论文部分内容阅读
摘要：结合煤层自燃火势及范围，通过采取合理的灭火方案及措施，有效地遏制了火势范围扩大，最大限度的减少能源损失，在较短时间内矿井得以恢复安全生产。介绍胶体防灭火技术在韩家湾煤矿煤层自然灭火中的应用和效果。
关键词： 胶体 灭火 应用 效果
一、矿井概况
韩家湾煤矿位于神木县大柳塔镇，2005年开始进行升级改造，改造后生产能力提高到150万吨/年，服务年限为40年。煤层埋藏深度70m，主要开采1-2上、1-2下和2-2煤层，1-2上煤层平均厚度1.68m，1-2下煤层厚度2.5～2.8m，层间距约2.8m，2-2煤层平均厚度4.5m，与1-2煤的层间距约28m。煤种为长焰煤、不粘煤，属易自燃煤层。
二.火区概况
2008年12月30日，韩家湾矿1-2煤层自然发火，初期发现明火点和高温区位于距井口约130m处的主斜井穿1-2煤层约8m范围内，并迅速发展到约20m范围，经救护队探查，主斜井附近的1-2煤层巷道内有明火，遂采取洒水、注水的措施控制了明火，并从主斜井内高温区以上5m至高温区以下12m（约25m）的范围内向巷邦和巷顶灌注罗克休封堵漏风，然后对1-2煤层与火区相关的巷道实施了封闭，有效地隔离和控制了火区。
三、灭火及施工方案
1-2煤火区的位置较为明确，为确保矿井的安全生产，防止高温火区复燃或向其它生产区域蔓延，决定向已封闭的高温区内施工钻孔压注高分子胶体，彻底熄灭火区，经与西安科技大学灭火专家共同研究，采用打钻注胶灭火方案。
1钻孔施工机
施工机具：KHY-50/38注胶钻孔快速施工机具。
主要技术参数：
1）最大钻进深度：80m（煤体和松散煤体内）。
2）打钻方式：湿式打钻。
3）动力：3kw电机。
4）钻进速度：40m/h。
5）钻杆：钻杆和套管一体化，每根长度1.2m，外径50mm，内径38mm。
6）钻头：外径54mm，内径38mm，有效过流断面大于内径32mm的套管。
2钻孔施工工艺流程
钻孔施工流程：稳钻—钻进—封孔口—移钻。
1）稳钻
首先接好钻机电源和水管，然后根据钻孔设计，在井下巷道内靠巷帮安放钻机，并用点柱加横梁稳好钻机，钻机应安放平稳，不发生倾斜、位移。
2）钻进
按要求安放好钻机后，连接好钻杆、钻头，打开钻机进水阀门，开启钻机电源后向设计位置钻进。
3）封孔
钻孔打好后，应及时用封孔材料（棉纱）将钻孔封好，防止向火区漏风供氧。
4）移钻
一个钻孔打好后，移动钻机，按要求施工下一个钻孔。
3钻孔布置
钻孔布置：钻孔终孔位置在1-2煤层着火巷道内，以及着火巷道顶部和巷帮的松散煤体内，开孔位置在主斜井和1-2煤绕道内。向1-2煤层着火的巷道内施工7至8排钻孔，钻孔排距9m，每排3个（顺序为左孔、中孔、右孔），约需施工钻孔25个，钻孔长度4m～24m，平均15m，总施工量约300m。
钻孔编号：按终孔位置对钻孔进行编号，分别为左1、中1、右1、左2，……，并对现场施工的钻孔进行明确的标识。
基准钻孔：以中1为基准，终孔位置在主斜井透1-2煤层点的正上方。
施工顺序：由于火区封闭时间较短，主斜井内高温区段风流不稳定，且在1-2煤绕道内发现明火点，为确保钻孔的及时施工，首先在1-2煤绕道内施工左2、中2、左3、中3、左4、中4、左5钻孔，待火区得到初步控制且稳定后，再从主斜井内施工剩余钻孔。
4灭火材料（高分子胶体）
灭火材料选用高分子胶体，高分子胶体由水和MCJ12灭火剂构成，MCJ12高分子胶体灭火剂能使水发生胶凝，形成弹性胶体，脱水率<5%，灭火剂添加量0.6～3.0%，即：30～150kg/h。
主要用途和性能特点：
①实现水的液固转化，使水在指定地点停留，起到持续降温和封堵裂隙作用；
②克服注水流失量大、水的利用率和效率低等问题；
③解决凝胶成胶原料运输量大、种类多、现场配比难、受压易开裂等问题；
④充填于松散煤体裂隙内，起到包裹煤体、封堵漏风、降低煤温、长期阻止煤自热的作用，实现快速控制火势和灭火。
5注胶装备
注胶设备：ZHJ-5/1.8G矿用移动式防灭火注浆装置。
该装置是一种专门将粉状材料按比例、分散加入水中，并搅拌均匀，最终配制成胶体的设备。主要由防爆电机、减速机、螺杆泵、促凝剂及灭火剂定量送料总成、无级调速机、齿轮泵、传动装置、流量计、压力表及管路等组成。
6注胶工艺及注胶量
利用“ZHJ-5/1.8G煤矿用注浆机”，将灭火剂按0.6%以上的比例与水混合后，注入防灭火区域。根据现场情况，灭火剂添加量可由设备自身调节，必要时最大可添加至4%。1-2煤火区内的巷道长度约180m，体积约1800m3，封闭空间内的煤体裂隙体积按200m3考虑，并考虑1.2倍的富余系数，需注胶充填的总体积约为2400m3，约需高分子胶体灭火剂20吨。
四、施工工期及进度
1施工总工期：火区的灭火施工总工期10d。
2施工顺序及分段进度
打钻工程完成需6～8d；注胶工程完成需8～10d；可平行作业。钻孔施工效率3～6个 /d；注胶量10m3/h（两台注胶泵），日注胶量240m3。
五.灭火效果
1月10日早8点，矿组织人员对火区进行了详细检查验收，经检测皮带巷碹体最高温度为22Co，且温度逐渐降低。CO浓度为零；1#、2#、3#密闭墙墙体温度分别是7.8Co、10.5Co、、10.4Co、，一氧化碳浓度均为零，水温也正常；各密闭墙均无漏风、冒烟、水蒸气现象。
经灭火指挥部对火区各检测参数的分析，确定火区已经熄灭，同意停止向火區注胶，胶体防灭火技术在煤层自燃火灾防治的应用实践证明，该技术具有如下特点：
①灭火速度快：由于胶体独特的灭火性能，其灭火速度很快，通常巷道小范围的火仅需几小时即可扑灭，工作面后方大范围的火也只需几天即可扑灭。
②安全性好：胶体在松散煤体内胶凝固化、堵塞漏风通道，故有害气体消失快；在高温下，胶体不会产生大量水蒸汽，不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。
③火区启封时间短：注胶灭火工程实施完，无需等待即可启封火区。
④火区复燃性低：高温区内只要有胶体渗透到的地点都不会复燃。
作者简介：王兆平，通风与安全工程师、国家注册安全工程师职称，陕北矿业公司质量通风办公室。
关键词： 胶体 灭火 应用 效果
一、矿井概况
韩家湾煤矿位于神木县大柳塔镇，2005年开始进行升级改造，改造后生产能力提高到150万吨/年，服务年限为40年。煤层埋藏深度70m，主要开采1-2上、1-2下和2-2煤层，1-2上煤层平均厚度1.68m，1-2下煤层厚度2.5～2.8m，层间距约2.8m，2-2煤层平均厚度4.5m，与1-2煤的层间距约28m。煤种为长焰煤、不粘煤，属易自燃煤层。
二.火区概况
2008年12月30日，韩家湾矿1-2煤层自然发火，初期发现明火点和高温区位于距井口约130m处的主斜井穿1-2煤层约8m范围内，并迅速发展到约20m范围，经救护队探查，主斜井附近的1-2煤层巷道内有明火，遂采取洒水、注水的措施控制了明火，并从主斜井内高温区以上5m至高温区以下12m（约25m）的范围内向巷邦和巷顶灌注罗克休封堵漏风，然后对1-2煤层与火区相关的巷道实施了封闭，有效地隔离和控制了火区。
三、灭火及施工方案
1-2煤火区的位置较为明确，为确保矿井的安全生产，防止高温火区复燃或向其它生产区域蔓延，决定向已封闭的高温区内施工钻孔压注高分子胶体，彻底熄灭火区，经与西安科技大学灭火专家共同研究，采用打钻注胶灭火方案。
1钻孔施工机
施工机具：KHY-50/38注胶钻孔快速施工机具。
主要技术参数：
1）最大钻进深度：80m（煤体和松散煤体内）。
2）打钻方式：湿式打钻。
3）动力：3kw电机。
4）钻进速度：40m/h。
5）钻杆：钻杆和套管一体化，每根长度1.2m，外径50mm，内径38mm。
6）钻头：外径54mm，内径38mm，有效过流断面大于内径32mm的套管。
2钻孔施工工艺流程
钻孔施工流程：稳钻—钻进—封孔口—移钻。
1）稳钻
首先接好钻机电源和水管，然后根据钻孔设计，在井下巷道内靠巷帮安放钻机，并用点柱加横梁稳好钻机，钻机应安放平稳，不发生倾斜、位移。
2）钻进
按要求安放好钻机后，连接好钻杆、钻头，打开钻机进水阀门，开启钻机电源后向设计位置钻进。
3）封孔
钻孔打好后，应及时用封孔材料（棉纱）将钻孔封好，防止向火区漏风供氧。
4）移钻
一个钻孔打好后，移动钻机，按要求施工下一个钻孔。
3钻孔布置
钻孔布置：钻孔终孔位置在1-2煤层着火巷道内，以及着火巷道顶部和巷帮的松散煤体内，开孔位置在主斜井和1-2煤绕道内。向1-2煤层着火的巷道内施工7至8排钻孔，钻孔排距9m，每排3个（顺序为左孔、中孔、右孔），约需施工钻孔25个，钻孔长度4m～24m，平均15m，总施工量约300m。
钻孔编号：按终孔位置对钻孔进行编号，分别为左1、中1、右1、左2，……，并对现场施工的钻孔进行明确的标识。
基准钻孔：以中1为基准，终孔位置在主斜井透1-2煤层点的正上方。
施工顺序：由于火区封闭时间较短，主斜井内高温区段风流不稳定，且在1-2煤绕道内发现明火点，为确保钻孔的及时施工，首先在1-2煤绕道内施工左2、中2、左3、中3、左4、中4、左5钻孔，待火区得到初步控制且稳定后，再从主斜井内施工剩余钻孔。
4灭火材料（高分子胶体）
灭火材料选用高分子胶体，高分子胶体由水和MCJ12灭火剂构成，MCJ12高分子胶体灭火剂能使水发生胶凝，形成弹性胶体，脱水率<5%，灭火剂添加量0.6～3.0%，即：30～150kg/h。
主要用途和性能特点：
①实现水的液固转化，使水在指定地点停留，起到持续降温和封堵裂隙作用；
②克服注水流失量大、水的利用率和效率低等问题；
③解决凝胶成胶原料运输量大、种类多、现场配比难、受压易开裂等问题；
④充填于松散煤体裂隙内，起到包裹煤体、封堵漏风、降低煤温、长期阻止煤自热的作用，实现快速控制火势和灭火。
5注胶装备
注胶设备：ZHJ-5/1.8G矿用移动式防灭火注浆装置。
该装置是一种专门将粉状材料按比例、分散加入水中，并搅拌均匀，最终配制成胶体的设备。主要由防爆电机、减速机、螺杆泵、促凝剂及灭火剂定量送料总成、无级调速机、齿轮泵、传动装置、流量计、压力表及管路等组成。
6注胶工艺及注胶量
利用“ZHJ-5/1.8G煤矿用注浆机”，将灭火剂按0.6%以上的比例与水混合后，注入防灭火区域。根据现场情况，灭火剂添加量可由设备自身调节，必要时最大可添加至4%。1-2煤火区内的巷道长度约180m，体积约1800m3，封闭空间内的煤体裂隙体积按200m3考虑，并考虑1.2倍的富余系数，需注胶充填的总体积约为2400m3，约需高分子胶体灭火剂20吨。
四、施工工期及进度
1施工总工期：火区的灭火施工总工期10d。
2施工顺序及分段进度
打钻工程完成需6～8d；注胶工程完成需8～10d；可平行作业。钻孔施工效率3～6个 /d；注胶量10m3/h（两台注胶泵），日注胶量240m3。
五.灭火效果
1月10日早8点，矿组织人员对火区进行了详细检查验收，经检测皮带巷碹体最高温度为22Co，且温度逐渐降低。CO浓度为零；1#、2#、3#密闭墙墙体温度分别是7.8Co、10.5Co、、10.4Co、，一氧化碳浓度均为零，水温也正常；各密闭墙均无漏风、冒烟、水蒸气现象。
经灭火指挥部对火区各检测参数的分析，确定火区已经熄灭，同意停止向火區注胶，胶体防灭火技术在煤层自燃火灾防治的应用实践证明，该技术具有如下特点：
①灭火速度快：由于胶体独特的灭火性能，其灭火速度很快，通常巷道小范围的火仅需几小时即可扑灭，工作面后方大范围的火也只需几天即可扑灭。
②安全性好：胶体在松散煤体内胶凝固化、堵塞漏风通道，故有害气体消失快；在高温下，胶体不会产生大量水蒸汽，不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。
③火区启封时间短：注胶灭火工程实施完，无需等待即可启封火区。
④火区复燃性低：高温区内只要有胶体渗透到的地点都不会复燃。
作者简介：王兆平，通风与安全工程师、国家注册安全工程师职称，陕北矿业公司质量通风办公室。