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【摘要】在煤矿生产中煤层自燃事故时有发生，不仅危及着职工的生命安全，而且造成大量的煤炭资源浪费。因此，矿井防灭火工作在煤矿安全生产工作当中至关重要。本文针对传统的矿井煤层自燃防灭火技术及一般传统注浆系统在生产当中存在的种种问题而提出研究建立的浆液浓度稳定、结构简单、使用便捷的井下可移动式注浆防灭火系统。
【关键词】煤层自燃；移动式；注浆系统；防灭火
1、概况
山东唐口煤业有限公司位于山东省济宁市西侧，设计生产能力3.0Mt/a。井深为1029m。该公司井下开采的3#煤层经抚顺煤科分院2004年6月鉴定，该煤层的自燃倾向性为自燃煤层，自燃发火期为54～118天。工业场地风井附近建立的集中防火灌浆搅拌站、泥浆池。由于井筒深，管路承受的静压大，加之在灌浆过程中的冲击动力，即使设置了减压装置，注浆管路还是不能承受巨大的压力而发生破管，造成灌浆系统瘫痪而无法使用。
为防治煤层自燃发火，确保安全生产，根据《煤矿安全规程》，结合唐口煤矿的实际情况，研究建立浆液浓度稳定、结构简单、使用便捷的井下可移动式注浆防灭火系统。
2、移动式注浆防灭火技术工艺和设备的确定
根据山东唐口煤业有限公司灌浆防灭火技术要求和制浆材料特点，对井下移动式注浆防灭火技术工艺和设备进行研究。根据以前注浆系统使用存在的堵管、浆液浓度忽大忽小不稳定等问题，并充分考虑前人的研究成果，采用实验室研究与测试、现场试验相结合的研究方法。
在研究的过程中充分考虑该系统及装备能够制备不同浓度的浆液，以满足不同情况下的需求。其次要考虑高浓度时能加入悬浮剂和其它防灭火添加剂的要求。制浆材料选用粉煤灰，以减少黄土对耕地和环境造成破坏。使用粉煤灰不但可以变废为宝，减少环境污染，而且取材料方便（因矿区周围就有产生粉煤灰的发电厂），成本低廉。根据注浆工艺和国内ZHJ系列井下移动注浆装置的优缺点，经过现场试验、专家咨询，最后提出了移动式注浆开发方案：即该系统也由三大系统构成，即制浆系统（由制浆材料添加装置、搅拌系统和外加剂添加装置组成）、浆液压注系统和输浆管路系统
3、制浆机的设计
经过通过大量的实践，注浆时浆液浓度（即注浆材料与水的配比）对于防灭火效果非常重要，浓度稀了防灭火效果差，浓度大了不便于浆液流动，易堵管，注浆距离也大大受限。煤科总院抚顺研究分院研制生产的矿用移动式防灭火注浆装置和煤科总院重庆研究院研制生产的煤矿防灭火注浆设备浆液浓度靠人的经验和人工加料速度来控制，浆液浓度不均匀，易出现忽大忽小。西安森兰科技有限公司和西安科技大学生产的ZHJ-10/1.8型矿用移动式防灭火注浆装置虽然采用了定量给料机来控制浆液浓度，但是定量给料机的转速调节器易于损坏，使得定量给料机无法控制，浆液浓度当然也就无法控制。而且定量给料机的出口端易于进料，增加了定量给料机负荷，严重时会使机器损坏而无法正常加料，使整个注浆机无法工作。
3.1螺旋定量输送机工作原理
井下移动式注浆机的定量给料装置和外加剂添加装置就是采用单螺旋定量输送机。其工作原理是：物料从进料口加入，当转轴转动时，物料受到螺旋叶片推力的作用，该推力的径向分力和叶片对物料的摩擦力，有可能带动着物料绕轴转动，但由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故，才不与螺旋叶片一起旋转，而在叶片法向推力的轴向分力作用下，沿着料槽轴向移动。
经过理论分析与现场试验，螺旋在一定转速范围内，螺旋的转速不超过它的临界转速时，物料随螺旋转动，沿着料槽轴向移动，可以满足物料和外加剂定量添加。
3.2制浆机结构
井下移动式注浆装置主要由：防爆电机、减速机、定量送料机、制浆滤浆总成、料斗、传动装置、排渣口、出浆口、流量计及管路等部分组成，
3.3工作原理
打开水阀把水加入制浆滤浆总成，启动电机，把制浆原料（砂土或粉煤灰）加入料斗，定量送料机将制浆原料定量送入制浆滤浆总成。经制浆滤浆总成过滤合格的浆液通过出浆管输出；粒径较大的残渣从出渣口排出，合格浆液经泥浆泵加压后通过管路及钻孔注入防灭火区域。浆液浓度主要靠调节设备进水量进行调节，以便制造不同浓度的浆液。（当需要由井下移动式防灭火注浆装置配合制备复合胶体时，在浆液到达注胶地点附近100m以内，另外安装“ZM-5/1.8G矿用注浆装置”按比例（根据现场情况确定）要求加入胶凝剂，胶体通过钻孔或预埋管路注入用胶地点）。
4、浆液制备及施工工艺
井下移动式防灭火注浆站设在工作面轨道顺槽硐室，或采煤工作面联巷内。把粉煤灰（或黄土）加入矿用移动式防灭火注浆装置的加料箱中，打开供水阀门，矿用移动式防灭火注浆装置把水与粉煤灰按一定比例混合、搅拌制成一定浓度浆液，过滤部分把浆液中的大颗粒固体滤出，由泥浆泵注入使用在点采用以黄土或电厂粉煤灰为浆材，水灰比控制在3～1∶1。为了提高灌浆防火能力，可在泥浆中加入0.5%～1%MgCl2阻化剂，以达到良好的防火效果。
采煤工作面随采随灌时，采用埋管灌浆法。在工作面构造、煤层较厚地段，预先埋设一路注浆管路，工作面推过30～40m时开始，通过预埋管路，向采空区灌注阻化泥浆。在工作面结束时，面上支架回撤前，预先在在停采线处重新敷设一路Φ50mm钢管，钢管要留设多处三通阀门，并用金属网等物挡好，防止顶板跨落压坏。在工作面所有电气、机械设备撤离完毕后，在上、下顺槽建筑两道密闭墙，密闭墙靠近上部预留注浆孔进行注浆，当注到注浆管的浆液不流动时，停止注浆，打开放水管阀门放水，再进行注浆，直到注满为止。
5、结论
通过为期一年的实验，研究并开发出了井下移动式注浆防灭火系统，在唐口煤业4305、3302工作面应用后，取得了明显的注浆效果，为唐口煤业的防灭火工作打下了坚实基础。主要有以下结论：
（1）研究并开发出了具有流量稳定，设备运行可靠性好；操作简单，使用与维护方便；体积小，重量轻，易于运输的井下移动式制浆设备。
（2）搅拌与过滤融为一体，过滤性能好，在添加注浆材料时不需要人员拨动，不需要清理，减少人工费用。
（3）制浆材料各组份可以实现自动添加，使得浆液浓度稳定，制浆效果好，混合均匀，不堵管。
（4）注浆设备压力高，最大注浆压力可达6MPa，注浆距离可达1800m以上。
（5）在唐口煤业4305综采工作面进行了现场实际应用，在3302工作面进行了推广应用，取得较好的注浆效果和防灭火效果，为唐口煤业的安全产生奠定了坚实的基础。
参考文献
[1]赵善扬.KBJ-100/6井下移动式注浆设备及注浆工艺的研究通过鉴定[J].矿业安全与环保，1993（03）
[2]刘宪明，陈士军.煤矿综合防灭火技术的研讨[J].煤矿现代化，2009（S1）
作者简介
韩明，男，汉族，1982年11月生，2007年7月毕业山西煤炭学院，通防助理工程师，国家注册安全工程师，现为山东唐口煤业有限公司通防队技术员。
【关键词】煤层自燃；移动式；注浆系统；防灭火
1、概况
山东唐口煤业有限公司位于山东省济宁市西侧，设计生产能力3.0Mt/a。井深为1029m。该公司井下开采的3#煤层经抚顺煤科分院2004年6月鉴定，该煤层的自燃倾向性为自燃煤层，自燃发火期为54～118天。工业场地风井附近建立的集中防火灌浆搅拌站、泥浆池。由于井筒深，管路承受的静压大，加之在灌浆过程中的冲击动力，即使设置了减压装置，注浆管路还是不能承受巨大的压力而发生破管，造成灌浆系统瘫痪而无法使用。
为防治煤层自燃发火，确保安全生产，根据《煤矿安全规程》，结合唐口煤矿的实际情况，研究建立浆液浓度稳定、结构简单、使用便捷的井下可移动式注浆防灭火系统。
2、移动式注浆防灭火技术工艺和设备的确定
根据山东唐口煤业有限公司灌浆防灭火技术要求和制浆材料特点，对井下移动式注浆防灭火技术工艺和设备进行研究。根据以前注浆系统使用存在的堵管、浆液浓度忽大忽小不稳定等问题，并充分考虑前人的研究成果，采用实验室研究与测试、现场试验相结合的研究方法。
在研究的过程中充分考虑该系统及装备能够制备不同浓度的浆液，以满足不同情况下的需求。其次要考虑高浓度时能加入悬浮剂和其它防灭火添加剂的要求。制浆材料选用粉煤灰，以减少黄土对耕地和环境造成破坏。使用粉煤灰不但可以变废为宝，减少环境污染，而且取材料方便（因矿区周围就有产生粉煤灰的发电厂），成本低廉。根据注浆工艺和国内ZHJ系列井下移动注浆装置的优缺点，经过现场试验、专家咨询，最后提出了移动式注浆开发方案：即该系统也由三大系统构成，即制浆系统（由制浆材料添加装置、搅拌系统和外加剂添加装置组成）、浆液压注系统和输浆管路系统
3、制浆机的设计
经过通过大量的实践，注浆时浆液浓度（即注浆材料与水的配比）对于防灭火效果非常重要，浓度稀了防灭火效果差，浓度大了不便于浆液流动，易堵管，注浆距离也大大受限。煤科总院抚顺研究分院研制生产的矿用移动式防灭火注浆装置和煤科总院重庆研究院研制生产的煤矿防灭火注浆设备浆液浓度靠人的经验和人工加料速度来控制，浆液浓度不均匀，易出现忽大忽小。西安森兰科技有限公司和西安科技大学生产的ZHJ-10/1.8型矿用移动式防灭火注浆装置虽然采用了定量给料机来控制浆液浓度，但是定量给料机的转速调节器易于损坏，使得定量给料机无法控制，浆液浓度当然也就无法控制。而且定量给料机的出口端易于进料，增加了定量给料机负荷，严重时会使机器损坏而无法正常加料，使整个注浆机无法工作。
3.1螺旋定量输送机工作原理
井下移动式注浆机的定量给料装置和外加剂添加装置就是采用单螺旋定量输送机。其工作原理是：物料从进料口加入，当转轴转动时，物料受到螺旋叶片推力的作用，该推力的径向分力和叶片对物料的摩擦力，有可能带动着物料绕轴转动，但由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故，才不与螺旋叶片一起旋转，而在叶片法向推力的轴向分力作用下，沿着料槽轴向移动。
经过理论分析与现场试验，螺旋在一定转速范围内，螺旋的转速不超过它的临界转速时，物料随螺旋转动，沿着料槽轴向移动，可以满足物料和外加剂定量添加。
3.2制浆机结构
井下移动式注浆装置主要由：防爆电机、减速机、定量送料机、制浆滤浆总成、料斗、传动装置、排渣口、出浆口、流量计及管路等部分组成，
3.3工作原理
打开水阀把水加入制浆滤浆总成，启动电机，把制浆原料（砂土或粉煤灰）加入料斗，定量送料机将制浆原料定量送入制浆滤浆总成。经制浆滤浆总成过滤合格的浆液通过出浆管输出；粒径较大的残渣从出渣口排出，合格浆液经泥浆泵加压后通过管路及钻孔注入防灭火区域。浆液浓度主要靠调节设备进水量进行调节，以便制造不同浓度的浆液。（当需要由井下移动式防灭火注浆装置配合制备复合胶体时，在浆液到达注胶地点附近100m以内，另外安装“ZM-5/1.8G矿用注浆装置”按比例（根据现场情况确定）要求加入胶凝剂，胶体通过钻孔或预埋管路注入用胶地点）。
4、浆液制备及施工工艺
井下移动式防灭火注浆站设在工作面轨道顺槽硐室，或采煤工作面联巷内。把粉煤灰（或黄土）加入矿用移动式防灭火注浆装置的加料箱中，打开供水阀门，矿用移动式防灭火注浆装置把水与粉煤灰按一定比例混合、搅拌制成一定浓度浆液，过滤部分把浆液中的大颗粒固体滤出，由泥浆泵注入使用在点采用以黄土或电厂粉煤灰为浆材，水灰比控制在3～1∶1。为了提高灌浆防火能力，可在泥浆中加入0.5%～1%MgCl2阻化剂，以达到良好的防火效果。
采煤工作面随采随灌时，采用埋管灌浆法。在工作面构造、煤层较厚地段，预先埋设一路注浆管路，工作面推过30～40m时开始，通过预埋管路，向采空区灌注阻化泥浆。在工作面结束时，面上支架回撤前，预先在在停采线处重新敷设一路Φ50mm钢管，钢管要留设多处三通阀门，并用金属网等物挡好，防止顶板跨落压坏。在工作面所有电气、机械设备撤离完毕后，在上、下顺槽建筑两道密闭墙，密闭墙靠近上部预留注浆孔进行注浆，当注到注浆管的浆液不流动时，停止注浆，打开放水管阀门放水，再进行注浆，直到注满为止。
5、结论
通过为期一年的实验，研究并开发出了井下移动式注浆防灭火系统，在唐口煤业4305、3302工作面应用后，取得了明显的注浆效果，为唐口煤业的防灭火工作打下了坚实基础。主要有以下结论：
（1）研究并开发出了具有流量稳定，设备运行可靠性好；操作简单，使用与维护方便；体积小，重量轻，易于运输的井下移动式制浆设备。
（2）搅拌与过滤融为一体，过滤性能好，在添加注浆材料时不需要人员拨动，不需要清理，减少人工费用。
（3）制浆材料各组份可以实现自动添加，使得浆液浓度稳定，制浆效果好，混合均匀，不堵管。
（4）注浆设备压力高，最大注浆压力可达6MPa，注浆距离可达1800m以上。
（5）在唐口煤业4305综采工作面进行了现场实际应用，在3302工作面进行了推广应用，取得较好的注浆效果和防灭火效果，为唐口煤业的安全产生奠定了坚实的基础。
参考文献
[1]赵善扬.KBJ-100/6井下移动式注浆设备及注浆工艺的研究通过鉴定[J].矿业安全与环保，1993（03）
[2]刘宪明，陈士军.煤矿综合防灭火技术的研讨[J].煤矿现代化，2009（S1）
作者简介
韩明，男，汉族，1982年11月生，2007年7月毕业山西煤炭学院，通防助理工程师，国家注册安全工程师，现为山东唐口煤业有限公司通防队技术员。