神東天隆霍洛灣煤礦31煤水平開采灌漿防滅火設計（鄂爾多斯市神東工程設計有限公司，內蒙古，鄂爾多斯，017209）

【摘要】灌漿防滅火方法是將注漿材料（黃土、頁巖、矸石、粉煤灰、尾礦等）細粒化后加水制備成漿，用水力輸送到煤礦井下注入需要防滅火區域內，封堵漏風通道、包裹煤巖阻止氧化、冷卻煤巖溫度而預防或撲滅礦井火災的一項技術措施。【關鍵詞】灌漿；防滅火；方法；步驟；計算；工藝流程；管路布置

霍洛灣煤礦綜采工作面開采煤層的特點：一是煤層傾角小，不有利于漿體沿傾斜方向的擴散；二是工作面長度達300m，注漿管口在進、回風側采空區，漿體不容易到達采空區中部；三是工作面采高大，漿體很不容易將采空區充填滿，預防和撲滅采空區高頂處的火源點難度大；四是礦區冬季寒冷，水土凍結，給正常開展防滅火灌漿工作帶來困難。鑒于此，建立的黃泥灌漿系統主要作用一是間斷性地向采空區注入泥漿；二是為工作面停采設備回撤后對停采線及密閉內的巷道進行大量灌漿充填，三是作為搶險救災時，結合灌漿快速處理火災。1、現有地面注漿站概況目前霍洛灣煤礦在主斜井工業場地內建成了一座能力為70m3/h的地面注漿站，通過管路引入2-2煤大巷，各綜采工作面順槽管路分別與大巷注漿管路對接，形成井下現有的灌漿系統，泥漿的水土比為3：1。主要設施有：（1）地面儲土場；（2）灌漿站房；（3）半地下式緩沖池；（4）清水池。主要設備有：70m3/h的滾筒式注漿設備2、現有地面注漿站能力校驗經驗算（詳見灌注泥漿參數計算及選擇），3-1煤水平開采時的灌漿能力需求為63.1m3/h，現有有灌漿站能力滿足3-1煤水平開采時的需要，故不需新建及改擴建灌漿站系統。3、灌注泥漿系統灌注泥漿系統主要由制漿系統、運漿系統和注漿系統組成。制漿系統是由電氣控制和制漿生產兩部分組成。運漿系統采用管路輸送方式進行運漿。注漿系統是由井下埋管(或插管)、井下注漿和管路加壓泥漿泵組成。4、可能發出現的使用權及解決地方法為防止注漿過程中滲水發生潰漿、水事故淹透沒工作面，應采取如下措施進行預防：1）選擇井下排水設備時考慮注漿滲水量，在在礦井實測提供涌水量的基礎上進行適當的放大。2）注漿材料選擇粉煤加膠體，灰水比為1:3，漿體含水量遠遠低于采用黃土作為注漿材料的含水量，減少發生將體析水量，降低發生潰將、透水事故的風險。3）工作面巷道中配備足夠的小水泵，及時疏通將體解析水中無法外流的部分。4）工作面下巷道中設小水溝，以使將體解析水能盡量流出采空區。5）用于制將材料固體顆粒度應小于2mm，以加強滲透性，且應具有一定的穩定性。5、灌注泥漿方法由于本礦井井下煤層的自然發火期較短，工作面推進速度快，結合鄰近礦井及附近礦區的經驗，采取隨采隨灌和采后灌漿相結合的灌漿辦法。隨采隨灌采用埋管灌漿的方法，在回采過程中，隨著工作面推進，放頂前沿兩側順槽在采空區內預先埋好灌漿管。采后封閉灌漿就是在工作面回采結束后，在兩順槽施工防火密閉對采空區進行封閉，通過預留在密閉上的灌漿管向停采線內采空區灌漿，充填空間。6、灌注漿步驟打開供水閥門，根據計劃注漿的流量和濃度調整水量；通水一段時間后使用裝載機將黃土加入到定量送料機料箱內，定量送料機會按已設定的輸送量把黃土均勻送上輸送機，輸送機再把黃土送入制漿機；水也在制漿機的進料口位置加入，制漿機將水與黃土混合、攪拌制成均勻濃度漿液，并將漿液中大于15mm的顆粒濾出；由懸浮劑添加機在制漿機出口管加入懸浮劑，漿液與懸浮劑進入濾漿機后進行攪拌混合；漿液自流進入濾漿機，濾漿機將漿液中大于8mm的顆粒濾出，以免將輸漿管路沉淀堵塞；合格漿液自流進入緩沖池，由泥漿泵通過管路輸送至井下注漿地點。漿液到達注漿地點附近時，用“礦用移動式防滅火注漿裝置”按比例要求（自動）加入膠凝劑，然后通過預埋管路注入火區或采空區。膠凝劑會使漿液在一定時間內（約1min）發生膠凝反應，形成類似豆腐狀流動性小的物體，在壓力作用下通過裂隙緩慢移動，失去部分水后完全失去流動性，起到隔離帶作用，達到防滅火目的。預埋管一端通采空區，一端接膠管，預埋管長一般為20～30m，頂板垮落后立即開始灌漿。隨回采工作面的推進，按頂板垮落步距用回柱絞車逐漸牽引灌漿管，牽引一定距離灌一次漿。7、灌注泥漿參數計算及選擇（1）灌注泥漿工作制度灌泥漿系統工作制度與礦井工作制度相同，即年工作日330d，每天三班作業。每天純灌漿時間為15h。（2）灌注泥漿所需黃土量Q黃土＝K·m·L·H·C式中：Q黃土——日灌漿需黃土量，m3/d；K——灌漿系數，0.03；m——煤層采高，4.0m；L——工作面日推進度，6.5m；H——灌漿區的傾斜長度，300m；C——回收率，93％。Q黃土＝0.03×4.0×6.5×300×93％＝217.6m3/d（3）灌泥漿的水土比根據設計及附近礦區的實際灌漿效果，確定水土比為3∶1。（4）每日制泥漿用水量利用井下排水制備泥漿，日用水量為：QS1＝KS×Q×δ＝1.2×217.6×3＝783.36m3/d。式中：KS——用于沖洗管路防止堵塞的水量備用系數，取1.2；QS1——日用水量，m3/d；δ——土水比的倒數，取3.0；（5）每日灌泥漿量：Qj＝（Q+QS1）×m=(217.6+783.36)×0.88＝880.8m3/d式中：Qj——日灌注砂漿量，m3/d；m——砂漿制成率，取88％；（6）平均小時灌泥漿量：Qjs＝Qj/15＝880.8/15＝58.72m3/h式中：Qjs——小時灌注泥漿量,m3/h；8、灌泥漿材料的選擇傳統的灌漿防滅火一般采用粘土、亞粘土等，本次設計采用黃土作為灌漿材料，具有費用低、取材方便等特點。9、泥漿制備（1）取黃土方式礦井灌泥漿用土就近采取（或可根據礦方情況，自行選擇車輛從其它地方選取），存放在制漿站附近儲土場內。制漿站內采用裝載機進行機械取土上料。（2）制泥漿站：地面固定式制漿站布置在工業廣場內。（3）制漿站主要設施主要有貯土場、灌漿站房、緩沖池及清水池。（4）制泥漿主要設備主要有上料設備、聯合制漿機、清水泵、排污泵及自動監控系統。10、多功能灌泥漿系統與工藝流程（1）多功能灌漿系統多功能灌漿系統由漿料貯存場地、上料設備、聯合制漿機、水泵、渣漿泵、流量計和輸漿管網系統等部分構成，制漿設備、輸漿管網系統等構成。（2）多功能灌漿工藝流程：詳見圖圖6-4-1灌漿防滅火系統流程框圖（3）多功能灌漿防滅火系統應用工藝：a.注漿：打開供水閥門，根據計劃注漿的流量和濃度調整水量；通水一段時間后通電使聯合制漿機的滾筒正向旋轉并使用裝載機把黃土從貯土場加入到聯合制漿機的料箱內，送料裝置會按已設定的給料量把黃土添加到制漿裝置的滾筒內；水經由送料裝置加入制漿裝置，制漿裝置把水與黃土混合、攪拌制成均勻濃度漿液，漿液會從制漿機尾部流入濾漿裝置，經過濾漿裝置的過濾，合格漿液流入漿液緩沖池，漿液自流或經渣漿泵的輸送進入注漿管路。b.排渣：在系統正常運行時，切斷聯合制漿機送料裝置的電源，繼續通水運行聯合制漿機10分鐘后，停水關閉聯合制漿機電源，待制漿機滾筒完全靜止。反向啟動聯合制漿機滾筒，制漿機即進入排渣狀態，殘渣會從滾筒尾部進入濾漿裝置，殘渣經過濾漿裝置落入渣坑，等積攢到一定程度由裝載機一并運走，一般每個班清渣兩次,如砂土質量比較高含雜質少，可一班清渣一次。11、多功能灌漿防滅火系統設計參數a.制漿原料：黃土；b.動力：系統設備總功率約110kW；c.供水：55m3/h，水壓大于0.1MPa，要求水中無不溶性雜物；d.土水比：1:1～1:3；e.制漿料用量：<25m3/h；f.注漿量：70m3/h；12、多功能灌漿防滅火系統功能功能一：灌漿。本系統每小時最多可將23.3m3/h的制漿料（土）制成一定濃度的漿液，經過濾后通過管路進入注漿地點，達到防滅火目的。功能二：必要時，可灌注稠化膠體。通過加入一定比例的稠化浮分子，使漿液成為稠化膠體，然后通過灌漿管網，到達用漿地點。浮分子同時還具有降低漿液阻力和懸浮固體顆粒的作用，能增加漿液的輸送距離和有效防止堵管的發生13、灌漿防滅火管路（1）灌漿管路選擇及布置主斜井工業場地安裝地面灌漿站，按最大灌漿量70m3/h計算，灌漿管路選用1趟D159×10無縫鋼管，灌漿管路由地面灌漿站沿主斜井敷設至井下主運輸大巷，并沿主運輸大巷經工作面順槽至采空區、順槽聯絡巷密閉、回撤通道聯絡巷密閉等需要灌漿的地點。井下灌漿管路布置隨回采工作面布置、灌漿地點的變化隨時調整。經計算，主斜井管路選用D159×10型無縫鋼管，主運大巷選用D133×8型無縫鋼管，工作面順槽選用D114×6型無縫鋼管，所有管路均采用法蘭連接，干管分支處設置閘閥，管路低洼處設置放水管和閘閥。（2）灌漿管路系統驗算a.管路系統配置本礦井灌漿系統管路由地面灌漿站至最遠采空區總長約7000m，垂高約112m,灌漿倍線為62.5，遠大于常用的灌漿倍線值，因此必須考慮機械加壓的方式以改善灌漿效果。鑒于本礦井采用的是灌注泥漿，為防止漿液在管路中沉淀或堵塞，由礦方根據實際情況在適當位置設置管道加壓泵（要求防爆注漿泵注量為70m3/h，配防爆型電機）。b.灌漿系統管網驗算臨界速度校驗根據灌漿管路直徑、砂水比及密度，結合泥漿的輸送實驗數據，泥漿在管路中的臨界流速約為1.23m/s。為防止砂漿、膠體在管路中沉淀或堵塞，設計中管內泥漿的實際流速均大于臨界流速，以保證泥漿在管路中正常流動。生產中應根據實際情況調整砂漿比，以達到最佳的灌漿效果。D133×8灌漿管路實際最小流速：

式中：δ－管壁厚度，mm；d－管路內直徑，cm；P－管路最大工作壓力，kPa；Rc－許用壓力；af－因管壁不均勻的附加厚度，無縫鋼管可取2.0mm；b－考慮管路磨損的附加厚度，一般取1.5mm；對于D159mm灌漿管路：δ=6.8mm對于D133mm灌漿管路：δ=6.3mm對于D108mm灌漿管路：δ=5.6mm根據上述公式，灌漿管路選用D159×10、D133×8、D108×6型無縫鋼管，所選注漿管路壁厚均滿足要求。為了保證灌漿管路暢通，每次灌漿完畢，須用清水將管道內沖洗，沖洗時間不小于30min。同時，在灌漿管路的最低點設置放水閘門，每次沖洗后，應將管內的泥水放掉，以免沉積阻塞管路。14、灌漿的疏水根據礦井的實際生產經驗，灌漿后的疏水主要利用工作面下順槽排水溝自流排出，同時設計在工作面下順槽配備了污水泵等設備，在不能自流排出的地點利用污水泵排出。灌漿封閉采空區后的部分污水存