改性超高水材料在俯斜综采工作面防灭火中的应用.pdf
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1、第4 6 卷第9 期2023年9 月煤矿安全环保与煤炭加工改性超高水材料在俯斜综采工作面防灭火中的应用煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.9Sep.2023秦大健1,2,3(1.国家能源充填采煤技术重点实验室,河北邢台0 5 4 0 0 0;2.河北煤炭科学研究院有限公司,河北邢台0 5 4 0 0 0;3.河北充填采矿技术有限公司,河北邢台0 5 4 0 0 0)摘要:超高水材料是一种纯无机材料,具有含水率高、凝固时间短、早期强度高、密封性好、成本低等特点,在井下巷道密闭及老空区治理等项目中已得到广泛的应用,而在俯采工作面防灭火技术中,超高水材料
2、由于流动性好,扩散半径较大,因此很难堆积到一定的高度形成密闭墙隔绝空气。本文针对核桃屿煤矿俯斜综采工作面实际情况,通过改进超高水材料配比与注浆工艺,降低材料凝固时间,提高材料堆积高度,结合工程技术方案,使改性超高水材料在工作面采空区内形成一道有效的隔离密闭墙,达到工作面降温与密闭的防灭火效果。关键词:改性超高水材料;注浆工艺;俯采工作面;防灭火中图分类号:TD752文献标识码:B文章编号:2 0 9 5-5 9 7 9(2 0 2 3)0 9-0 1 1 5-0 4Application of modified ultra-high water materialin fire preventi
3、on and extinguishing of inclinedfully mechanized mining faceQin Dajian l,2.3(1.National Key Laboratory of Energy Flling Coal Mining Technology,Xingtai 054000,China;2.Hebei Coal ResearchInstitute Co.,Ltd.,Xingtai 054000,China,3.Hebei Filling Mining Technology Co.,Ltd.,Xingtai 054000,China)Abstract:Ul
4、tra-high water material is a kind of pure inorganic material,which has the characteristics of high watercontent,short solidification time,high early strength,good sealing and low cost.It has been widely used in undergroundroadway sealing and old goaf treatment.In the fire prevention and extinguishin
5、g technology of down mining face,ultra-highwater material is dificult to accumulate to a certain height to form a closed wall to isolate air due to its good fluidity andlarge diffusion radius.In this paper,according to the actual situation of the inclined fully mechanized mining face inHetaoyu Coal
6、Mine,by improving the ratio of ultra-high water materials and grouting technology,reducing the solidificationtime of materials and increasing the accumulation height of materials,combined with the engineering technology scheme,the modified ultra-high water material is formed in the goaf of the worki
7、ng face.An effective isolation and sealing wallachieves the effect of cooling and sealing fire prevention and extinguishing in the working face.Key words:modified ultra-high water material;grouting process;downward mining working face;fire prevention andextinguishing灾的9 0%。近年来,先进的综采放顶煤开采在大0 引言采高煤层中得
8、到广泛的推广与应用,极大的提高了长期以来,矿井火灾都是煤矿生产的重大安全生产效率,但由于冒落高度大、残留煤炭多、封闭隐患之一,在影响煤矿安全生产的同时,也制约着困难,使采空区漏风严重,当热量集聚到一定程度煤矿的正常发展。矿井火灾分为内因火灾和外因火后,极易引起采空区煤层自燃,造成安全生产事灾,其中内因火灾中煤炭自燃引起的火灾占矿井火故,影响正常生产。为了防止煤层自燃,煤矿生责任编辑:高小青D0I:10.19286/ki.cci.2023.09.030作者简介:秦大健(1 9 8 6 一),男,河北邢台人,高级工程师。引用格式:秦大健.改性超高水材料在俯斜综采工作面防灭火中的应用 J1.煤炭与化
9、工,2 0 2 3,4 6(9):1 1 5 1 1 8.1152023年第9 期产中多采用注黄泥浆、注阻燃剂、喷洒阻燃材料、构筑密闭墙、注惰性气体等方法,但存在成本高、使用环境限制、效果不理想等问题。超高水材料作为最近几年新兴的一种井下无机注浆材料,具有流动性好、凝固时间短、早期强度高、含水量大等特点,在煤矿充填开采、老空区治理、巷道密闭、井下防灭火、沿空留巷等多个技术领域得到广泛应用。其中超高水材料作为防灭火材料,在煤矿防灭火技术中能够有效熄灭煤炭火灾,降低火区温度,快速包裹煤体,阻止有害气体挥发,防止煤层复燃,同时超高水材料凝固后具有一定强度,能够对围岩起到有效的加固作用。但面对俯斜综采
10、工作面这类复杂条件的防灭火,原有超高水材料性能不能满足工程需要,因此需根据实际情况对超高水材料进行改性,同时对注浆工艺进行优化。1工程背景核桃屿煤矿俯斜综采工作面设计倾斜长度2 4 0m,走向长度2 1 1 0 m,煤层实际厚度1 0.2 7 2 0.5m,平均厚度1 6.0 5 m,煤层倾角2 8。煤层在靠近停采线附近相对较薄,自北向南逐渐增厚。开采的8 号煤层属I类易自燃煤层,自然发火期为24个月,最短4 9 d。工作面安装完成后进行试生产,煤层设计开采厚度0 30 0 m时回采高度为4.8 m,在回采7 0 m时,受断层岩墙段影响推进缓慢、高温点及漏风通道探查不充分、隔离降温措施不到位等
11、因素影响,采空区浮煤快速氧化,一氧化碳、乙烯等气体变化较快,为保障作业人员及设备安全,对工作面先后两次进行封闭,期间采取了注黄泥浆、氮气及防灭火材料进行灭火降温,未能取得很好的效果。经过研究考察,结合现场情况,在钻孔深度受限的情况下,最终选择利用超高水材料在支架后部采空区1 0 m,距离底板1 2 m处利用注浆管从措施巷进行注浆构筑隔离密闭墙(图1);密闭墙构筑完成后在后部采空区注入胶体充填材料,利用胶体包裹采空区遗煤,控制采空区遗煤氧化;最后在启封后根据支架后部漏风情况,利用超高水材料进行补注密闭。在施工过程中,始终保持向采空区后部注入低温氮气以降低采空区温度,隔绝空气,以防止采空区火情加重
12、。由于现有超高水材料的凝固时间和流动扩散半径不能满足该工程需要,因此需对超高水材料进行改性,对注浆工艺进行优化。116煤炭与化工图1 隔离密闭墙注浆效果示意Fig.1 Grouting effect of isolated closed wall2改性超高水材料研制超高水材料由A料、B料组成,其中B料中主要由天然硬石膏、生石灰和外加剂等材料构成。长期以来,天然的无水硬石膏产量不断降低,材料品质稳定性变差,对超高水材料的性能影响较大。针对天然石膏的问题,结合工程需要,通过大量的考察与试验,最终选定了一种经过特殊处理的工业副产品石膏作为天然硬石膏的替代品,制成改性超高水材料。改性材料与原材料相比,
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