煤矿火灾预防性灌浆方法研究

【摘 要】开采易自燃的煤层时，必须采取一定的防灭火措施，其中预防性灌浆是使用最为广泛、效果最好的一种措施。本文从灌浆系统、灌浆方法、灌浆参数三个方面对预防性灌浆方法进行了研究，所得结果对于煤矿火灾预防性灌浆工程实施具有一定的借鉴意义。

【关键词】煤矿；火灾；预防性灌浆

预防性灌浆就是将水、浆材按适当比例混合，配制成一定浓度的浆液，借助输浆管路输送到可能发生自燃的区域，用以防止煤炭自燃[1～2]，是使用最为广泛、效果最好的一种技术[3]。

1. 灌浆系统

1.1 浆液制备。

（1）当前浆液的制备方法有水力制备和机械制备两种。水力制备是利用高压水枪冲刷松散的粘土层使水土混合形成泥浆，具有制备简单的优点，但浆液浓度难以保证，防火效果差。

（2）机械制浆是按照一定的比例将制浆材料和水送入搅拌池，经搅拌机搅拌，输入注浆管路送至井下，其优点是浆液浓度容易控制，然而存在易堵管、输浆力度小、浆材要求高等不足。

（3）本文建议选择KDZS-1型多功能煤矿防灭火灌浆系统，该系统为移动式轻型设备，并可多组浆池协同灌浆、远距离输浆，经过滤后有多个输浆出口，可用黄土、粉煤灰等多种灌浆材料，具有设备简单、投资少、建设速度快、输浆力度大、防冻等优点。

1.2 灌浆站建设。

在风井场地建2个搅拌池和1个注浆池，浆池要设在较低的水平，池深和直径均为2m，池体用砖砌筑水泥抹面或用钢板焊接，其上固定搅拌器。搅拌池底部留有出料口，在浆液流入注浆池前设双层过滤筛子（孔径为10mm），搅拌池及注浆池侧面设800mm×800mm×2000mm下液泵坑两个，各安设离心式液下泥砂泵2台。灌浆系统连接如图1所示。

2. 灌浆方法

（1）预防性灌浆方法有多种，按照采煤与灌浆先后顺序关系，可分为采前预灌、随采随灌和采后灌浆。

（2）采前预灌就是在煤未开采之前对煤层进行灌浆，适用于老空区过多、自然发火严重的矿井；随采随灌就是随着采煤工作面推进的同时向采空区灌浆，主要有钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆，能及时对顶板冒落后的采空区进行灌浆处理；采后灌浆就等（是工作面）回采结束后，将整个采空区封闭起来后进行灌浆。

（3）这里采用随采随灌方法。为了保证及时、简便处理自燃隐患，设计采用埋管灌浆法（见图2）。采用埋管灌浆法前，沿采煤工作面进风巷或回风巷（根据进风巷和回风巷底板标高决定，一般选择底板标高相对较高的那条巷道）在采空区预先铺好灌浆管（工作面仰采时一般预埋10～20m钢管，俯采或平采时灌浆管预埋深度不小于50m），预埋管一端通采空区，一端接胶管，胶管长一般为20～30m，灌浆随工作面的推进，用回柱绞车逐渐牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆，要求工作面采空区能灌到足够的泥浆。

3. 灌浆参数设置

3.1 浆液的水固比设置。

泥浆的水固比是反映泥浆浓度的指标，是指泥浆中水与固体浆材的体积之比。水固比的大小影响着注浆的效果和泥浆的输送。泥浆的水固比越小，则泥浆浓度越大，其粘度、稳定性和致密性也越大，隔离氧气的效果也越好，但同时流散范围也越小，输浆管路容易堵塞；水固比大，则输送相同体积的土所用的水量大，包裹和隔绝效果不好，矿井涌水量增加，在工作面后方采空区灌浆时容易流出而恶化工作面环境。浆液的水固比应根据泥浆的输送距离、煤层倾角，灌浆方式及灌浆材料和季节等因素通过试验确定，一般情况下为4：1，冬季为5：1。

3.2 日灌浆所需浆材量。

Q材=K×M×L×H×C式中，Q材为日灌浆所需浆材量，m3/d； M为煤层采高，m；L为工作面日推进度，m；H为灌浆区倾斜长度，m；C为回采率，%；K为灌浆系数，为灌浆材料的固体体积与需要灌浆的采空区容积之比，一般取0.05～0.15。

3.3 日制浆用水量。

3.7 每小时最大灌浆量。

考虑到今后生产规模扩大和煤层发火不确定等因素，灌浆主管路按目前所需能力的1.5倍设计，则每小时最大灌浆量为：Q浆max =1.5Q浆2 式中，Q浆max 为每小时最大灌浆量，m3/h。

3.8 需要说明的是：灌浆系统的灌浆系数、水土比等各项参数在实际生产中必须根据煤层发火情况、输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料和季节等因素通过实验确定，以确保灌浆效果和生产的安全。

4. 灌浆材料选择

（1）颗粒要小于2mm，而且细小颗粒（粘土：≤0.005mm者应占60～70%）要占大部分。

（2）主要物理性能指标。

比重为：2.4～2.8t/m3，塑性指数为9～11（亚粘土），胶体混合物（按MgO含量计）为25～30%：含砂量为25～30%，（颗粒为0.5～0.25mm以下）容易脱水和具有一定的稳定性。

（3）不含有可燃物。

目前常用的灌浆材料有黄土、粉煤灰。

5. 结论

预防性灌浆是使用最为广泛、效果最好的一种煤矿开采防火措施。本文从影响灌浆防火效果最为关键的灌浆系统、灌浆方法及灌浆参数三个方面，进行了研究，所得结果对于相关工程实施具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1] 胡广扬，张淑兰. 中国煤矿火灾的防治[J]. 中国安全科学学报. 1992（01）.

[2] 张荣立.采矿工程设计手册[M]. 北京：煤炭工业出版社， 2003.

[3] 郑树良. 浅谈煤矿自燃火灾预防[J]. 技术监督纵横. 2000（09）.