1采空區(qū)火災(zāi)概況

通化礦區(qū)葦塘礦一井為1959年投產(chǎn)設(shè)計能力30萬t/a礦井，片盤斜井分區(qū)石門開拓，水平巷柱采煤方法。煤層為石炭二疊系共7層煤，1、4、6層可采；頂板管理為采空區(qū)自然垮落。瓦斯等級為高瓦斯礦井，瓦斯相對涌出量12.65m³/t，煤層自燃傾向Ⅱ級，發(fā)火期12個月。

自然發(fā)火的采區(qū)是+250m~+300m南翼一石門一層煤采空區(qū)，由東西兩塊段采空區(qū)組成，共采出煤炭215萬t。回采率在40%~60%左右。采區(qū)回采結(jié)束后進行封閉，并進行預(yù)防性黃泥灌漿。4個月后在進行礦井風量調(diào)整時，發(fā)現(xiàn)該采空區(qū)回風側(cè)密閉內(nèi)CO濃度>0.003%并持續(xù)上升。同時+300標高采空區(qū)相鄰空區(qū)內(nèi)產(chǎn)生自然發(fā)火。

2高水材料封堵采空區(qū)漏風

　　采空區(qū)火災(zāi)封堵漏風是滅火措施成功的關(guān)鍵。在總結(jié)前期滅火教訓的基礎(chǔ)上，以封堵采空區(qū)+250m漏風源為滅火工作原則，實施高水材料壓力封堵裂隙漏風，+250m一層大巷至+268m刮板輸送機道間由下而上灌注粉煤灰封閉隔絕帶的滅火技術(shù)措施。

　　2.1 高水材料封堵巖壁裂隙漏風機理

　　高水速凝固充填材料（簡稱高水材料）是有硫鋁酸鈣水泥為主組成的甲乙兩種混合物，分別加入8~9倍水，攪拌形成高水速凝，快硬，初期強度高，用于煤礦巷旁支護的充填材料。其主要特點是用水量大、固體材料少、泵送容易、流動性好、充填不干縮。

　　做為封堵漏風材料，應(yīng)用時由泥漿泵壓力通過鉆孔注入漏風通道的巖石裂隙中，高水材料發(fā)生反應(yīng)，生成長針狀、柱狀高結(jié)晶水化物鈣礬石，長針狀、柱狀結(jié)構(gòu)交織在一起形成了堅固的網(wǎng)狀骨架，骨架中含有大量結(jié)晶水。網(wǎng)狀骨架象海綿一樣吸咐著大量游離水。高水材料礦化體充填于裂隙中隔離漏風通道。特別是當巖層來壓再度破壞后，由于材料中游離水存在的條件下，充填凝固體受壓破壞有重新再結(jié)晶能力，因此具有很好的封堵漏風的作用。

2.2高水材料封堵漏風裂隙工藝

（1）制漿。用1t礦車中間焊隔板制成2個體積約0.5m³的高水材料漿液攪拌箱，再由2.2kW電機經(jīng)蝸輪減速器拖動旋轉(zhuǎn)攪拌器轉(zhuǎn)動攪拌，兩攪拌箱分別按所需水灰比，攪拌成甲乙兩種均勻漿液。

（2）輸送。兩種漿液分別使用泥漿泵（工作壓力1.5~5.0MPa,流量50~120L/min），由輸送管道送入混合器后，經(jīng)鉆孔入漏風的巖石裂隙中。

（3）鉆孔。用YT-2S型風動鑿巖機鉆孔，壓注孔深至無裂隙巖層。

（4）壓力注漿。將注漿管道插入壓注孔內(nèi)，用黃泥或水泥壓注孔封孔后壓注高水材料，壓注高水材料結(jié)束后關(guān)閉注泵管上的閥門或直接用黃泥封堵注漿孔口。待高水材料初凝固后（2~4h），拆除注漿管再用水泥將注漿口處重新抹嚴封閉。

（5）每班注漿結(jié)束或因故停泵>20min需用清水沖洗輸送管路系統(tǒng)，以防凝固阻塞管路。

2.3 高水材料封堵的技術(shù)參數(shù)

質(zhì)量含水率（%）={水的總質(zhì)量（kg）/{甲組份質(zhì)量（kg ）+乙組質(zhì)量（kg）+水的質(zhì)量（kg）×100%}

體積含水率（%）={水的總體積（L）/[甲組份質(zhì)量(kg）/甲組份密度（kg/L）]+[乙組份質(zhì)量（kg）/乙組份密度（kg/L）] ×100%}

(2)高水材料含水率。高水材料的含水率及材料用量見表1。

表1 高水材料含水率及材料用量

見表

（3）高水材料初凝時間?<20min。

縮短初凝時間可采用：①增加乙料添加劑（速凝劑）數(shù)量；②甲乙2種漿液放入混合器內(nèi)延長混合時間再泵送（注意攪拌）；③提高水溫。

（4）抗壓強度。高水材料的抗壓強度見表2。

　　表2 抗壓強度（水灰比2.2:1）

　　見表

（5）添加粉煤灰。添加粉煤灰做骨料可提高充填體強度，減少膠結(jié)材料量及提高抗風化性能。如保持2.2:1～3:1的水灰比，摻入粉煤灰500kg/m³形成漿液水體積比70%以上?？蓽p少高水材料用量，節(jié)約費用。

2.4 漏風通道壓力充注封堵方法

（1）噴泉混凝土巷道漏風的封堵。巷道斷面內(nèi)壓注充填孔一般布置之1～2個，孔深鉆入混凝土碹后巖壁0.2～0.3m，每組鉆孔間距沿巷道根據(jù)高水材料流動情況每8 ～20m布置一組鉆孔即可，注漿孔內(nèi)插入注漿管，封孔后聯(lián)接注漿管路即可壓注高水材料。

（2）巖壁裂隙及巖石破碎帶漏風封堵。將注漿孔鉆入有裂隙巖層內(nèi)1.5m左右，插入注漿管封孔后壓力充注高水材料，使巖壁破裂帶形成1m以上的巖層裂隙及巖層破裂帶間隙充滿高水材料凝固體，如有更大空間可以補充壓注粉煤灰充填（見圖1）。



圖1巖壁裂隙與破裂帶封堵

（3）巷道局部空頂?shù)某涮钐幚?。巷道局部空頂區(qū)，由于圍巖受上覆巖層作用產(chǎn)生變形，巖層裂隙漏風，是自然發(fā)火危險區(qū)域，空頂?shù)奶幚恚涸诳枕斚?/2采用高水材料加粉煤灰混合充填，上部采用粉煤灰直接填入剩余空間，全層充填改善了支架空頂區(qū)的受力狀態(tài)，充填體重量低，減輕了支架的承載壓力，粉煤灰的致密性及高水材料的流動性使巖石裂隙使充填巷道的穩(wěn)定性得到加強，又消除了漏風及自然發(fā)火危險（見圖2）。



圖2 局部空頂充填處理

（4）密閉墻及其附近漏風封堵。在密閉墻外0.4~0.5m處構(gòu)建臨時封閉墻，中間充入高水材料，密閉墻周邊巷道打壓注孔，對四周巷壁漏風進行壓力充注高水材料。

3采空區(qū)灌注粉煤灰滅火隔絕帶

采空區(qū)周邊裂隙漏風通道封堵后，接著灌注粉煤灰隔絕帶。粉煤灰粒徑小，粉狀致密，透氣性差，水化制漿快，脫水快，管路泵壓力輸送容易，是很好的滅火廉價材料。采空區(qū)由于丟有殘煤，隔離煤柱也遭受破壞，切斷流向采空區(qū)漏風，采用粉煤灰水灰比為6:4的漿液，灌注采空區(qū)走向和傾斜粉煤灰隔絕帶（如圖3）由+250m大巷鉆向上孔至采空區(qū)+258.5m~269.5m標高有效鉆孔5個。灌注粉煤灰273m³。形成采空區(qū)東下部入風側(cè)漏風隔絕帶。之后又補充灌注粉煤灰93m³，對密閉采空區(qū)東塊段副井漏風通路的傾斜隔絕帶，灌注隔絕帶后，采空區(qū)主要漏風通道檢測CO含量為<0.0001%,O₂含量?<6%。



圖3 采空區(qū)走向粉煤灰隔絕帶

4采空區(qū)滅火效果

采空區(qū)漏風裂隙高水材料充注由+250m大巷開始，共用15個小班充注高水材料15.3t，封堵漏風巷26.5m，漏風裂隙面積217.05m²漏風源封堵結(jié)束。至此受火區(qū)影響停產(chǎn)的+300m~+500m北翼采區(qū)正式恢復生產(chǎn)。