煤巷高冒区自然发火机理及防治技术(2)

表1 水溶性复合胶体充填材料凝结时间

4.2 现场应用

高冒区概况:贵州大湾煤矿X-3工作面开采9#煤层为煤与瓦斯突出煤层, 属于Ⅱ类自燃煤层, 煤尘具有爆炸危险性。工作面与地表垂深在340~390 m之间, 开采煤层平均厚度6.3 m, 煤层平均倾角为5°。工作面内生断层裂隙发育, 均为正断层, 且断层落差大, 对工作面回采影响较大。工作面在回采过程中, 受断层影响, 进风巷超前应力段直接顶破碎, 形成局部高冒区, 冒顶区内有大量破碎遗煤。现场通过喷浆堵漏后, 取样分析监测高冒区内CO气体含量有增大趋势, 并采取局部插管注氮的防灭火措施, 但效果并不理想。

治理过程:在喷浆堵漏、注氮惰化等措施未达到明显效果的情况下, 为消除高冒区自燃隐患, 现场采取向高冒区打钻灌注三相泡沫消除立体遗煤高温隐患, 并压注水溶性复合胶体充填堵漏灭火的措施。①三相泡沫立体降温灭火-利用井下移动式注浆系统, 接入三相泡沫发生装置, 并引入氮气, 即可形成丰富的三相泡沫。现场通过锚杆钻机对高冒区施工钻孔并下套管 (?25 mm) , 钻孔成型后开始灌注三相泡沫, 利用其高位堆积性、降温等特性消除立体高温隐患。当有大量的泡沫溢出时, 停止灌注。具体工艺如图2所示;②水溶性复合胶体充填灭火-待高冒区通过钻孔采取灌注三相泡沫消高温措施后, 将充填材料和水按1∶5比例混合, 使用气动注浆泵, 在水压的驱动下, 混合液料直接通过钻孔压注至高冒区进行封堵充填防灭火。灌注点根据成胶时间确定, 为实现快速封堵应尽量接近使用点。灌注工艺如图3所示。

图2 灌注三相泡沫工艺图 下载原图

图3 灌注水溶性复合胶体充填材料工艺图 下载原图

治理效果:现场自9月15日开始, 通过1周的时间, 对高冒区打钻灌注三相泡沫、水溶性复合胶体充填材料。通过高冒区监测钻孔取气样分析CO等指标气体, CO浓度随时间变化趋势如图4所示。

图4 治理过程中CO浓度的变化 下载原图

从图4可以看出, 治理前期CO浓度缓慢升高, 最大可达1 000×10-6, 说明高冒区遗煤氧化温度较高, 煤活化速率及CO产生速率增大。通过采取灌注三相泡沫消高温, 压注水溶性复合胶体充填材料后, CO浓度呈快速下降趋势, 并最终消失, 说明高冒区内的遗煤自燃隐患已经得到了有效地消除, 工作面也恢复了安全生产。

5结语

从高冒区浮煤分布状态及传热、传质方面分析了其内遗煤自燃的影响因素, 结合大湾矿X-3工作面进风巷道高冒区的实际情况, 在喷浆堵漏及注氮惰化效果不明显的情况下, 采取了钻孔灌注三相泡沫、水溶性复合胶体充填材料的综合措施, 快速有效地抑制了高冒区的遗煤自燃。实践表明, 三相泡沫技术与水溶性复合胶体充填技术相结合, 对高冒区立体遗煤自燃高温消除是一种行之有效的技术方法。

参考文献

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文章来源：《中国矿业大学学报》 网址: http://www.zgkydxxbzz.cn/zonghexinwen/2020/0926/371.html