1 開放采空區(qū)壓注膠體泥漿防滅火的機(jī)理

    向開放采空區(qū)注膠體泥漿的防滅火機(jī)理是：采空區(qū)有“三帶”，即散熱帶、自燃危險(xiǎn)帶、窒息帶，煤炭自燃發(fā)生在自燃危險(xiǎn)帶內(nèi)。最易自燃深度一般為30~60m。若在距工作面30～60 m的采空區(qū)內(nèi)的最易自燃區(qū)域前的某一固定地點(diǎn)，壓注膠體泥漿，通過控制凝膠配比和成膠時(shí)間來控制膠體泥漿的流動(dòng)范圍，使膠體泥漿與矸石等共同形成一道較寬的隔離帶，在隔離帶內(nèi)輔以注漿。隔離帶可以阻止黃泥漿流向工作面，迫使黃泥漿向采空區(qū)更深方向流動(dòng)，向火源點(diǎn)流動(dòng)。隨著工作面的向前推進(jìn)，采空區(qū)頂板冒落的逐漸嚴(yán)實(shí)，空間逐漸減小，采空區(qū)漏風(fēng)量逐漸減少，火源點(diǎn)也逐漸下移；隨著隔離帶的加高，流向火源點(diǎn)的注漿量也逐漸增加，使采空區(qū)充填更趨于嚴(yán)實(shí)，溫度逐漸降低，使得注漿防滅火效果能更好地發(fā)揮作用。

    概括地說，就是在采空區(qū)內(nèi)最易自燃區(qū)域前注膠體泥漿，形成一道隔離帶，在隔離帶內(nèi)大量注漿，從而破壞漏風(fēng)供氧和蓄熱環(huán)境，消滅煤炭自燃。膠體泥漿是其核心技術(shù)，起到形成隔離帶的作用，即起到：①阻擋作用，是防止注漿漿液流向工作面，影響正常生產(chǎn)；②隔離作用，隔斷火源向工作面延伸；③密封作用，密封堵漏風(fēng)。

    2 膠體泥漿防滅火特性

    膠體泥漿防滅火技術(shù)，常用于防治開放采空區(qū)和無煤柱(或小煤柱)開采的綜放鄰近采空區(qū)(封閉采空區(qū))的煤炭自燃，具有用料省、施工強(qiáng)度低、防滅火效果顯著等特點(diǎn)。在姚橋煤礦，應(yīng)用膠體泥漿防滅火技術(shù)，分別成功地防治了7513綜放面、7003綜放面、7507綜放面的各自鄰近采空區(qū)(封閉采空區(qū))的煤炭自燃。

    膠體泥漿的特性：

    膠體泥漿是由基料(如水玻璃等)、促凝劑(碳氨、鋁酸鈉等)和黃泥漿(或粉煤灰漿及矸石制漿)按一定比例混合而成，可控制在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生膠凝固化，并吸熱降溫；膠體中加人充填劑，可使之增加強(qiáng)度、耐熱性和延長(zhǎng)有效期。膠體泥漿主要具有如下性能：①高固水性，固水量在80%以上；②強(qiáng)滲透性，滲透距離可超過5 m；③吸熱降溫快，基料濃度為6%時(shí)，膠體吸熱量為4×104 kJ/m3上；④密封堵漏效果好；⑤阻化性能高；⑥耐熱穩(wěn)定性能好；⑦強(qiáng)度高，在井下穩(wěn)定1 a以上時(shí)間；⑧成本低、工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備輕便，操作方便靈話。

3 應(yīng)用無氨膠體泥漿防滅火技術(shù)治理7005綜放面開放采空區(qū)自燃

    3.1 綜放工作面概況

    7005綜放面為姚橋煤礦中央采區(qū)首采面，走向長(zhǎng)1649m，傾斜長(zhǎng)159 m，煤層厚度5.8～4.27 m，煤層傾角9?～19?，標(biāo)高為-676～-730m，工作面采用下行“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，正常供風(fēng)量為741～639m3/min。該面有10余條較大斷層，斷層處煤體疏松、易自燃。在掘進(jìn)過程中，材料道、切眼和刮板輸送機(jī)道曾多處遇斷層發(fā)生煤層自燃現(xiàn)象。在回采過程中出現(xiàn)2次自燃。

    3.2 上隅角采空區(qū)自燃原因分析

    在7005工作面推進(jìn)至1190 m，突然發(fā)現(xiàn)該工作面上隅角出現(xiàn)CO，且高達(dá)220×10-6，在工作面第85#~110#架尾也有少量CO，并隨后呈上升之勢(shì)，而工作面下隅角CO一直穩(wěn)定在(20~50)×10-6。經(jīng)調(diào)查分析，其主要原因是：

    (1)工作面上出口附近有3～5個(gè)支架不放煤

    或放煤量很少，老空區(qū)遺煤量大，留下自燃隱患。

    (2)雖然元月份工作面推進(jìn)速度較快，達(dá)156m，但頂板冒落仍不嚴(yán)實(shí)，采空區(qū)注漿量小(因工作面較長(zhǎng)時(shí)間微俯采，無法正常注漿)，采空區(qū)漏風(fēng)竄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，即具備供氧蓄熱條件。

    (3)近期外圍巷道貫通多，通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定，工作面風(fēng)量變化幅度大，風(fēng)量最小時(shí)不到300 m。／min(當(dāng)時(shí)工作面配風(fēng)量為620 m3/min)，形成拉風(fēng)箱效應(yīng)，誘發(fā)了采空區(qū)遺煤自燃。

    3.3 自燃的處理

    由于工作面是微俯采，所以針對(duì)上述情況，決定采取注膠體泥漿和輔以注漿技術(shù)措施滅火。該措施的關(guān)鍵技術(shù)之一是確定膠體泥漿的配比，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，選?。孩冱S泥漿水土比為3：1(體積比)；②凝膠的配比為水：水玻璃：無氨促凝劑=94：4：2(質(zhì)量比)，成膠時(shí)間約為4～5 min。其工藝是在現(xiàn)有的靜壓埋管注漿系統(tǒng)中，在井下利用添加泵，按一定比例向注漿管路中添加促凝劑，形成一道膠體泥漿隔離帶，并在隔離帶內(nèi)注漿。

    具體實(shí)施方案和過程為：突擊運(yùn)、裝注膠泵，并增鋪2趟?76 mm注漿管路約600 m，其中第一趟管路在798#棚處開口用于注膠體泥漿，第二趟管路在732#棚處開口作注膠體泥漿備用管，原108 mm管路在884#棚處開口仍作注漿管用。采取每天早班壓注膠體泥漿1 h、中夜班注漿各3 h、加強(qiáng)放煤、保持正常推進(jìn)度和穩(wěn)定工作面風(fēng)量并增加至830m3/min等措施，共注膠體泥漿1382 m3、注漿4436m3、工作面推進(jìn)86 m，上隅角老空區(qū)CO降至15×10-6以下，在106#、96#、85#支架尾部查無CO，隱患基本消除，并一直維持到工作面回采結(jié)束封閉。

    3.4 防滅火治理綜合分析

    7005綜放面是非標(biāo)準(zhǔn)的“U”型通風(fēng)工作面(工作面后尾有放水巷、材溜后尾均有尾巷，雖然尾巷被封閉，但受回采動(dòng)壓影響，墻體壓酥漏風(fēng))，回采了11個(gè)月推進(jìn)760 m時(shí)，刮板輸送機(jī)道后尾(老巷)出現(xiàn)自燃，自燃的主要原因是工作面向后尾老空區(qū)漏風(fēng)量大。同時(shí)說明：7005采空區(qū)自燃危險(xiǎn)帶的帶寬遠(yuǎn))35～110m。在本次煤炭自燃前，雖然工作面的推進(jìn)速度分別是110 m/月、150 m/月和156 m/月，遠(yuǎn)>60 m，仍未能避免工作面上巷采空區(qū)發(fā)生自燃。

    鑒于此，7005綜放面配風(fēng)為830 m3/min，如采空區(qū)漏風(fēng)率按1%計(jì)算，進(jìn)風(fēng)隅角采空區(qū)漏風(fēng)量可達(dá)8.3 m3/min，要惰化這么大的漏風(fēng)量，需注氮300m3/h以上。而7005制氮機(jī)的最大制氮能力不到300 m3/h，很難惰化采空區(qū)進(jìn)行防滅火。因此，實(shí)現(xiàn)注氮防滅火是不可能的，惟有堵漏風(fēng)和破壞蓄熱環(huán)境的方法可行。

    所以，在距工作面的40 m的最易自燃點(diǎn)前的798#棚處(固定地點(diǎn))壓注膠體泥漿，在采空區(qū)距工作面51.6 m的884#棚處壓注黃泥漿。這樣，在798#棚的附近區(qū)域，注膠體泥漿，形成一道隔離帶；在隔離帶內(nèi)的最易自燃區(qū)域注漿，共同阻止自燃向工作面方向延伸擴(kuò)展；隨著工作面的向前推進(jìn)，采空區(qū)頂板冒落的逐漸嚴(yán)實(shí)，使得注漿防滅火效果更好，達(dá)到堵漏風(fēng)和破壞蓄熱環(huán)境的目的，從而最終滅火。

    膠體泥漿起到隔離帶的作用：①隔斷火源向工作而方向擴(kuò)展延伸；②密封堵漏風(fēng)；③防止注漿漿液流向工作面，迫使注漿漿液流向火源點(diǎn)，破壞蓄熱環(huán)境，降溫滅火。

    4 采空區(qū)兩道阻燃?jí)Ψ阑鸺夹g(shù)

    工作面采空區(qū)的內(nèi)部漏風(fēng)主要是由上下兩道壓差造成。上下兩巷道因支護(hù)原因在回采過程中冒落不實(shí)，特別是采用錨網(wǎng)、錨索支護(hù)形式的巷道，回采后冒落滯后，使采空區(qū)的漏風(fēng)深度加大。當(dāng)上下隅角建墻后，有效封堵了因兩巷造成的漏風(fēng)，起到了縮小采空區(qū)漏風(fēng)寬度的作用。

    工作面在回采過程中，每推進(jìn)10～15 m在工作面上下兩道冒落處建立阻燃?jí)Α＝▔Σ牧峡删偷厝∷槊?，按比例在碎煤中加人阻燃劑裝袋進(jìn)行全砌，對(duì)墻面噴涂聚胺脂或用黃泥摸面處理后注入凝膠材料或羅克休材料，嚴(yán)禁風(fēng)流從兩道漏進(jìn)或漏出，減少采空區(qū)的漏風(fēng)量，縮小漏風(fēng)的寬度。

    5 結(jié)論

    (1)綜放工作面防止開放采空區(qū)煤炭自燃的根本性措施是推進(jìn)度，設(shè)計(jì)合理的工作面長(zhǎng)度，加強(qiáng)工作面的管理，確保月推進(jìn)不低于60 m。

    (2)壓注膠體泥漿可在采空區(qū)內(nèi)形成隔離帶，便于采空區(qū)大量注漿，可防止工作面推進(jìn)慢時(shí)采空區(qū)煤炭自燃。

    (3)膠體泥漿能否達(dá)到預(yù)期效果，關(guān)鍵是成膠比例的控制。因此在實(shí)施壓注膠體泥漿技術(shù)措施時(shí)，根據(jù)不同采空區(qū)的具體情況，有針對(duì)性的采取不同配比，嚴(yán)格控制成膠時(shí)間，以達(dá)到預(yù)想目的。