膠體防滅火技術(shù)在巷道頂煤自燃治理中的應(yīng)用2

1、利用膠體防滅火技術(shù)治理巷道頂煤的反復(fù)自燃摘要：分析了棗泉礦11201巷道頂煤反復(fù)自燃的原因，通過(guò)以打鉆注膠為主、輔以注水的滅火措施，熄滅了巷道頂煤深部的火源，并插入MJ-8煤層火災(zāi)檢測(cè)管對(duì)火源位置進(jìn)行了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，再通過(guò)巷道進(jìn)行噴漿，堵塞煤體內(nèi)的漏風(fēng)通道，從根本上治理了巷道松散煤體反復(fù)自燃問(wèn)題。關(guān)鍵詞：巷道煤體；反復(fù)自燃；高分子膠體Abstract: Analysing the reasons of roadway coal repeated spontaneous combustion of No.11201 lane way in ZaoQuan Mine, and after the us

2、ing of the fire prevention measure that drill and inject colloid, supplemented by injecting water, the fire in deep roadway roof coal was extinguished. The fire sources were monitored chronically and in real time by inserting the MJ-8 coal fire detection tube. In order to plug the leakage channel in

3、 coal body, concrete was sprayed to roadways, which fundamentally solved the repeated self-ignited problem of loose coal in roadway.Keywords: roadway coal; repeated spontaneous combustion; polymer colloid神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)下屬的棗泉煤礦位于寧夏靈武市東南62km的毛烏素沙漠邊緣，2#煤層是該礦的主采煤層，煤質(zhì)屬特低硫、低灰、低熔點(diǎn)、較高發(fā)熱量、較高水分、半暗型的不粘結(jié)煤，煤種單一。該煤層瓦斯含量

4、極低，煤塵具有爆炸性，爆炸系數(shù)為34.66，屬極易爆炸煤塵；煤的自燃傾向性為級(jí)，屬易自燃煤層，最短自燃發(fā)火期為18天。0 工作面巷道概述棗泉礦11201工作面位于2煤層中，工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度3025m，推采長(zhǎng)度2700m，進(jìn)、回風(fēng)巷道均沿巷道上幫側(cè)底板掘進(jìn)，進(jìn)風(fēng)巷設(shè)計(jì)為矩形巷道，凈寬5.4m，凈高3.5m，主要用于進(jìn)風(fēng)、行人、運(yùn)煤；回風(fēng)巷設(shè)計(jì)為矩形巷道，凈寬4.6m，凈高3.5m，主要用于回風(fēng)、行人。進(jìn)、回風(fēng)巷道均采用錨桿支護(hù)。煤層老頂為中粒砂巖、粉砂巖，直接頂為炭質(zhì)泥巖，直接底為粉砂巖、炭質(zhì)泥巖，老底為細(xì)粒砂巖。風(fēng)、機(jī)巷道內(nèi)的斷層情況分別為，風(fēng)巷1241m處存在DF12斷層，1307m處存在斜穿

5、工作面的大斷層DF13，DF13斷層在機(jī)巷的位置為2148m，機(jī)巷除該斷層外，在停采線位置還存在DF16、DF15斷層。1 巷道反復(fù)自燃原因及高溫范圍分析11201工作面巷道頂部留煤厚超過(guò)4m，所處煤層直接頂為薄層狀，水平層理，松軟易破碎，具滑面，易脫層的炭質(zhì)泥巖，又巷道寬度達(dá)到5m左右，在掘進(jìn)動(dòng)壓和工作面回采動(dòng)壓影響下，巷道頂煤受壓而易破碎、易離層，頂煤內(nèi)裂隙發(fā)育，尤其是在斷層附近，頂煤更易冒落，松散度大，裂隙更加發(fā)達(dá)，支護(hù)后，巷道頂部棚網(wǎng)上有大量松散煤體，巷道通風(fēng)為松散煤體供氧創(chuàng)造了條件，巷道風(fēng)流在各種動(dòng)力作用下滲流進(jìn)入煤體，使煤體氧化放熱；巷道松散煤體通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流等過(guò)程向周?chē)h(huán)境散熱，

6、但頂煤冒落空洞和離層空隙阻礙頂煤傳導(dǎo)散熱，近似絕熱壁，因此巷道松散煤體的初始氧化在距離巷道頂板表面一定的深度的地方，隨著不斷的繼續(xù)供氧，氧化高溫點(diǎn)逐漸向煤體表面（即頂板）移動(dòng)，最終出現(xiàn)明火。1-211201工作面巷道自2008年10月16日開(kāi)始掘進(jìn)施工，至2010年7月，曾在巷道頂板多處多次反復(fù)發(fā)生煤體自燃現(xiàn)象，且部分地點(diǎn)伴有明火產(chǎn)生，對(duì)這些地點(diǎn)雖然進(jìn)行打鉆注水、噴漿等處理，高溫點(diǎn)或著火點(diǎn)已經(jīng)被控制或者熄滅。但由于自燃位置在巷道頂板上，用水滅火時(shí)，水不能堵塞松散煤體內(nèi)的漏風(fēng)通道，也不能滯留在發(fā)火位置，且易行成固定的通道流動(dòng)，流過(guò)發(fā)火位置后僅使煤體表面溫度降低，煤體內(nèi)部溫度依然較高，導(dǎo)致火源位置

7、向頂煤深部移動(dòng)；水的沖刷將煤體表面的灰分帶走，又露出新的煤體表面，且滅火時(shí)，水的劇烈蒸發(fā)會(huì)增加煤體的孔隙率，使漏風(fēng)通道更加順暢；又由于巷道頂板煤體破碎嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，煤體內(nèi)漏風(fēng)通道四通八達(dá)，很難徹底堵漏；巷道煤壁表面的噴漿在礦壓的作用下，表面產(chǎn)生裂隙，不能有效堵塞漏風(fēng)通道，因此工作面巷道自燃雖經(jīng)多次治理，但自燃仍反復(fù)發(fā)生，火源在巷道頂煤內(nèi)的位置也更加深入、隱蔽，火源位置的探測(cè)更加困難。2 高分子膠體防滅火技術(shù)介紹膠體防滅火技術(shù)集堵漏、降溫、阻化、固結(jié)水等性能于一體，已成為煤層自燃火災(zāi)治理的主要技術(shù)手段之一。因此，選擇高分子膠體防滅火技術(shù)作為棗泉礦11201面巷道防滅火的技術(shù)。2.1高分子膠體防

8、滅火材料高分子膠體主要由水和高分子膠體滅火劑構(gòu)成。高分子膠體滅火劑能使水發(fā)生膠凝，形成彈性膠體，膠體滅火劑的的用量為0.8%，成本較低。高分子膠體如圖1所示。 圖1 高分子膠體該膠體滅火劑的主要用途和性能特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)水的液固轉(zhuǎn)化，使水在指定地點(diǎn)停留；克服注水流失量大、水的利用率和效率低等問(wèn)題；解決凝膠成膠原料運(yùn)輸量大、種類(lèi)多、現(xiàn)場(chǎng)配比難、受壓易開(kāi)裂等問(wèn)題；充填于松散煤體裂隙內(nèi)，起到包裹煤體、封堵漏風(fēng)、降低煤溫、長(zhǎng)期阻止煤自熱的作用，實(shí)現(xiàn)快速控制火勢(shì)和滅火。2.2注膠設(shè)備及工藝流程針對(duì)巷道火災(zāi)發(fā)火地點(diǎn)不確定，整條巷道任何地點(diǎn)只要煤體自燃條件具備都有自然發(fā)火的可能性，因此選用ZHJ-5/1.8G礦用

9、移動(dòng)式防滅火注漿裝置來(lái)制備和壓注高分子膠體到需要防滅火的地點(diǎn)。ZHJ-5/1.8G礦用移動(dòng)式防滅火注漿裝置主要由防爆電機(jī)、減速機(jī)、螺桿泵、滅火劑定量送料總成、無(wú)級(jí)調(diào)速機(jī)、齒輪泵、傳動(dòng)裝置、流量計(jì)、壓力表及管路等組成。注膠工藝流程見(jiàn)圖9，利用“ZHJ-5/1.8G煤礦用注漿機(jī)”，將滅火劑按一定比例與水混合后，注入防滅火區(qū)域。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，滅火劑添加量可做適當(dāng)調(diào)整。 圖2 高分子膠體壓注工藝3 應(yīng)用高分子膠體防滅火技術(shù)治理巷道煤體的反復(fù)自燃3.1 治理過(guò)程針對(duì)11201工作面巷道長(zhǎng)度長(zhǎng)、火源點(diǎn)多、位置深、反復(fù)自燃的實(shí)際情況，采取的治理思路是：首先詳細(xì)探查并確認(rèn)巷道內(nèi)的火源位置，然后采取打鉆以注膠體

10、為主輔以注水的滅火措施，以降低松散煤體溫度，熄滅火源點(diǎn)，再在火源位置插入監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；與此同時(shí)，對(duì)巷道表面進(jìn)行再次噴漿，封堵向巷道松散煤體內(nèi)的漏風(fēng)，從而達(dá)到徹底治理巷道松散煤體自燃的目的。1）火源位置的確認(rèn)和監(jiān)測(cè)2010年7月底對(duì)11201工作面進(jìn)、回風(fēng)巷道的火源點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的探查。經(jīng)表面溫度和氣體成分的詳細(xì)探查，在進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)未發(fā)現(xiàn)火源點(diǎn)；回風(fēng)巷內(nèi)巷道煤壁的溫度整體較高，且在回風(fēng)巷內(nèi)發(fā)現(xiàn)了8個(gè)位置存在自燃火源，分別是1250m、1434m、1440m、1580m、1590m、1618m、1660m、1665m，其中1580m、1618m、1660m、1665m位置自燃現(xiàn)象較為嚴(yán)重。為能更

11、好的了解自燃火源的發(fā)展情況和評(píng)價(jià)治理效果，需要對(duì)頂板松散煤體表面和深部的自燃火災(zāi)參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，使用MJ-8煤層火災(zāi)監(jiān)測(cè)管能很好的解決這個(gè)問(wèn)題，它能監(jiān)測(cè)巷道松散煤體表面和深部的自燃火災(zāi)參數(shù)，監(jiān)測(cè)參數(shù)主要為溫度和氣體。MJ-8煤層火災(zāi)監(jiān)測(cè)管主要由束管、溫度傳感器、高溫導(dǎo)線、釬頭、管體、連接頭、砸墊、數(shù)字式溫度表等組成（見(jiàn)圖3）。監(jiān)測(cè)管的釬頭內(nèi)安裝有束管和溫度傳感器，將監(jiān)測(cè)管砸入松散煤體，可抽取束管內(nèi)的氣體進(jìn)行成分分析，并用配套的數(shù)字式溫度表測(cè)取煤體溫度。圖3 MJ-8煤層火災(zāi)監(jiān)測(cè)管在確認(rèn)完火源位置后，在各火源位置處插入了MJ-8煤層火災(zāi)監(jiān)測(cè)管。布置示意圖如圖4所示。圖4 MJ-8煤層火災(zāi)監(jiān)

12、測(cè)管布置示意圖2）打鉆壓注高分子膠體滅火劑根據(jù)發(fā)現(xiàn)的自燃火源的嚴(yán)重程度，對(duì)1580m、1618m、1660m、1665m位置采取打鉆注高分子膠題的防滅火措施，除上述4個(gè)位置外的其余火源位置采取打鉆注水的滅火措施即可。采取上述滅火措施的同時(shí)，對(duì)巷道煤壁同時(shí)開(kāi)始進(jìn)行噴漿作業(yè)。針對(duì)11201巷道的實(shí)際情況，從巷道頂部、肩窩和煤幫處向閉墻周邊施工多排鉆孔（見(jiàn)圖5），鉆孔施工采用一次成孔鉆具，終孔位置排距2米，每排3個(gè)鉆孔，鉆孔傾角60度，深度約3m左右，截止到2010年8月23日早班結(jié)束，共計(jì)打孔20個(gè)。具體見(jiàn)圖6所示。圖5 巷道頂煤自燃火災(zāi)防治鉆孔布置示意圖 圖6 11201風(fēng)巷鉆孔布置示意圖注膠系

13、統(tǒng)準(zhǔn)備好后，向巷道內(nèi)的火源位置開(kāi)始注入高分子膠體。注膠時(shí)，一個(gè)鉆孔一個(gè)鉆孔的壓注，每個(gè)鉆孔的注膠量不少于20m³，或者以頂板開(kāi)始出現(xiàn)滲膠時(shí)停止注膠。注膠工作自2010年8月10日開(kāi)始至2010年8月23日結(jié)束，共注入高分子膠體滅火劑95kg。與打鉆注高分子膠體滅火劑的同時(shí)，打鉆注水和噴漿工作也同時(shí)進(jìn)行，為防止巷道的噴漿再次開(kāi)裂，嚴(yán)格控制了噴漿的質(zhì)量。3.2治理效果分析CO隨火區(qū)供氧、溫度等變化非常靈敏，可作為判斷火區(qū)發(fā)展?fàn)顩r的標(biāo)志氣體，來(lái)分析巷道松散煤體內(nèi)的火區(qū)情況。在采取了打鉆注膠、噴漿等綜合防滅火措施后，利用插入的MJ-8煤層火災(zāi)監(jiān)測(cè)管進(jìn)行了長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)。各自燃火源位置處的CO氣體

14、濃度如圖7至圖14所示。圖7 2410m位置CO曲線圖 圖8 1665m位置CO曲線圖圖9 1660m位置CO曲線圖 圖10 1618m位置CO曲線圖圖11 1580m位置CO曲線圖 圖12 1440m位置CO曲線圖圖13 1434m位置CO曲線圖 圖14 1250m位置CO曲線圖從圖7至圖14可以看出，在采取防滅火措施后，CO氣體濃度均都呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間后，最終CO濃度都降到了20ppm以下，并保持穩(wěn)定不再上升，說(shuō)明火區(qū)治理取得了圓滿成功。4 結(jié)論（1）使用MJ-8煤層火災(zāi)監(jiān)測(cè)管解決了巷道松散煤體表面和深部的自燃火災(zāi)參數(shù)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)問(wèn)題，監(jiān)測(cè)參數(shù)主要為溫度和氣體。（2）采用壓注高分子膠體滅火劑、噴漿封堵等的綜合防滅火技術(shù)，成功地治理了11201工作面巷道煤體反復(fù)自燃的問(wèn)題。說(shuō)明高分子膠體防滅火技術(shù)具有良好的堵漏、降溫、長(zhǎng)期阻止煤自熱等防滅火作用，是優(yōu)良的防滅火技術(shù)。參考文獻(xiàn)1譚小寧,廖協(xié)興.煤礦巷道圍巖非連續(xù)性變形的數(shù)值模擬J. 中國(guó)科協(xié)2004年學(xué)術(shù)年會(huì)第16分會(huì)場(chǎng)論文集,2004,3773822徐精彩.煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域判定理論M.煤炭工業(yè)出版社,2001,583肖旸,翟小偉,鄧軍.綜放面回采期間過(guò)舊巷的膠體防滅火技術(shù)J.礦業(yè)安全與環(huán)保,2005,32(4):54554張迎弟,徐精彩.膠體泥漿快速滅火技術(shù)J.