梁志明

(內(nèi)蒙古同煤鄂爾多斯礦業(yè)投資有限公司)

煤層露頭火災(zāi)綜合治理技術(shù)*

梁志明

(內(nèi)蒙古同煤鄂爾多斯礦業(yè)投資有限公司)

在分析國內(nèi)某礦1#井A8#煤層露頭火區(qū)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用同位素測氡法確定了火區(qū)高溫區(qū)域，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，采用封堵漏風(fēng)通道、注入復(fù)合膠體、爆破和剝離等措施進(jìn)行綜合治理，治理效果顯著，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

煤層露頭火災(zāi) 同位素測氡法 綜合治理

隨著煤炭資源的不斷開發(fā)，煤礦露頭火災(zāi)已經(jīng)成為礦山重大自然災(zāi)害之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因煤層露頭火災(zāi)而導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)10億元[1-5]。煤層露頭火災(zāi)不但浪費(fèi)大量的煤炭資源，釋放大量有毒有害氣體，污染環(huán)境，而且影響從業(yè)人員的身體健康[6-8]。以國內(nèi)某礦1#井A8#煤層為例，對煤層露頭火災(zāi)的綜合治理技術(shù)進(jìn)行研究。

1 火區(qū)概況

1.1 A8#煤層煤質(zhì)特點(diǎn)

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，火區(qū)位于該礦1#井A8#煤層露頭，該煤層由侏羅系高等植物形成，屬腐植煤，黑色、弱玻璃光澤、均一狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部裂隙較發(fā)育。該煤層煤的吸氧量0.44 cm3/g，該煤層具有較強(qiáng)的易燃性，

發(fā)火期一般為3～6個(gè)月，該煤層的煤質(zhì)特點(diǎn)見表1。由表1可知，A8#煤層屬氣煤45(QM)，煤質(zhì)級別為特低灰—中灰煤，既具有特低硫、低磷、高發(fā)熱量等特點(diǎn)，又具有較好的黏結(jié)性。

表1 A8#煤層煤質(zhì)特征參數(shù)

1.2 煤層頂?shù)装宓刭|(zhì)特征

A8#煤層頂?shù)装逑嚓P(guān)參數(shù)見表2。由表2可知：該煤層頂?shù)装鍘r石均為砂巖，均為不穩(wěn)定—中等穩(wěn)定巖石，遇水軟化性能屬中等，可見該煤層工程地質(zhì)特征較差。

表2 煤層及頂?shù)装逑嚓P(guān)參數(shù)

1.3 火區(qū)特點(diǎn)

(1)火區(qū)的形成由來已久，且新的火區(qū)仍在不斷出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了其他巷道和工作面的正常生產(chǎn)。

(2)A8#煤層采用為“倉儲(chǔ)式”采煤方法開采，最大缺陷在于回采率較低，采空區(qū)的大量遺煤極易形成新的火區(qū)。

(3)火區(qū)有多種發(fā)火類型，甚至部分火源的位置無法確定，即便對于位置確定的火源，也難以徹底根除，易出現(xiàn)復(fù)燃。

(4)煤體燃燒較長時(shí)間后，易出現(xiàn)大量燃空區(qū)，由于高溫作用，煤體圍巖強(qiáng)度降低，透氣性增強(qiáng)，使得火區(qū)通風(fēng)條件較好，加劇了煤火的發(fā)展勢頭。

2 火區(qū)探測

考慮到該礦火區(qū)的具體情況，采用同位素測氡法確定A8#煤層火區(qū)火源位置，探測區(qū)域東西方向長550 m，南北方向?qū)?0 m，總面積約45 300 m2。布置測點(diǎn)之前，應(yīng)首先確定測場，而后在測場內(nèi)劃分網(wǎng)格，規(guī)格10 m×10 m，在此基礎(chǔ)上埋設(shè)探杯。對于某些測點(diǎn)還需進(jìn)行補(bǔ)測，總測點(diǎn)492個(gè)(包括原測點(diǎn)和補(bǔ)測點(diǎn))。由探測結(jié)果可知：①測場區(qū)域內(nèi)共有5個(gè)高溫異常區(qū)，即A、B、C、D、E區(qū)域，其中，A、B、C區(qū)域?yàn)楦邷鼗鹪磪^(qū)，D、E為氧化區(qū)，總面積約5 700 m2；②高溫火源區(qū)A，總面積約1 700 m2，蔓延方向?yàn)槲鞅狈较?；③高溫火源區(qū)B，總面積約2 500 m2，蔓延方向亦為西北方向；④高溫火源區(qū)C，總面積約700 m2，蔓延方向?yàn)闁|北方向；⑤氧化區(qū)D，總面積約500 m2，蔓延方向?yàn)槲鞅狈较颍虎扪趸瘏^(qū)E，總面積約300 m2，蔓延方向?yàn)槲髂戏较颉?/p>

3 火區(qū)綜合治理

3.1 封堵漏風(fēng)通道

封堵火區(qū)漏風(fēng)通道是滅火的有效途徑，可避免火區(qū)的二次發(fā)火。首先對火區(qū)周圍燃空區(qū)實(shí)施爆破，然后新建密閉墻進(jìn)行封堵。

3.2 注膠治理

3.2.1 鉆孔布置

鉆孔主要有注漿鉆孔、觀測鉆孔2類。復(fù)合膠體的范圍可由注漿鉆孔的分布確定。由于火區(qū)高溫區(qū)往往存在火源點(diǎn)，是火區(qū)發(fā)展的主要區(qū)域，是漏風(fēng)的主要的部位，也是注水降溫或注漿封堵覆蓋的最佳位置，因此，鉆孔應(yīng)布置于火區(qū)高溫區(qū)。

3.2.2 注漿鉆孔數(shù)量

由鉆孔注漿的擴(kuò)散半徑確定注漿鉆孔間距，通過火區(qū)面積確定鉆孔數(shù)量?；饏^(qū)總面積約5 700 m2，鉆孔注漿的擴(kuò)散面積約100 m2，因此，鉆孔數(shù)量共57個(gè)，即可覆蓋整個(gè)火區(qū)，其中，A、B、C、D、E區(qū)布置的鉆孔數(shù)量分別為17、25、7、5、3。

3.2.3 注漿鉆孔深度、間距

根據(jù)地表至采空區(qū)的距離確定鉆孔深度。在漿液擴(kuò)散半徑確定的情況下，通過分析礦區(qū)相關(guān)資料可知，漿液擴(kuò)散半徑約9 m，采空區(qū)高度5 m，因此，鉆孔最大間距約15 m。

3.2.4 套 管

鉆孔工作結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行下套管工作，避免出現(xiàn)垮孔現(xiàn)象。此外，注漿孔設(shè)計(jì)孔徑110 mm，下套管管徑100 mm。

3.2.5 注膠系統(tǒng)及工藝

注膠系統(tǒng)主要由裝載機(jī)、膠體制備機(jī)、渣漿泵、煤礦用注漿機(jī)、管路等部分組成。

(1)注膠工藝。首先通過裝載機(jī)將粉煤灰運(yùn)送至膠體制備機(jī)，其中，水灰比確定為2∶1，并加入濃度為0.5‰的懸浮劑；然后通過渣漿泵將配制的粉煤灰漿液送至注膠處，將1‰的復(fù)合膠體添加劑添加至管路漿液(由煤礦用注漿機(jī)完成)；最后可將該復(fù)合膠體通過鉆孔壓送至發(fā)火區(qū)域。此外，為快速滅火，應(yīng)設(shè)立2個(gè)注膠站。

(2)注膠方法。鉆孔注膠之前，為增大復(fù)合膠體的覆蓋面積，應(yīng)對注膠鉆孔用清水清洗。對于大面積高溫區(qū)域，為使溫度迅速降低，應(yīng)首先采用單鉆孔、大流量的注膠方式，然后采用多鉆孔、小流量的注膠方式。控制每個(gè)鉆孔的首次注膠量(確定為1 000 m3)，采用交叉循環(huán)的方式注漿，直至各鉆孔注滿為止。

3.3 爆破治理

由火區(qū)探測結(jié)果和地質(zhì)資料可知，火區(qū)下方存在煤層燃空區(qū)，煤層傾角大，因此治理難度較大。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，向燃空區(qū)注入一定的復(fù)合膠體，通過高溫深孔爆破技術(shù)完成對中部火區(qū)燃空區(qū)的治理工作。實(shí)施爆破后，燃空區(qū)將被充填，其上方地表則形成塌陷區(qū)，可向新形成的塌陷區(qū)注入少量的復(fù)合膠體，目的是對塌陷區(qū)覆蓋、隔氧、降溫。由于爆破是在高溫環(huán)境下進(jìn)行的，為保證爆破效果，應(yīng)采用耐高溫的炸藥及其他材料。

4 結(jié) 語

以國內(nèi)某礦1#井A8#煤層為例，通過采取向該煤層火區(qū)壓注粉煤灰復(fù)合膠體等綜合治理措施，取得了較好的效果，可為類似礦山提供參考。

[1] 于長春，陳 斌，王衛(wèi)平，等.物探技術(shù)在煤田火區(qū)探測領(lǐng)域的應(yīng)用[J].物探與化探，2007(S)：47-50.

[2] 費(fèi)金彪，孫寶亮.攀枝花寶鼎礦區(qū)海寶箐片區(qū)4#煤層露頭火災(zāi)綜合治理[J].煤炭技術(shù)，2008(3)：83-85.

[3] 鄧 軍.煤自然發(fā)火預(yù)測理論及技術(shù)[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

[4] 費(fèi)金彪.大寶鼎4#煤層露頭火災(zāi)綜合治理技術(shù)研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2008.

[5] 胡社榮，蔣大成，李澤光,等.煤田煤礦區(qū)火災(zāi)與環(huán)境效應(yīng)及其防治對策[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2001，12(1)：21-23.

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[8] 蔣永進(jìn)，李煜煒，趙 哲.平莊古山礦厚煤層開采防滅火技術(shù)應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，21(4)：440-442.

*國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號：51364028)。

2015-11-01)

梁志明(1976—)，男，工程師，注冊安全工程師，017000 內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市。