注胶堵漏与液态CO2灌注综合应用消除易煤层自然发火隐患

1 矿井及自然发火概况

邹庄矿井生产能力202万吨/年，立井开拓，在工业广场布置主、副、井三个井筒，一水平标高-720m。矿井主采煤层32具有煤与瓦斯突出危险性，吸氧量0.74cm3/g，为Ⅰ类容易自燃煤层，自然发火期最短33天。采空区“三带”为进风侧散热带＜16.5m，自然带16.5-59.5m，窒息带＞59.5m；回风侧散热带＜11m，自然带11-53.5m，窒息带＞53.5m。矿井建立了完善的束管监测、灌浆、注氮等防灭火系统。

2 工作面及隐患概况

3408工作面位于34采区右翼第四区段，上下区段均未开采。该面走向长1275米，倾斜长199米，煤厚平均2.27m，回采率为95%。一次采全高回采，“U”型通风，风量为1032m3/min。采用高位拦截钻孔抽放和老空区埋管相结合瓦斯抽放方法。工作面面内共129架，16年10月17日开始铺网，10月28日开始使大棚，11月2日使棚结束。10月29日，工作面83架附近检查出CO气体，11月30日工作面检查出CO最大为34ppm。

3 原因分析

1、工作面停采线位置75-85架附近处于34F6断层带处，采空区留有遗煤，同时煤质松软，存在大量裂隙增加了煤的氧化性。

2、工作面进风风量大，采空区漏风多；同时伴随着风巷老塘埋管瓦斯抽放，工作面上下端头压差达70Pa。

3、工作面临近收作期间，地质条件差，工作面推进速度减缓。

综上所述，3408工作面停采线位置存在较大的发火隐患，若不及时采用有效快速的防治措施，将对3408工作面综采设备、支架回收工作带来较大的安全隐患，甚至将导致被迫封面，给矿井安全生产带来威胁。

4 防治方案

按照“堵漏、降氧、降温”的防治思路。

在“堵漏”上采取：①在上下端头分别重新构筑袋装碎煤或矸石的垛墙，垛墙不少2道，厚度不少于2米，中间间隔1米，外侧垛墙在中上部埋设三根一寸的注胶管，两墙之间注凝胶进行充填。②通过每2架向架后采空区预埋的注胶管，在面内上下各15架要压注凝胶充填，注胶管周围挤出凝胶为准，使架后形成一道密实的胶墙，将采空区与外部隔绝。

在“降氧、降温”上采取：③将液态CO2槽车运送至机巷入口处，槽车出口阀通过高压胶管与工作面机巷向采空区预埋的措施管路相连，向采空区持续压注液态CO2.。与上下端头附近密实的胶墙配合，将CO2“包裹”在采空区，置换采空区沉入底部的氧气、吸热降温。

5 火灾防治工艺

5.1 凝胶压注

凝胶防灭火技术集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，较好地解决了灌浆、注水的泄漏流失问题；

（1）凝胶材料选择及配比

凝胶由基料（水玻璃）、促凝剂和水按比例混合而成。设计比例基料（水玻璃）：促凝剂：水=20：8：72（重量比）。混合过程中发生“胶凝作用”化学反应，形成无流动性、半固体状的凝胶。

（2）注胶设备 ：双液注胶泵。

该设备是一种用来输送凝胶（水+基料+促凝剂）的泵组。它可自动地将水、基料、促凝剂按一定比例混合后，经出液口输送到用胶地点。

5.2 液态CO2灌注

液态CO2的密度随温度的变化而变化较大，-20℃时，其密度是1.01kg/L，在温度为15℃、0.1 MPa下，1t液态CO2体积膨胀约640倍，液态二氧化碳 “吸附阻氧、吸热降温、惰化降氧”于一体。液态CO2灌注入火区空间会瞬间体积膨胀气化，并吸收大量热，使得火区温度和氧气浓度降低加快，降温效果明显。 矿用移动式液态CO2防灭火系统和装置由液态CO2槽车、液态CO2储罐、矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置，以及流量、压力等监测和控制装置组成。设备在井口附近，进行充灌。充灌结束后，将装液态CO2储罐的槽车运送至井下灌注地点，通过管路连接，将液态CO2灌注于火区。

6 效果分析

单一使用注胶堵漏防灭火技术，只能起到覆盖、堵漏、隔氧、防复燃的作用，却很难置换采空区内氧气，降温效果一般。单一使用液态CO2防火技术，操作简单、易于施工、能够达到快速降温，快速气化膨胀采空区内氧气的效果。但局限于气化后的CO2受漏风通道的影响，在采空区内存留时间不长，不能长时间 “包裹”在采空区，流失严重，易造成面内作业地点的缺氧，经济成本高，难能达到快速治理采空区发火隐患的效果。综上所述，将两种技术联合使用，起到了互补、配合的作用，在3408工作面取得了良好治理效果和经济效益。

7 结语

工作面收作过程中，始终对采空区采取注氮、灌浆措施，但是收获效果不佳，采空区氧气浓度未出现明显下降。11月2日开始，领导高度重视，决策得力，果断调整防治方案，采取上下端头及面内注胶封堵与液态CO2灌注配合应用。12月10日，采空区内氧气浓度开始持续下降，12月10日氧气浓度降至最低值1.81%。12月6日开始至工作面收作结束未监测出CO气体，整个防治过程，共完成注胶430.3m3, 灌注液态CO2130吨。工作面顺利完成封闭，收到了预期的治理效果。