粉煤灰注浆在揭煤巷道防灭火中的应用

粉煤灰注浆在揭煤巷道防灭火中的应用

陈腾飞

淮河能源控股集团煤业分公司张集煤矿通风一队，安徽淮南 232001

摘要：粉煤灰是电厂煤泥燃烧后过滤的灰渣,往往作为工业垃圾处理。可是在煤矿上，粉煤灰可以代替黄土作为井下防灭火的原材料, 向粉煤灰浆液中添加粉煤灰料作为永久密闭充填接顶利用，这样不仅增加浆液的粘度，而且使其充分地与煤体接触,最大限度地防止煤层发生氧化反应而发生自燃发火,达到快速充填堵漏防灭火的目的。文章主要结合实例，探讨了粉煤灰注浆在揭煤巷道防灭火中的应用

关键词：粉煤灰；注浆；防灭火；应用

煤矿井下巷道发火是井下自然发火的重要组成部分。由于巷道在揭煤过程中，受煤层赋存的影响，会遇到煤层破碎，经常造成掘进冒顶，在处理好冒顶掘进通过冒顶区域后，一般在该区域都留下体积较大的空顶，该处煤体长期处于微风状态下发生氧化反应，导致温度积聚出现CO现象，如果管理不善，措施不利，防范不严，巷道自然发火则容易发生，以致影响和威胁煤矿安全生产。

1 传统的防火方法

当巷道揭煤后，传统的方法是先对巷道过煤段进行喷浆然后再注浆，以此来消除过煤段的防火隐患。但传统的喷注浆防火方法有明显的缺点：（1）水泥浆在注入的过程中会产生高温氧化周边煤体能产生高值CO。（2）水泥浆注实一段时间后由于脱水作用出现空隙，为煤体氧化提供蓄热、供氧条件。（3）注入的水泥浆容易顺着裂隙流出造成极大浪费。（4）水泥成本高。

2粉煤灰防灭火材料特点分析

粉煤灰防灭火剂，它具有低脱水、速凝、阻化、降温、无毒、无腐蚀的特点。它标志着煤矿防灭火技术登上了新的台阶，井下防灭火技术又向前迈进了一步。

3 粉煤灰注浆防灭火优势

粉煤灰是电厂煤泥燃烧后过滤的灰渣,往往作为工业垃圾处理，煤矿上用于井下密闭属于废物利用。粉煤灰物理性质比较稳定，当粉煤灰与甲乙料通过不同配比混合，粉煤灰可以起到凝固速度快、早期强度大、增阻速度快且具有膨胀性提高了密闭效果。粉煤灰混合甲乙料具有亲水特性，充填凝固体受压破坏有重新再结晶能力，承载与抗变形能力大能够很好的黄土充填接顶。粉煤灰混合甲乙料具有凝固速度快的特征，能够提高密闭施工进度。

4 具体应用

4.1 粉煤灰配比试验

为保证粉煤灰注浆能够达到防火最佳效果，我们查阅了粉煤灰注浆的相关资料，在地面对注粉煤灰情况进行了试验。试验用PC32.5复合硅酸盐水泥，粉煤灰为当地电厂提供，分为五组（比例为体积比），主要考察凝固时间和抗压强度：

分组： A组：全为粉煤灰； B组：水泥：粉煤灰=1：1；

C组：水泥：粉煤灰=1：2； D组：水泥：粉煤灰=1：3；

E组：水泥：粉煤灰=1：4。

凝固时间分别以1天、2天、3天、4天进行观测。试分析凝固时间情况发现：A组用纯粉煤灰进行注浆，4天内无法凝固；B组与C组凝固成型较快，且前期B组效果优于C组，至4天时，效果无太大差别；D组3天内成型效果较差；E组4天内成型效果非常差。

抗压强度分别经过3天、6天、9天、28天进行观测，试验结果见表1。

表1 抗压强度列表

分析抗压强度情况发现：A组不凝固无法承受压力；B组C组抗压效果较好，随着时间的推移，B组与C组抗压数据越来越接近，达到23MPa以上，其抗压能力与使用1:1的水泥浆注浆效果差距不大；D组与E组抗压效果远不如B组与C组。

试验表明采用水泥与粉煤灰比例在1：1～1:2时，成型效果较好，凝固时间较短，抗压强度大。

4.2 注浆工艺

首先在巷道煤体中预埋带孔钢管，钢管长度和布置密度视煤层破裂范围而定，带孔钢管用水泥沙浆固定，并在巷道内喷射混凝土，封闭巷道周边煤体。然后将水泥和粉煤灰混合材料搅拌均匀，用注浆泵将浆液压入预埋钢管，通过充填裂隙、空洞等隔绝空气，达到防灭火的作用和目的，钢管充填完防灭火剂后用水泥沙浆封口。

4.3 现场试用情况

我矿在2013年9月份选定东一B组煤胶带机石门过煤段注水泥和粉煤灰混合材料，水泥和粉煤灰的配比为1：1～1：2。表2是东一B组煤胶带机石门揭煤点注粉煤灰后CO含量的变化情况。

从表2可以看出，在以上地点利用粉煤灰材料防灭火效果是非常明显的，达到了防灭火的预期效果。取得了预期效果。通过后期考察情况来看，粉煤灰、水泥配比浆液与纯水泥两种注浆材料所注过煤段防火效果相近，证明使用粉煤灰注浆在过煤段充填效果上能够达到水泥注浆的效果。

表2 注粉煤灰后CO含量变化表

观测点	观测日期/d
	10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1	240 160 120 80 50 20 15 5 0 0 0
2	300 240 200 150 80 50 20 5 0 0 0
3	230 120 40 0 0 0 0 0 0 0 0
4	190 130 80 50 30 0 0 0 0 0 0
5	220 150 120 70 40 20 0 0 0 0 0

5 结论

通过实例可以看出，利用该项技术的巷道过煤段采用粉煤灰与水泥配比注浆具备可以替代纯水泥注浆的作用。粉煤灰在实际注浆应用中具有以下优点：首先是可泵性强、注浆方便，极少发生堵管现象；其次是干湿均可存放，并且不会失效；第三是粉煤灰含可燃物极少，氧化性能差，可以充分与煤体表层接触，起到隔断空气的作用，防止煤氧化；另外具有价格优势，注浆所使用的每吨水泥约270元，每吨粉煤灰29元，推广粉煤灰与水泥混合配比进行注浆具有廉价的巨大优势。东一B组煤胶带机石门过煤段注粉煤灰约1200立方米、节省水泥约200吨，累计节省约5.4万元。

 参考文献：         [1]杨涛.注浆防灭火技术规范不合理分析[J]．中国煤炭.2017(1 1)：100．         [2]李建.注凝胶注浆防灭火技术在袁仓煤矿的应用[J]．黑龙江科技信息．2017(3)：98．