粉煤灰注浆防火技术实践

【摘 要】五龙煤矿自然发火期短，受采掘应力影响，煤巷高冒区和松动圈发育，部分煤巷存在无法采用常规使用的注砂工艺进行防火的问题。为此，运用井下移动充填泵，对煤巷松动圈进行粉煤灰充填，封堵巷道裂隙，解决了上述防灭火难题。摸索出了有关煤巷注粉煤灰防火的一些经验。

【关键词】松动圈；防灭火；移动充填泵；粉煤灰

1 矿井自然发火情况

五龙煤矿为容易自然发火矿井，自燃发火期为3个月，在实际生产过程中最短发火期为15天（3321东风道高顶）。矿井采掘活动相对比较集中，冲击地压频繁，巷道压力大，在煤巷道掘进过程中，造成巷道变形严重，松动圈大，高冒区较多，巷道松动圈及高冒区自燃发火十分严重。

2 煤巷发火原因分析

五龙煤矿煤巷高温点主要分布在巷道向煤体内1.5m～3m的深度内。由于受冲击地压和采掘活动集中应力的影响，巷道周围煤体受到不同程度的破坏，在巷道周围煤体存在大大小小的裂隙和孔洞，这样就有了漏风风道，为煤巷发火提供了供氧条件。由于煤体裂隙孔隙率小，由巷道向煤体深部漏风量逐渐减小，煤体氧化温度不能及时带走，温度逐渐升高形成高温点或发火点。

3 煤巷粉煤灰防火方法

粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料。它是燃烧煤的发电厂将煤磨成100微米以下的煤粉，用预热空气喷入炉膛成悬浮状态燃烧，产生混杂有大量不燃物的高温烟气，经集尘装置捕集就得到了粉煤灰。粉煤灰的化学组成与粘土质相似，主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃尽碳。利用粉煤灰防火，为煤矿生产节支降成，收到了较好经济效益和社会效益，使粉煤灰在矿井防灭火中得到了广泛的应用[1]。

五龙煤矿对煤巷防火主要采取打观测孔、注水、阻化剂、凝胶、人工检测等方法，对巷道松动圈煤体温度升高或CO急剧上升时，对该段巷道进行挑顶放浮货然后对巷道进行包帮、喷浆、注砂充填等工作。但在利用传统注砂工艺充填巷道高冒区时，需要安排相应的打水窝子、接设排水管路、设排水泵及灌浆后环境处理等工作，影响生产系统。当煤巷不具备使用注砂工艺时，可采取注粉煤灰工艺，以弥补煤巷巷道松动圈防火方面的不足。该工艺是利用充填泵注粉煤灰，充填巷道与煤体中间部分的空间，有效的封堵煤体的漏风通道，利用粉煤灰浆包裹煤体，隔绝煤炭与氧气之间的接触，使煤体不被氧化，从而达到防火的目的。

4 粉煤灰参数确定

对所注的粉煤灰按照如下方案进行了配比实验。材料为矿用粉煤灰、水泥、清水，粉煤灰与水泥从5：1到10：1的比例配比（图1），加入清水搅拌至矿用理想状态，充分混合（图2），然后装入丝袋渗出水分半小时达到矿用理想沉淀状态（图3）。具体实验过程见图1～图3所示。

图1 粉煤灰与水泥材料

图2 粉煤灰与水泥混合 图3 混合物渗水沉淀物

通过上述实验得出，当粉煤灰与水泥体积比10：1状态下，其混合物的粘性、流动性符合井下回填要求。混合料（粉煤灰、水泥）与水体积比为10：4时，加水搅拌，自然沉淀缩水后，形成充填料。

5 充填泵的工作原理

对各注浆地点注粉煤灰时，使用BTK25型矿用充填泵。该泵主要分为电器系统、搅拌系统和输送系统组成。首先将机器供电系统开启，将充填料用皮带输送机或刮板输送机将粉煤灰的拌料输送至双螺旋的搅拌机内，物料在双螺旋搅拌机搅拌叶片的作用下，一边搅拌，一边将拌料输送至充填泵的料斗内，物料装置在泵送装置的作用下，利用交替推进的油缸将物料送到施工现场。

6 粉煤灰充填防火实验

五龙煤矿332回风下山为砌碹煤巷，由于采掘应力影响，高冒区发育明显，个别高冒区存在自然发火征兆。自然发火征兆高冒区内的CH4浓度为15%、CO2浓度为1.2%、CO浓度为0.012%、温度为45℃，前期所采用的防火措施是通过注水孔注水进行降温防火，后期采用注粉煤灰充填进行处理。

332回风下山巷道坡度为8°，注浆管路长度为180m，其中平巷距离30m，下山距离150m，高差达20.8m。由于粉煤灰脱水快，在下山与上山拐点处容易堵塞管路，给注粉煤灰防火实验带来一定的困难。为解决这一问题，经反复试验，采用了如下方法：注粉煤灰之前，在管路前端加一个海绵球，用粉煤灰推动海绵球，可以防止粉煤灰自然滑落而堵塞在管路拐点处，实现了下山巷道的顺利注粉煤灰。实验结果表明，充填后近一年的时间，该巷道高冒处CO及温度均比较稳定，没有上升趋势，这表明彻底消除了该处碎煤自然发火隐患。

7 结论

在煤巷高冒区和松动圈内，由于煤体松散，存在漏风通道和蓄热环境，容易发生自燃。在注砂等防火工艺施工条件不具备时，可以尝试采用注粉煤灰处理。以粉煤灰为主要材料再加入其它物质作为充填注浆材料是可行的，大量利用粉煤灰可节省工程费用、消除环境污染、少占农田、拓宽粉煤灰利用途径，可变废为宝，因而具有较大的经济效益和社会效益。在使用粉煤灰充填防火时，必须要有足够的巷道空间，适宜近距离施工。

参考文献：

[1]张宪明.粉煤灰在矿井防灭火中的应用[J].科技与企业，2012（8）.

作者简介：

赵士聪（1964―），男，辽宁省灯塔市人，1997年毕业于辽宁工程技术大学，现任阜新矿业（集团）有限责任公司通风处通风科科长，从事“一通三防”方面的工作。

基金项目：国家自然科学基金项目（51304112）；校基项目（SCDY2013029）。