张鹏
鹤岗矿业有限责任公司富力煤矿 154103
摘 要： 详细介绍和分析了富力煤矿利用新型高分子材料技术在几起防灭火中的成功实践，为进一步完善高产高效矿井的防灭火系统，提供了新的思路和途径。
关键词： 新型高分子材料 防灭火 效果
鹤岗矿业有限责任公司富力煤矿位于鹤岗矿区中南部始建于1958年，在1961年投产，先后经过两次技术改造，将原来分散的斜井群改造为集中生产的现代化矿井。矿井设计能力108万吨/年，现核定生产能力180万吨/年，矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井，矿井相对瓦斯涌出量为：5.764m3/t。井田走向长2.3公里，倾斜宽4公里，井田面积9.2平方公里。煤层呈单斜构造，向东南倾斜，煤层倾角15～35°。可采储量5196万吨，服务年限13年。煤层自然发火期为8～18个月，属II类自燃发火矿井。矿井建有以预防性灌浆为主的防灭火系统。井田内可采煤层中厚煤层3个，分别为11#、18-2#、22#层，是主力煤层，占全矿产量80%以上，3个厚煤层均为发火煤层，18-2#层在掘进期间曾发生过火灾事故，最短发火期仅为3个月，11#层最短发火期仅为4个月，22#层发火期为18个月。自投产以来，共计发生煤炭自燃发火和发火隐患97次。2010年以前，富力矿自燃隐患和自燃发火大多发生在回采工作面、开切眼、停采线或采空区，占自燃隐患总数的80％以上。近年来，随着矿井的发展和煤炭科技的进步，采掘工作面单产、单进有了大幅度提高，回采工作面推进速度大大加快，矿井自燃发火多发点从回采工作面转向了已采区和巷道高冒处及石门揭煤处。据统计，2010年以后，富力矿发生的42次自燃发火隐患中就有31次发生在巷道高冒处和已封闭采空区，占总数的73.8％，自燃发火不但导致生产接续紧张，还对职工的生命安全构成威胁。为此富力矿先后引进了新型高分子材料水玻璃、MEA-1煤矿防灭火剂、PCAS灰砂粘稠剂、FSA快速垒砌料、罗克休和马丽散等防灭火材料用于井下防灭火。其中FSA快速垒砌料、MEA-1防灭火剂、PCAS灰砂粘稠剂等新型高分子材料在发火隐患的治理过程中效果明显。
1、新型高分子材料的性能及使用工艺
1.1材料的性能及作用。FSA快速垒砌料具有高效阻燃、在使用过程中不产生有毒有害气体并具有隔热的优点，FSA快速垒砌料和碎煤、顶底板矸石、水混合后有极强的防漏风功能，水粘膜厚，粘附力强，保湿能力强，墙体承压力大，稳定而不漏风。MEA-1防灭火剂配水后形成的胶体含水量高，受热失水速度慢，不易产生大量水煤气；在一定温度下能促使凝聚相煤体表面形成隔热、隔气的焦化层，全面提高阻燃效果和灭火功效；其含有能抑制烟雾及阻断自由基链式反应的物质，能大大提高灭火效能和灭火速度，并能有效阻止复燃；配比简单、设备少、操作方便，可起到迅速隔绝封闭灭火的作用。PCAS灰砂粘稠剂能使电厂粉煤灰，河沙和山砂具有保水性、渗透性、悬浮性和致密性的特点，其使电厂粉煤灰，河沙和山砂克服了活性差、不亲水的缺点，使其在短时间内“活化”、“水化”、泥华“，并形成泥浆体。并具有较强的流动性和悬浮性，使管路不易堵塞；较好的保水性和致密性能，又可较长时间内覆裹煤体，防止煤炭自燃，成本较低。
1.2使用工艺。⑴FSA快速垒砌料是徐州意创公司研制的一种墙体快速垒砌材料。施工时将碎煤、顶底板矸石，掺配适量的FSA快速垒砌料并配入一定比例的水，经适度搅拌后装入编织袋垒砌而成；省去了井下封闭墙施工时所需水泥、砂、石等材料的运输过程，特别适合运输不便、井巷断面狭窄、顶板压力大、来压快等井下需要封闭的地点。⑵MEA-1防灭火剂是徐州意创公司研制的一种新型高分子防灭火材料，呈白色或灰白色粉末状，无毒、无味、无污染、无腐蚀性，配水30～200倍使用。
MEA胶体可耐800～1000℃的高温，伴随燃烧的全过程持续保水，固水时间长，并有失水再生能力；使用时只需要两个交替的水箱、一个压力在3Mpa以上、流量5～20m3/h的注浆泵，并按照1吨水配6KgMEA-1防灭火剂的比例，先在料箱中加满水，然后把MEA-1防灭火剂均匀的洒在水面上，不要急于搅拌，让其自行吸水下沉后搅拌成胶，最后用泵注入即可。⑶PCAS灰砂粘稠剂是徐州意创公司研制的一种新型高分子灰沙粘稠剂，其无毒、无污染、无腐蚀、用水少，对人体和环境无损害，对设备损害小；使用工艺同MEA-防灭火剂，并按照1吨水加600～800Kg粉煤灰，掺入PCAS灰砂粘稠剂2～3Kg，经搅拌后用泵注入即可。
1.3适用范围。在实际应用中，用MEA-1煤矿防灭火剂、PCAS灰砂粘稠剂、FSA快速垒砌料结合使用，以提高快速封闭堵漏的效果。目前利用新型高分子材料在富力煤矿主要用于：对自燃隐患的巷道高冒处的防火处理；对采空区封闭墙的加固和堵漏处理；对采空区自燃隐患的处理。
2 应用实例分析
2.1 富力煤矿-450前石门石门揭煤高冒处的灭火处理。富力煤矿-450前石门由14队于2015年2月15日进行恢复，在恢复至二层过断层穿11＃煤层抽冒顶处于2015年7月10日发生煤炭自燃，出现明火，并伴有白色烟雾，着火点CO浓度高达2000ppm以上，回风流CO浓度达140～210ppm，针对现场实际情况，首先采取打钻、注水和喷碹等综合防灭火措施，在注水70吨，喷浆10吨后，高温处CO仍然可测达1000ppm，为快速消灭火点，决定利用钻孔结合TBW-200/40注灰泵注MEA防灭火剂等灭火，钻孔布置在火点附近，每个钻孔深度为13～20米，钻孔孔底见煤层顶板，共计施工钻孔18个，按1吨水配6～7KgMEA灭火剂的比例，注入MEA浆体，共计注入MEA2.4吨，注后高温点CO降为0，火点彻底熄灭，自燃隐患得到了控制，确保了综一队采煤工作面的安全回采和生产接续的正常，现在已经安全回采煤炭5.8万吨，创造价值1650余万元。
2.2 利用 PCAS灰砂粘稠剂对-450南22层里区综放工作面采空区的防火处理。富力矿该工作面后部采后石门于2019年11月封闭，2020年3月石门封闭墙外出现CO升级隐患，并伴有汽油味，经检测观测管内CO浓度达0.04％，瓦斯浓度最高达4％。情况出现后，矿立即采取了通过封闭墙注浆孔向采空区内大量灌浆的措施，但由于封闭墙与石门存在裂隙，跑浆、漏水，采空区无法灌满，漏风通道依然存在。后决定选用粉煤灰添加PCAS灰砂粘稠剂的方案，在井下设置临时注浆站，选用TBW200/40泥浆泵进行注浆，水灰比为1：1，PCAS灰砂粘稠剂的用量为2～3‰，共计注入粉煤灰200吨，PCAS灰砂粘稠剂400Kg，注入采空区的灰浆粘度大并呈锐角堆积状态，失水率低，保水时间长，有效消除了采空区漏风通道，墙内观测管内CO浓度降为5PPm，瓦斯浓度降为0.3～0.4％，成功消除了发火隐患。2020年4月份，对该采空区灌注了液态二氧化碳，彻底将采空区的发火热源灭除。
3结语。MEA-1煤矿防灭火剂、PCAS灰砂粘稠剂、FSA快速垒砌料等高分子材料在富力煤矿经过一年多的实践，成功治理了矿井生产过程中多起自燃发火，取得了显著的经济效益和良好的社会效益，实践证明，MEA-1煤矿防灭火剂、PCAS灰砂粘稠剂、FSA快速垒砌料等高分子材料是一种新型的具有广阔推广前景的防治自燃发火的材料，应大力推广应用。
参考文献：1.《PCAS粉燥灰稠剂防灭火在鹤壁四矿应用》作者张旺吉2.《PCAS粉煤灰粘稠剂防灭火技术在火区控制中的应用》作者杨艳波
作者简介：张鹏，男，1973年3月出生，2009年毕业于黑龙江科技大学，高级工程师，现任鹤岗分公司富力煤矿通风区副科长（邮编154103）。