某煤矿15号煤层注浆防灭火技术研究

【摘 要】 针对某煤矿15号煤层自然发火期短、容易自燃的问题，采用注浆防灭火技术，通过对注浆系统的设计、注浆材料的选择、注浆参数的计算、注浆工艺的优化及注浆设备的选择等，并建立注浆区温度和气体成分的监测、防灭火注浆台帐等一系列效果考察方法。经实践证明该技术适用于该煤矿，并可取得较好效果，为类似煤层自燃防治提供借鉴作用。

【关键词】 煤层 自燃 注浆防灭火

1 概况

该煤矿井田面积5.8196km2，井田内15号煤层保有资源/储量为40.02Mt。经计算，矿井设计可采储量为23.24Mt。矿井设计生产能力为1.2Mt/a，矿井服务年限为13.8a。该煤矿15号煤层吸氧量为0.47cm3/g，15号煤层自燃倾向为Ⅱ类，属自燃煤层，自然发火期测试结果为65天。煤炭自燃不仅会释放出有毒有害气体，还可能引发瓦斯、煤尘爆炸从而危及矿工生命安全。因此，为了防止15号煤层自燃，采用注浆防灭火技术对其进行治理。

2 注浆防灭火系统设计

预防性注浆是使用最为广泛、效果最好的一种防止煤炭自燃的技术。所谓的预防性注浆技术就是指将水和注浆材料按适当的比例混合，配制成一定浓度的浆液，经过铺设的输浆管路利用自燃压差或泥浆泵送到可能发生煤炭自燃的区域，以防止自燃火灾的发生。该煤矿矿井附近黄土资源丰富，依据各注浆系统的适用条件，适合建立地面注浆防灭火系统。

2.1 注浆系统的选择

注浆系统基本分为集中注浆、分散注浆。集中注浆一般适用煤层埋深较深，采区生产集中等条件；分散注浆一般适用煤层埋深较浅，土源丰富可就地开采等条件。

2.2 注浆材料、制浆注浆方法

采用的制浆系统为制浆料由采土场用货车运至注浆站土场，用刮板输送机将黄土送入制浆机的制浆池内。

2.3 注浆参数计算及选择

①注浆系数（K）。注浆系数，为灌浆材料的固体体积与需要注浆的采空区容积之比，K取0.05。灭火注浆系数视灭火情况可相应加大。

②土水比。随着煤层倾角、注浆方式、处理对象、注浆季节、输浆倍线的不同对它应作相应的改变，采空区注浆通常以1：2～1：5，设计夏季取1：3，冬季取1：4。

2.4 注浆量计算及选择

预防性注浆量的确定主要取决于注浆形式、注浆区的容积等。对于采前预注浆和采后封闭停采线以充满注浆空间为准。

地面注浆管道一般选用铸铁管；井下注浆管道采用无缝钢管，其钢管直径取108mm；工作面管道直径取4寸胶管。井下输浆管路应避免“两头高、中间低”的布置方式，并尽量减少弯头。

3 注浆方法及设备

3.1 注浆方法

根据采煤与注浆先后顺序关系，预防性注浆方法可分为：采前预注、随采随注和采后注浆。为了保证及时、简便处理自燃隐患，设计采用埋管注浆法。采用埋管注浆法，沿回风巷在采空区预先铺好注浆管（一般预埋15-20m钢管），预埋管一端通采空区，一端接胶管，胶管长一般为20-30m，注浆随工作面的推进，用回柱绞车逐渐牵引注浆管，牵引一定距离注一次浆，要求工作面采空区能注到足够的泥浆，具体情况布置如图2所示。

为防止注浆管路过程中出现封堵墙垮塌情况出现，可采取预先埋设注浆管路，即将注浆管路埋入采空区一定距离后（20-30m）开始注浆，同时将第二根注浆管路埋入采空区，以此循环。注浆管路埋设距离可根据注浆效果进行调整。

当矿井采用下行开采方式时，为防治注浆水从采空区流入工作面运输机到或顺槽内，注浆管路埋入采空区距离为35-40m后，开始注浆。工作面顺槽内设置有水沟和集水坑，并配备小水泵，能够满足工作面下行开采时的涌水和浆液析水的排放要求。

对回采工作面上、下隅角每隔一定距离进行充填封堵，并及时清理支架间落煤，减少遗煤进入采空区。每天检修班封堵采煤工作面两隅角，及时堵塞漏风通道，装袋对上、下隅角全断面封堵。

3.2 注浆设备

4 注浆防灭火效果考察

4.1 注浆区温度和气体成分的监测

派专人定期检查注浆灭火区、注浆防火工作面及采空区内的气体、煤温和出水温度，利用火灾束管监测系统对采空区“三带”内的气体分成进行考察。采集气体的地点为：回风巷、上隅角、采空区氧化带回风侧；通风火区的密闭墙内侧或钻孔内。

采用人工取样在地面进行气体分析时，取样必须使用专用取样袋或取样器，取样后应在5 h内送到地面实验室进行色谱分析；注浆防火区域定期对各取样点取样化验；注浆灭火封闭区域内每天取一次样；回采工作面或其他地点在发火期间（未封闭的情况下）每班取一次样化验分析。

4.2 建立防灭火注浆台帐

注浆防灭火台帐主要包括注浆区位置、钻孔工程、注浆工程、注浆量、防灭火密闭墙工程、泥浆分布状况等。

5 结语

针对该煤矿15号煤层自然发火期短、容易自燃的问题，采用注浆防灭火技术对其工作面进行了治理，主要通过对注浆系统的设计、注浆材料的选择、注浆参数的计算、注浆工艺的优化及注浆设备的选择等，建立注浆区温度和气体成分的监测、防灭火注浆台帐等一系列效果考察方法。经实践证明注浆防灭火技术在15号煤层取得了较好的应用，工作面末出现煤层自燃现象，保证了工作面正常工作。

参考文献

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