钻孔灌浆技术在煤矿防灭火中的应用探究
时间：2023-04-25 08:50:08 来源：千叶帆 本文已影响人
梁晓斌
（汾西矿业集团通风管理部，山西 介休 032000）
煤炭作为经济增长的主要能源，随着开采力度不断加大、开采深度发生变化，确保开采安全问题非常必要，以此为煤矿开采作业正常施行奠定基础。煤矿生产过程中防灭火工作，属于生产管理的主要内容，合理运用钻孔灌浆技术不但能规范生产操作行为、防范煤矿火灾事故的发生，并且能够很好地维护工作人员的生命安全、财产安全以及煤矿企业的经济效益[1]。
某矿1-2 煤北翼煤厚度约为5 m，1-2 煤、2-2 上煤间距在10 m 左右，1-2 煤埋深为75 m，松散层和基岩层的平均厚度分别为24 m、60 m。为及时排除小煤矿盗采所致安全隐患，通过钻孔灌浆技术处理极其必要，设计地面至1-2 煤北翼大巷煤柱回收旺采采空区、12107 回撤通道以及12205 和206 顺槽施工45个钻孔灌浆，灌浆浆液会沿巷道进行流动，随着时间的增长堆积问题发生的可能性加大，在井下施工钻孔疏放水通过地面灌浆-巷道堆满山砂，这个过程容易形成隔离带，漏风通道被封堵起来，同时可加固顶板。
2.1 井下火灾事故造成的危害
井下火灾，主要在井口四周/井下位置发生，因原空间内井下巷道为纵横交错的状态，所以不利于在第一时间观察到，而且空间供氧不足、不完全燃烧下会生成较多有毒、有害气体，这时容易引发煤尘及瓦斯爆炸，对井下工作人员的安全问题构成严重威胁[2]。
2.2 地面火灾事故造成的危害
煤矿生产阶段作业环境较差，且有一定的安全隐患，这对工作人员安全的影响较大。所谓地面灾害，指的是矿井四周区域发生火灾事故，比如：办公楼、宿舍楼、驻煤场等区域。地面火灾供氧条件足够、燃烧速度较快、燃烧完全、产生毒气量不会很多、会在较短时间大范围扩散，故而易于被发现[3]。
地面钻孔灌浆技术在煤矿生产中运用，可将不能燃烧浆液以一定比例混合后制成混悬液，静压和动压下使用钻孔的形式使其输入到矿井火灾现场，利于有效发挥出防灭火功效。钻孔灌浆能隔离氧气、使井下温度下降，浆体材料促使煤炭得以包裹，和氧气隔离，防止发生煤矿氧化的现象，且在控制燃烧煤炭温度、灭火方面的作用较强。地面钻孔灌浆技术应用于煤矿防灭火工作中，不但能减小煤矿燃烧反应面、延缓煤炭氧化严重程度，并且在提高燃烧区气密性、避免发生漏风问题、降温吸热等方面的效果理想，可获得较好的煤矿防灭火效果。
3.1 灌浆钻孔方案的设计情况
共有45 个工程钻孔，阐述如下：
1）施工供水和供电钻孔数量为2 个，钻孔标号：GS1 和GD1，可提供灌浆防灭火工程水源和电源。
2）12107 主回撤通道、辅回撤通道和回风措施箱均布设钻孔、数量均为5 个。钻孔的编号为YF1-YF5，在灌浆堆积后小煤矿采空区域作以隔离处理。
3）在12205 主顺槽2 联巷口、辅顺槽2 联巷口布设钻孔的数量为2 个。钻孔的编号为YF6 和YF7，灌浆促使1-2 煤、2-2 上煤二盘区采空区，以及1-2 煤北翼旺采采空区为隔离的状态。
4）原封闭12107 采空区防火密闭部位四周钻孔的数量为8 个，钻孔的编号为YF8、YF9、YF10、YF11、YF12、YF13、YF14、YF15，灌浆堆积后12107 采空区与1-2 煤北翼旺采采空区相隔离[4]。
5）1-2 煤205 回撤通道外封闭防爆密闭的四周，施工钻孔数量3 个、钻孔的编号为YF17、YF18、YF19，1-2 煤北翼大巷旺采采空区进行隔离即可。
6）1-2 煤北翼辅运大巷30 联巷布设的钻孔编号为YF20，按底板标高高至低布置，钻孔数量为25 个、钻孔编号为YF21～YF44，经观察1-2 煤北翼采空区发现整体灌浆的效果理想。考虑到四周完成钻孔情况，对施工灌浆钻孔的深度进行预测，钻孔施工、灌浆时联系充填的效果，施工时能够对钻孔部位、钻孔数量作以相应的调整。
YF1～YF44 均为灌浆孔，施工到1-2 煤巷道顶板位置，钻孔松散层孔径为Φ320 mm，下1-2 煤272 mm护管，建议进到基岩内Φ375 mm 护管露出地面0.12 m左右，下护管后按照Φ215 mm 孔径施工到1-2 煤巷道顶板部位，以此避免发生塌孔的现象。贯通1-2 煤巷道、全孔下Φ160 mm 钢管，巷道顶板上露出地面0.15 m 左右，要求这个过程中认真做好钢管、钢板间使用梯形钢板焊接工作，拉筋可固定在上口盖钢板位置，Φ160 mm 钢管要求高出钢板0.1 m 左右。另外，钢管下口需高出巷道顶板3.5 m 以上，保证钢管进到巷道，护管、套管及孔壁间可选择砂土充填[5]。
3.2 灌浆方案的设计情况
灌浆防火技术原理：将不燃性材料、水以一定比例混合制成悬浮液，可通过静压/动力经钻孔或输浆管路压送至自然发火危险区，浆液进到采空区固体浆材沉淀后使用黏性包裹破碎煤体及充填煤体的缝隙，比如：对上采空区裂隙、下采空区裂隙封堵后可提升整体密实性，避免发生漏风的现象[6]。浆水渗流促使煤体外在水分量发生较大变化，会对自热氧化进程发展情况构成直接影响，处于自然状态煤炭冷却及降温的效果理想，浆液不断堆积逐渐形成围墙，此时封堵漏风的同时还可以延长封堵的时间。采取料斗水力灌浆法应用于钻孔上方安装料斗中，如此能确保装载机使山砂运输至钻孔四周，这时可借助水流冲射山砂于钻孔内，同时灌浆材料可以就地取材，根据划分取土场地剥挖山砂，注浆完成后巷道沉淀1～2 周，井下施工钻孔疏放水后灌浆，利用山砂堆积巷道堆满山砂即可，从而达到充填采空区空间、形成隔离带的最佳效果[7]。地表2-2 上煤205 移变列车斜巷口4 m 左右施工供水钻孔，套管下部伸出2-2 上煤巷道在1.2 m 左右，焊接钢板采用锚索固定、DN150 法兰，在此之后与DN150 水管通过2-2 上煤北翼水仓进行连接。同时在地面铺设主管路，遵循相关规定合理设置DN50 三通闸阀，与DN50 高压胶管作以连接处理。
3.3 钻孔灌浆技术应用要点
煤矿作业的过程，防灭火工作可很好地维护作业安全，进行预防性灌浆处理，主要实行的为采前预灌、随采随灌、采后封闭灌浆等作业，钻孔灌浆技术为随采随灌技术手段，要求联系具体情况处理。灌浆灭火技术为煤矿常用的灭火技术，如果矿井火灾事故发生会作以封闭处理，及时隔绝氧气、煤炭，使得火灾熄灭的速度提升，在此之后实施封闭区域灌浆作业。当前，较多煤矿企业防灭火工作中会采用钻孔灌浆技术、井下巷道打钻灌浆技术以及密闭墙插管灌浆技术等进行处理，可获得较好的防灭火效果。
煤矿防灭火中使用钻孔灌浆技术处理，应联系具体状况确定材料，需要材料具备不可燃、可配置成溶浆、管道疏松效果较佳等性能，而且应该提高稳定性、脱水性、黏结性、渗透力、密封性等性能。煤矿火灾中一般会选用黄土作为灌浆材料，粉煤灰砂、煤矸石同样可当作灌浆材料，还需联系具体需要选择适合的材料。值得一提的是，煤矿防灭火工作中使用的砂石颗粒较小，而且渗透性、流动性、黏性均较佳，可及时送至施工现场。粉煤灰颗粒表面不会很粗糙，所以易于制成浆液，达到作业需求，严格控制材料成本，同时有效维护煤矿企业的效益，促进煤矿企业的可持续发展。
近年来，我国煤矿生产力持续加强，但作业期间存在一定的安全隐患，对工作人员的安全问题、财产安全问题造成直接影响，因而应认真实行煤矿防灭火工作，有效应用钻孔灌浆技术处理，主要的目的为及时排除存在的安全隐患，提高煤矿企业的整体生产水平。
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