綜放工作面防滅火注漿（氮）管路改進及應(yīng)用

殷 進

（中煤平朔集團有限責(zé)任公司安太堡露天礦，山西 朔州 03600）

1 前 言

綜放開采強度大，工序較多，推進速度相對較慢，回采率較低，采空區(qū)遺留殘煤多，冒落高度大，漏風(fēng)嚴重，這些因素使得采空區(qū)自然發(fā)火的危險明顯增加[1-4]。

綜放工作面采空區(qū)防滅火是煤礦“一通三防”工作的重點和難點。目前，國內(nèi)大多數(shù)煤炭企業(yè)采用預(yù)防性注漿（氮）技術(shù)防治工作面采空區(qū)煤炭自燃，并沒有統(tǒng)一的技術(shù)標準和規(guī)范，注漿（氮）管路往往埋入采空區(qū)不回收，造成材料浪費嚴重。為此，本著“開源節(jié)流、降本增效”的原則，對采空區(qū)防滅火注漿（氮）管路進行改進很有必要。

2 工程概況

平朔井工二礦為設(shè)計產(chǎn)能1000萬t/a的大型礦井，井田內(nèi)主采的4#、9#、11#煤層均屬于自燃煤層，自然發(fā)火期3～6個月，發(fā)火等級Ⅱ級。根據(jù)現(xiàn)場實測采空區(qū)氧化帶寬度為30m，當(dāng)推進速度小于1m/d時，采空區(qū)有自然發(fā)火危險。另外，井田范圍內(nèi)留下四處上世紀90年代開采廢棄的小窯采空區(qū)，由于煤層埋深淺（平均190m）、漏風(fēng)通道多，小窯采空區(qū)遺煤有不同程度的自然發(fā)火傾向，進一步加大了井下防滅火的難度。礦井主采石炭系上統(tǒng)太原組9#煤層，厚度平均12.5m，煤層傾角平均3.5°，產(chǎn)狀平緩，裂隙較發(fā)育，煤層普式硬度系數(shù)f=2.1，直接頂為厚度2.5m的砂質(zhì)泥巖。采煤工作面采用傾斜長壁后退式一次采全厚低位放頂采煤法，設(shè)計機采高度為3.3m，放煤高度9.2m；工作面長度平均300m，推進長度平均1500m；液壓支架采用北煤機生產(chǎn)的ZFY12000/23/40D型兩柱式電液控放頂煤支架，面內(nèi)“頭三尾四”共七臺支架不放煤。

3 注漿（氮）管路改進前后對比分析

3.1 原方案及其缺點

原方案采用“埋管注漿（氮）”技術(shù)。注氮時，二趟注氮管相隔30m先后埋入采空區(qū)，先埋入采空區(qū)30m的1#管打開閥門注氮（2#管閥門關(guān)閉），隨采面推進2#管進入采空區(qū)30m時，打開2#管閥門開始注氮（拆除埋入采空區(qū)60m的1#管），循環(huán)、交替注氮。注漿管埋入采空區(qū)后方30m，隨工作面推進，每隔30m斷開。

原方案主要缺點：（1）所有注漿（氮）管全部埋入采空區(qū)，均不回收，材料浪費大；（2）注漿管路每隔30m斷開，注漿不連續(xù)，影響防滅火效果；（3）作業(yè)人員拆除注漿管路時，推進距離與埋管長度難以完全匹配，必要時需在端頭支架尾梁處操作，安全系數(shù)低。

3.2 改進方案的制定

改進思路：在工作面進、回風(fēng)側(cè)沿采空區(qū)埋設(shè)一定長度的注氮、注漿管路，端口與工作面端頭支架相連，移動利用工作面的端頭支架做牽引。注氮、注漿管隨著工作面的推進而移動，始終埋入采空區(qū)一定的深度，實現(xiàn)管路回收再利用。

具體改進方案：采用“拖管注漿（氮）”技術(shù)，在端頭架底座靠巷幫側(cè)加工“拖環(huán)”，將采空區(qū)后方管路放在“拖環(huán)”內(nèi)，利用高壓膠管將巷幫固定的注漿（氮）管與端頭架底座“拖環(huán)”內(nèi)采空區(qū)后方的管路連接；采空區(qū)后方的注漿（氮）管隨端頭架前推而移動，巷幫固定的注漿（氮）管隨采面推進，逐節(jié)拆除回收，并重新用高壓膠管將巷幫固定管路于端頭架“拖環(huán)”內(nèi)，循環(huán)注漿（氮）。

技術(shù)要點：（1）在端頭支架底座靠巷幫側(cè)加工“拖環(huán)”，將采空區(qū)后方的管路放置在“拖環(huán)”內(nèi)，隨端頭架移動的“拖管”與巷幫固定的注氮、注漿管路通過Φ76mm的高壓膠管用快速接頭連接。（2）采空區(qū)后方的管路選用4寸無縫鋼管，鋼管之間通過法蘭相連，并對突起的法蘭盤進行處理，使其呈流線錐形，便于管路拖動。

3.3 改進前后比較分析

“拖管注漿（氮）”技術(shù)與“埋管注漿（氮）”技術(shù)相比，主要優(yōu)點：（1）始終有注漿注氮管路延入老塘，隨時可以注漿、注氮滅火；將進風(fēng)巷二趟注氮管路改為一趟管路；降低材料消耗、節(jié)約大量的管路費用。（2）使拆除工作由易垮落的老塘切頂處轉(zhuǎn)到較為安全的輔運超前段，不必擔(dān)心頂幫垮落和浮矸傷人，比起原工作流程安全系數(shù)大大提高。如圖1、圖2所示。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

改進前：平朔井工二礦9#煤綜放工作面平均推進長度1500m，進風(fēng)巷需要敷設(shè)二趟6m長的直徑2寸的注氮管約500根，進回風(fēng)巷各敷設(shè)6m長直徑4寸的注漿管合計約500根，由于不能回收，所有注漿（氮）管路均埋入采空區(qū)后方，一個工作面造成約30萬元的材料浪費。

圖1 防滅火注漿（氮）管路布置平面示意圖

圖2 防滅火注漿（氮）管路布置示意圖

改進后：2013年8月至2017年2月工作面合計推進長度13590m，每根管路6m，共計回收一趟2寸管路注氮管路1585根、二趟4寸管注漿管路3170根，綜合回收率約70%。

經(jīng)濟效益測算：4寸管路400元/根，2寸管路200元/根，節(jié)約管路材料成本=3170根×400元/根+1585根×200元/根=158.5萬元，平均每個工作面節(jié)約管路材料費用19.8萬元，達到了技術(shù)降本的目的。

5 結(jié)語

“拖管注漿（氮）”技術(shù)解決了綜放工作面埋管注漿（氮）技術(shù)材料浪費嚴重，且在回采過程中推進距離無法與固定規(guī)格長度的鐵管相吻合，造成管路被埋或被壓，拆除難度大、危險程度高等問題。和埋管注漿（氮）技術(shù)相比，采用拖管注漿（氮）技術(shù)，既能回收重復(fù)利用原有管路，又改變了工人拆除管路的作業(yè)地點，確保了拆除人員的作業(yè)安全，對于煤層傾角變化不大的綜放工作面預(yù)防采空區(qū)遺煤自然發(fā)火具有較高的適用性。