周朋+楊曉彤

2.兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧三號煤礦，山東 濟寧 272169）

摘 要：根據(jù)煤炭礦井設計防火規(guī)范，開采容易自燃煤層的礦井或采用放頂煤開采自燃煤層的礦井，必須建立以灌漿為主的兩種及以上綜合防滅火系統(tǒng)，并必須建立火災監(jiān)測系統(tǒng)。本文以東灘煤礦為例，分析灌漿系統(tǒng)和常用的灌漿方法。通過計算，確定工作面灌漿量、灌漿管道管徑以及各采區(qū)的輸漿倍線。

關鍵詞：自燃；井下防滅火；灌漿

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.044

東灘煤礦位于山東省鄒城市境內。井田南北長約12.5km，東西寬約4.8km，面積約 59.96km2。礦井于1989年12月建成投產，設計生產能力為4.0Mt/a，目前核定生產能力7.5Mt/a。

根據(jù)中國礦業(yè)大學2014年11月編制的《東灘煤礦煤自燃傾向性鑒定報告》，礦井主采3（3上）、3下煤層為Ⅱ類自燃煤層?！睹旱V安全規(guī)程》（2016）第260條要求：開采容易自燃和自燃煤層的礦井，必須編制礦井防滅火專項設計，采取綜合預防煤層自然發(fā)火的措施。

1 灌漿系統(tǒng)

目前，礦井采用地面分區(qū)灌漿系統(tǒng)，地面設有3個制漿站，分別為工業(yè)場地灌漿站、北風井灌漿站和西風井灌漿站。根據(jù)本礦井的地理位置及地面條件，3個制漿站均采用坑口電廠粉煤灰作為灌漿材料。工業(yè)場地灌漿站所用粉煤灰由坑口電廠直接風力輸送到灰倉；北風井、西風井灌漿站所用粉煤灰由坑口電廠運至制漿站。灌漿站采用輸灰系統(tǒng)將粉煤灰注入制漿池內，并使用攪拌機攪拌下漿。

工業(yè)場地灌漿站：設有2個制漿池和2臺YNJ1700-14型移動攪拌機，每個制漿池容積50m?，該制漿站灌漿能力50m?/h；北風井灌漿站設有4個制漿池和4臺YNJ1700-14型移動攪拌機，每個制漿池容積20m?，制漿站灌漿能力30m?/h；西風井灌漿站設有4個制漿池和4臺YNJ1700-14型移動攪拌機，每個制漿池容積20m?，制漿站灌漿能力30m?/h。

2 灌漿方法

采用地面灌漿站集中制漿，靜壓灌漿的方式。井下灌漿方法主要有隨采隨灌和采后灌漿方法。隨采隨灌是灌漿與采煤工作面保持一定距離，隨工作面的推進而灌注粉煤灰漿。采后灌漿就是在工作面采完封閉后灌漿。根據(jù)本礦井實際情況，主要采用埋管隨采隨灌和采后灌漿相結合的灌漿方法。灌漿防滅火的主要地點是采煤工作面采空區(qū)開切眼、停采線、兩順槽、斷層構造帶等。為了提高灌漿防火效果，可在粉煤灰漿中加適量的阻化劑等，以達到良好的防火目的。

3 灌漿系統(tǒng)主要技術參數(shù)

3.1 工作面灌漿量計算

式中，Qw：工作面灌漿量，m3/h；G：工作面日產煤量，22727t/d（7.5Mt/a）；W：工作面注漿寬度，取100m；h：粉煤灰泥漿覆蓋厚度，取0.15m；δ：灰水比的倒數(shù)，灰水比應為1：2～1：5，取3；M：漿液制成率，取0.9；ρc：煤的容重，1.32t/m3；H：工作面回采高度，綜放工作面取割煤高度加放頂煤高度乘以頂煤回收率，取4.3m；L：工作面長度，取250m； N：注漿添加劑防滅火效率因子，取1；t：日注漿時間，取10h/d。

經計算：Qw=22727×100×0.15×（3+1）×0.9/（1.32×4.3×250×10）=86.5m3/h。

3.2 礦井制漿站能力校核

目前，工業(yè)場地灌漿站灌漿能力50 m?/h，服務于一、三、四、六、十四等目前礦井所有生產采區(qū)；北風井灌漿站灌漿能力30m?/h，服務于一、三、十四采區(qū)；西風井灌漿站灌漿能力30m?/h，服務于四、六采區(qū)。

設計礦井達到7.5Mt/a生產能力時，共布置兩個采煤工作面同時生產。根據(jù)上述灌漿量計算結果可知，礦井3個制漿站制漿能力能夠滿足目前礦井生產時灌漿需要。

3.3 輸漿倍線

N=L/H

式中，N：輸漿倍線；L：進漿管口至灌漿地點距離，m；H：進漿管口至灌漿地點垂高，m。

經計算，主采采區(qū)生產時輸漿倍線如下：

三采區(qū)：工業(yè)場地灌漿站灌漿困難時期：L=11520m，H=630m，N=18。六采區(qū)：工業(yè)場地灌漿站灌漿困難時期：L=6170m，H=700m，N=8。西風井灌漿站灌漿困難時期：L=8310m，H=750m，N=11。十四采區(qū)：工業(yè)場地灌漿站灌漿困難時期：L=8340m，H=570m，N=15；北風井灌漿站灌漿困難時期：L=6820m，H=570m，N=12。

經分析，六采區(qū)灌漿困難時期及十四采區(qū)北風井灌漿站灌漿困難時期輸漿倍線較小，灌漿較為容易；三、十四采區(qū)工業(yè)場地灌漿站灌漿困難時期輸漿倍線較大，灌漿較為困難，現(xiàn)場可通過適當增大水灰比或局部加壓解決輸漿問題。

3.4 輸漿管道管徑內徑選擇

輸漿管道管徑內徑選擇不應大于臨界直接，臨界直徑可按下式計算：

式中，D1：管道臨界直徑（內徑），m；Q：管道通過流量，取86.5m3/h； α：固體顆粒的抑紊減阻系數(shù)，取0.9； λ：水的摩阻系數(shù)，取0.0222；ɡ：重力加速度，m/s2； ρS：灌漿材料真密度，取2.4t/m3； ρ：水的密度，1t/m3； ρm：漿液密度，取1.7t/m3；Δ：注漿管道當量粗糙度，鋼管取0.000046m； ω：顆粒平均自由沉降速度，可取0.001～0.01（m/s），取0.05m/s；

帶入求得：D1=0.146m。

輸漿管道采用無縫鋼管，干管規(guī)格：D159×10，支管規(guī)格：D108×4。

3.5 地面灌漿站工作制度

目前地面注漿站的年工作日與礦井相同。日工作制采用2班注漿，每班注漿時間最大為5小時。

參考文獻：

[1]張榮立，何國瑋.采礦工程設計手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010：3454-3480.

[2]GB 51078—2015，煤炭礦井設計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2015.

作者簡介：周朋（1989-），男，碩士研究生，主要從事機制、選煤工作。