把回采巷道頂煤自燃隱患消除在工作面前方，以保證綜放工作面回采的順利進(jìn)行。 3 全煤巷道防滅火措施的實(shí)施 3．1 黃泥注漿堵漏防火技術(shù) 利用耿村煤礦風(fēng)井地面的黃泥灌漿系統(tǒng)，對(duì)1301綜放工作面回風(fēng)平巷頂板實(shí)施靜壓淺孔黃泥注漿，濕潤(rùn)頂煤，增加頂煤水分，起到降溫防火效果。同時(shí)黃泥漿中黃泥將頂煤中出現(xiàn)的各種裂隙膠結(jié)固化，起到堵塞漏風(fēng)通道，防止破碎頂煤自燃的作用。注漿漿液中水土質(zhì)量比為3：1—5：1。 對(duì)于回風(fēng)巷道頂部的冒落空洞區(qū)，采用頂板插管封閉注漿，注漿鋼管由人工直接插入；對(duì)于頂板完整的回風(fēng)巷道，每隔5m布置1排注漿孔，每排2個(gè)鉆孔，利用電動(dòng)鉆機(jī)打眼，鉆孔傾角45°，鉆孔深度>4 m。鉆孔內(nèi)下設(shè)直徑∮40mm，長(zhǎng)度≥3 m的注漿鋼管，注漿管最前端lm加工成花眼鋼管，便于漿液充分?jǐn)U散。注漿管插入鉆孔后，利用水泥砂漿封孔，封孔長(zhǎng)度0．5—1．0m。工作面回風(fēng)巷道內(nèi)全長(zhǎng)鋪設(shè)注漿干管，干管為直徑∮75 mm的無(wú)縫鋼管，利用橡膠管將所有注漿孔連接到注漿干管上。工作面回采前進(jìn)行連續(xù)集中黃泥注漿，確保煤體始終處于常溫，直到工作面回采時(shí)停止注漿。 3．2 壓注膠體泥漿防滅火技術(shù) 實(shí)踐證明，以充填為主的防滅火方法是解決煤層自然發(fā)火的主要途徑，如黃泥注漿和化學(xué)凝膠充填等。黃泥注漿被我國(guó)大多數(shù)自然發(fā)火礦井采用，但該方法存在流失量大，封孔措施要求高等缺點(diǎn)?；瘜W(xué)凝膠充填時(shí)存在充填材料成本高、充填量小的缺陷。為此研制出了一種充填量大、流動(dòng)性好，凝結(jié)時(shí)間短(可調(diào))、成本低、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的充填材料——膠體泥漿及其壓注工藝，即壓注膠體泥漿技術(shù)。 3．2．1膠體泥漿材料組成 膠體泥漿材料是一種特殊的混合物，它由主料黃土、配料水玻璃、促凝劑碳酸氫銨和水組成；主料和配料按一定比例加水稀釋后，攪拌成水玻璃泥漿，該漿液具有很好的流動(dòng)性能，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離輸送，不堵管，不凝結(jié)。當(dāng)水玻璃泥漿與促凝劑混合后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)迅速凝固，生成固結(jié)性膠體材料。 3．2．2膠體泥漿材料特點(diǎn) (1)成膠和凝固性能。當(dāng)水玻璃泥漿與促凝劑混合后迅速反應(yīng)生成固體，凝固時(shí)間可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)防滅火需要進(jìn)行選擇，通過(guò)調(diào)節(jié)促凝劑摻量大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，初凝時(shí)間最短僅幾秒鐘，最長(zhǎng)可達(dá)到幾分鐘。 (2)高水性能。膠體泥漿材料生成的凝結(jié)物質(zhì)是一種含量水很高的硅膠，含水率高達(dá)70％～ 80％，具有水的防滅火性能。 (3)滲透堵漏性能。高水泥漿成膠前充填于破碎煤體內(nèi)，滲透到煤層裂隙中，將破碎煤體膠結(jié)為一體，堵塞漏風(fēng)通道。當(dāng)受到壓力作用膠體材料破裂后，不會(huì)出現(xiàn)裂隙，僅改變高水泥漿的存在狀態(tài)，使其膠結(jié)更加緊密。 (4)抗風(fēng)化性能。實(shí)驗(yàn)室研究表明，在無(wú)風(fēng)干燥、溫度為20C的環(huán)境中，高水泥漿膠體析水風(fēng)化速度為8～12 mm／月，析水風(fēng)化速度與風(fēng)速、溫度和濕度有關(guān)。經(jīng)高溫烘干水分完全蒸發(fā)后，膠體變成白色固體。充填于煤體縫隙內(nèi)的高水泥漿膠體所處的環(huán)境風(fēng)速很低，空氣濕度在80％以上，析水風(fēng)化速度很小，而且析水風(fēng)化是由表向里的過(guò)程，所以膠體泥漿的抗析水風(fēng)化性能在巷道服務(wù)年限1～2年內(nèi)完全能滿足防火需要。 3．2．3壓注膠體泥漿工藝 利用地面灌漿站，將主料和配料與水混合攪拌后，由灌漿系統(tǒng)把水玻璃泥漿輸送到井下，在井下利用泥漿泵將促凝劑加入膠體泥漿中，混合后用橡膠管將膠體泥漿壓注到鉆孔中。 3．2．4應(yīng)用情況 1301綜放工作面運(yùn)輸平巷，巷道跨度大，進(jìn)風(fēng)風(fēng)流中O₂含量高，受移動(dòng)支承壓力的作用，巷道頂板松動(dòng)下沉，局部出現(xiàn)頂板冒落空洞區(qū)。為有效地防止空洞區(qū)內(nèi)的高溫點(diǎn)或自燃點(diǎn)，同時(shí)杜絕高溫點(diǎn)落人采空區(qū)內(nèi)，決定對(duì)運(yùn)輸平巷頂煤壓注膠體泥漿防滅火。該技術(shù)實(shí)施后巷道在使用期間未出現(xiàn)頂煤自燃現(xiàn)象。