劉中華

（山西汾西正善煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 呂梁 033000）

1 工作面概況

2204 工作面地面位置位于工業(yè)廣場(chǎng)以東540 m，井下位置正善煤業(yè)井田中北部，東鄰2206 材料巷（實(shí)體煤層未掘），北鄰劉莊村保安煤柱，南鄰井田工業(yè)廣場(chǎng)及三條大巷保安煤柱，西鄰2202 工作面（已回采）。該工作面可采走向長(zhǎng)1022.6 m，傾斜長(zhǎng)167 m，煤層傾角5°～13°，斜面積為170 774.2 m2，2# 煤厚1.10 m，容重1.42 t/m3，工業(yè)儲(chǔ)量266 749.3 t，回采率按97%計(jì)算，可采儲(chǔ)量258 746.8 t。2204 工作面停采線位置為：材巷103#點(diǎn)前7 m、運(yùn)巷103#點(diǎn)前7 m。

工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化采煤,采煤機(jī)為MG250/600－AWD 型，運(yùn)輸刮板輸送機(jī)型號(hào)為SGZ-764/630 型，ZY3200/12/29 型液壓支架支護(hù)頂板，自然垮落法管理頂板。采高：根據(jù)煤層賦存情況及采煤機(jī)的技術(shù)特征及液壓支架、采煤機(jī)的高度，確定工作面沿2#煤上、下層頂?shù)装甯蠲阂婍斠姷?，確定工作面平均采高為2.2 m。

2 煤層自燃傾向性、爆炸性

根據(jù)2020 年綜合測(cè)試鑒定《煤層自燃傾向性鑒定報(bào)告》的結(jié)果，2204 工作面所掘進(jìn)的2 煤層具有自燃發(fā)火傾向性，其自燃傾向性質(zhì)為自燃，吸氧量0.64 cm3/g，自然傾向性等級(jí)為Ⅱ類自燃，最短自然發(fā)火期天數(shù)為84 天。根據(jù)2020 年山西省煤炭工業(yè)廳綜合測(cè)試中心提供《煤塵爆炸性鑒定報(bào)告》，本工作面所回采的2 煤層具有煤塵爆炸性，火焰長(zhǎng)度大于400 mm，煤塵層最低著火溫度260 ℃，煤塵云著火溫度最低為520 ℃。

依據(jù)2020 年《煤層自燃傾向性鑒定報(bào)告》對(duì)礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)論為：全礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為2.60 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為2.01 m3/t；回采工作面絕對(duì)瓦斯涌出量最大是1.22 m3/min；掘進(jìn)面最大絕對(duì)瓦斯涌出量是0.38 m?/min。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第169 條規(guī)定，正善煤業(yè)礦井屬于低瓦斯礦井[1]。

3 噴灑阻化劑

3.1 噴灑地點(diǎn)及周期

2204 工作面在回采期間利用檢修時(shí)間，每天對(duì)上、下隅角與工作面支架間噴灑阻化劑，保證噴灑量，以阻止采空區(qū)遺煤氧化。

3.2 噴灑設(shè)備、材料及噴灑工藝

采用移動(dòng)式阻化劑噴灑壓注系統(tǒng)：選用BZ-40/2.5型礦用阻化噴射泵，工作泵壓為0.2～2.5 MPa，功率為3 kW，噴射量為11～40 L/min，采用電動(dòng)方式噴灑阻化劑。阻化劑選擇：2204 工作面末采期間選用工業(yè)氯化鈣作為阻化劑對(duì)工作面進(jìn)行噴灑。儲(chǔ)液箱、注液泵等主要設(shè)備放置在2204 材巷中，并隨設(shè)備列車的推進(jìn)隨時(shí)移動(dòng)。使用直徑Φ13 mm×20 m 的高壓膠管從阻化劑泵車開始連接，沿著工作面電纜槽鋪設(shè)覆蓋全工作面，接頭處使用三通Φ13 mm的接頭連接，支管選用直徑Φ13 mm×20 m 的膠管連接，膠管口安裝閥門。阻化劑濃度的合理性是降低成本、提高阻化效果的重要方面。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)[2]，w（CaCl2）=20%的CaCl2溶液阻化率較高，阻化效果較好；w（CaCl2）<20%的CaCl2溶液阻化效果逐漸減弱；w（CaCl2）超過(guò)20%的CaCl2溶液阻化效果未見明顯增強(qiáng)但成本變高，因此，阻化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在15%～20%之間為最佳，本措施阻化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)暫定為20%。

3.3 阻化劑量計(jì)算[式（1）]

式中：G 為按重量計(jì)算浮煤一次噴灑量，t；K1為一次噴灑加量系數(shù)，一般取1.1；K2為松散煤（浮煤）密度，K2=0.8 t/m3；L 為工作面長(zhǎng)度，145 m；B 為一次噴灑寬度，2.25 m；h1為底板浮煤厚度，取h1=0.01 m；A1為原煤（浮煤）的吸液量，取A1=0.047 t/t。

式中：G 為按質(zhì)量計(jì)算浮煤一次噴灑量，0.17 t；C 為阻化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，20%；V 為阻化劑量，L。

故V=0.13/0.2=0.65×1 000 L/t=650 L。

4 黃泥灌漿

2204材、運(yùn)兩巷同時(shí)注漿。

4.1 灌漿站制漿設(shè)備

安裝制漿設(shè)備1 套，機(jī)械制漿系統(tǒng)由喂料機(jī)、制漿機(jī)、皮帶機(jī)、計(jì)量設(shè)備、過(guò)濾、水流量計(jì)、水量調(diào)節(jié)閥、成品池組成。系統(tǒng)為成套設(shè)備，集輸送破碎、攪拌過(guò)濾、自動(dòng)配料于一體。有PLC 集中控制系統(tǒng)，控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和制漿參數(shù)等。具有電動(dòng)、手動(dòng)、自動(dòng)三種方式切換功能。

流程為選擇滿足灌漿要求的漿料原料（黃泥、水等）；通過(guò)喂料機(jī)將原料輸送至制漿機(jī)，制漿機(jī)集配料、磨削、攪拌、過(guò)濾功能于一體；通過(guò)采用PLC 控制系統(tǒng)，控制給料機(jī)和制漿機(jī)及帶式輸送機(jī)的運(yùn)行；由PWS 工業(yè)平板顯示設(shè)備運(yùn)行及成料參數(shù)；過(guò)濾過(guò)濾控制漿液細(xì)度；控制黃泥、水的比例調(diào)節(jié)漿液濃度，在日常工作中要加強(qiáng)對(duì)灌漿設(shè)備的保養(yǎng)與維護(hù)。

4.2 灌漿方法

灌漿管路鋪設(shè)至工作面采空區(qū)，在工作面發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火征兆時(shí)進(jìn)行隨采隨注。在工作面進(jìn)行下山回采作業(yè)時(shí)，管路鋪設(shè)至工作面，采空區(qū)不留設(shè)灌漿管路。采用工作面在回采結(jié)束密閉后，則需進(jìn)行采后預(yù)防性灌漿。通過(guò)在密閉墻預(yù)留灌漿孔進(jìn)行灌漿，灌漿泵連接灌漿管向密閉內(nèi)連續(xù)灌漿直至達(dá)到設(shè)計(jì)漿量或無(wú)法注入為止。工作面布置圖，如圖1 所示。

圖1 工作面布置圖

注漿管路鋪設(shè)路線，地面集中灌漿站→回風(fēng)井→南回風(fēng)石門→2#煤回風(fēng)下山→2204 運(yùn)回聯(lián)巷（2204材回聯(lián)巷）→2204 運(yùn)輸巷密閉（2204 材料巷密閉）→2204 工作面采空區(qū)；注漿管道直徑選用D108×4.5 mm無(wú)縫鋼管作為井下灌漿用管道；黃泥灌漿設(shè)備；礦井建立了地面集中黃泥灌漿站，裝備注漿系統(tǒng)為ZFM-90 型。

4.3 灌漿系統(tǒng)

1）制漿流程為制漿前檢查各種設(shè)備是否完好；制漿設(shè)備的所有閥門是否在正確的開關(guān)位置；供水系統(tǒng)保證暢通無(wú)阻；照明設(shè)備保障到位[4]。制黃泥漿前應(yīng)將黃土放到灌漿站堆土場(chǎng)，連接好供水管路。先注清水沖刷管路，確保管路暢通無(wú)堵塞及跑冒滴漏現(xiàn)象。制漿完成后，反復(fù)清洗設(shè)備，將設(shè)備內(nèi)遺存的雜物清清洗從刷出去，關(guān)閉下漿孔及泄水孔閘門，以備下次使用。注漿施工流程圖，如圖2 所示。

圖2 注漿施工流程圖

2）黃泥漿制備操作，使用的土要均勻，防止大塊土進(jìn)入灌漿泵。用量杯檢查泥漿濃度保證配漿符合質(zhì)量比20%～25%，每4 h 檢查一次，一天檢查2 次，不可太稀或太稠，防止堵管，泥漿濃度符合要求。在下漿孔安裝設(shè)置好過(guò)濾篦子，灌漿過(guò)程中要隨時(shí)檢查清理石子、樹皮、草根及其它雜物，防止下漿輸送時(shí)堵孔、堵管現(xiàn)象。灌漿時(shí)的操作，灌漿時(shí)，灌漿站必須保證有兩名灌漿工，一人向灌漿設(shè)備內(nèi)裝土，一人在操作灌漿設(shè)備并清理雜物。

3）灌漿施工注意事項(xiàng)，操作人員要時(shí)刻關(guān)注灌漿設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常情況時(shí)要立即停機(jī)檢查進(jìn)行處理。灌漿前，首先對(duì)給水加壓沖洗管路，井下管路流水說(shuō)明已暢通，連接灌漿孔進(jìn)行灌漿。

4）灌漿施工完成后，關(guān)閉灌漿管路的閥門，加壓給清水沖洗灌漿管路，沖洗時(shí)間一般不少于30 min，清理灌漿設(shè)備。工作結(jié)束后，要核實(shí)本班灌入的黃土量、灌漿地點(diǎn)、灌漿時(shí)間及其其他各種參數(shù)、灌漿途中出現(xiàn)各類影響灌漿情況及時(shí)記錄，并將本班工作情況詳細(xì)記入灌漿臺(tái)帳，及時(shí)匯報(bào)給負(fù)責(zé)人及通風(fēng)調(diào)度。

4.4 灌漿參數(shù)

按采空區(qū)灌漿所需土量計(jì)算，如式（3）所示：

式中：Q土為灌漿用土量，m3；M 為煤層高度；L 為灌漿區(qū)走向長(zhǎng)度；H 為灌漿區(qū)的傾向長(zhǎng)度；C 為采煤回收率；K=0.1，灌漿系數(shù)。

工作面煤層高度2.2 m，走向長(zhǎng)度60 m，傾向長(zhǎng)度170 m，回收率97%。

灌漿用水量，如式（4）所示：

式中：Q水為灌漿用水量m3；K水為制漿沖洗管路的水量備用系數(shù)，取1.1；S 為水土比，取1∶4。

式中：Q水為灌漿所需水量；Q土為灌漿所需土量；泥漿制成率，按表取得m=0.91。

4.5 注漿制度及施工完成

井上巡檢人員巡查各個(gè)設(shè)備設(shè)施，井下人員檢查灌漿管路有無(wú)跑水跑漿，一切正常后聯(lián)系井上工作人員說(shuō)明情況后，方可進(jìn)行開機(jī)進(jìn)行灌漿工作。灌漿班次為早班，每班6 人灌漿，每天灌漿量用土量為40 m3，根據(jù)水土比1∶4，用水量為160 m3，制漿量為200 m3，每天灌漿時(shí)間為4 h，每小時(shí)灌漿量為50 m3，根據(jù)上述數(shù)據(jù)得出灌漿時(shí)長(zhǎng)為54 d。平時(shí)灌漿注意觀察泥漿池中泥漿的高度，當(dāng)泥漿高度不在變化時(shí)停止灌漿。達(dá)到計(jì)算灌漿量時(shí)，停止灌漿。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2204 回采工作面采空區(qū)進(jìn)行采后預(yù)防性采取黃泥灌漿方案。研究灌漿材料，灌漿參數(shù)，灌漿工藝流程及施工步驟，制漿設(shè)備的選擇，確保了2204 工作面黃泥灌漿達(dá)到預(yù)期效果。通過(guò)黃泥灌漿滅火技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，保證了礦井安全生產(chǎn)。