礦用固化泡沫水泥漿在煤田滅火中的應(yīng)用

熊春雷 陳 超

新疆維吾爾自治區(qū)煤田地質(zhì)局綜合地質(zhì)勘查隊(duì) 新疆 烏魯木齊 830009

我國煤炭資源豐富,其儲(chǔ)量和開采量約占世界第三位,主要分布在東北、華北、西北等地。當(dāng)產(chǎn)煤區(qū)干旱缺水時(shí),往往會(huì)發(fā)生煤田自燃這種地質(zhì)災(zāi)害。煤田自燃對(duì)煤炭資源是一種嚴(yán)重的浪費(fèi)。我國西北地區(qū)主要產(chǎn)煤區(qū)之一的新疆已自燃煤炭達(dá)21億噸,約占新疆已探明儲(chǔ)量的6%,損失嚴(yán)重。經(jīng)過較長的努力后,新疆對(duì)于煤田的火災(zāi)治理方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn),并且已經(jīng)擁有了比較成熟的滅火技術(shù)。但在進(jìn)行實(shí)際滅火作業(yè)時(shí),仍然會(huì)存在一些不良因素,影響滅火的效果,如:部分火區(qū)底部會(huì)直接與空洞、巷道相連接,如果在這些空區(qū)中進(jìn)行注水注漿,就會(huì)使得水以及漿液直接流走,無法實(shí)現(xiàn)良好的滅火效果。為了有效的解決上述問題,采用礦用固化泡沫水泥漿來進(jìn)行煤田滅火。

一、應(yīng)用方法

1、鉆孔布設(shè)。按照大部分礦用固化泡沫水泥漿來進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)操作中一般會(huì)將鉆孔布設(shè)間距設(shè)置為8m。如果要使注漿作業(yè)實(shí)現(xiàn)密閉帷幕的效果或是用于其他操作,則可以按照注漿的實(shí)際要求來對(duì)鉆孔間距和具體的位置進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于鉆孔的具體深度,需要結(jié)合實(shí)際情況來分析。

如果火區(qū)是由純裂隙進(jìn)行填充而成,則進(jìn)行鉆孔時(shí)最低深度必須要在燃燒煤層的頂板位置。如果火區(qū)下部存在一定規(guī)模的空區(qū),在應(yīng)用水泥漿對(duì)空區(qū)進(jìn)行填充時(shí),可以直接利用鉆孔打到空區(qū)所在區(qū)域,一旦鉆孔進(jìn)入到指定區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)下掉,則可以據(jù)此來判斷出具體的位置。如果在發(fā)生火災(zāi)時(shí)火區(qū)下部正在進(jìn)行煤礦開采,則應(yīng)該利用水泥漿將煤礦巷道和正在燃燒的區(qū)域進(jìn)行有效的隔離,防止在注水注漿的過程中會(huì)有部分漿液和水進(jìn)入到巷道當(dāng)中。在進(jìn)行鉆孔時(shí),一般可以將其打入至巷道的頂端或者燃燒煤層的底板。需要注意的是,一定不能將鉆孔打入至巷道內(nèi)。

2、鉆孔準(zhǔn)備。在進(jìn)行鉆孔前,應(yīng)該先對(duì)孔壁進(jìn)行檢查,確保其完整?；ü軕?yīng)該下入至鉆孔的底端,實(shí)管則一般會(huì)設(shè)置在鉆孔口。在實(shí)管上需要焊接一個(gè)母接頭,以此來和注漿管進(jìn)行連通。為了有效的確保注漿的壓力,在進(jìn)行注漿操作前需要對(duì)孔壁以及套管間的縫隙進(jìn)行有效的封閉,防止在注漿時(shí)出現(xiàn)壓力外泄的情況,降低注漿質(zhì)量。在火區(qū)內(nèi),巖石大多數(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)為破碎的狀態(tài)且大部分鉆孔口有所損壞,在這種情況下,難以利用套管封堵器進(jìn)行操作。為了可以對(duì)孔口進(jìn)行有效的封閉,需要先清理干凈注漿孔的附近位置及其外環(huán)縫隙,正常情況下清理的深度需要達(dá)到1～2m,然后再用充填材料完成填補(bǔ)工作。如果實(shí)管的長度沒有達(dá)到2m,則可以先將花管進(jìn)行包裹,防止其被填充材料封堵,對(duì)注漿操作產(chǎn)生不良影響。在完成環(huán)狀間隙的密封后,需要將PE管下入到鉆孔內(nèi),一般深度為一寸,管長需要低于套管大概10m。將PE管一側(cè)連接和公接頭相連,同時(shí)用鐵絲進(jìn)行捆扎。在下入PE管的過程中,每當(dāng)間隔2～3m的時(shí)候需要用刀片切割一層小口,防止水泥漿將PE管頂破堵塞套管。

3、水灰比和用量。對(duì)于礦用固化水泥漿而言,其流動(dòng)性隨著水灰比的上漲則效果更好,而當(dāng)水灰比減小時(shí),其堆積性則會(huì)變得更好。因?yàn)閺S家所生產(chǎn)的每種材料會(huì)具有一定的性能上的差異,因此水灰比無法確定準(zhǔn)確的數(shù)值。一般需要在現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn),從而確定具體的水灰比。正常情況下,在對(duì)火區(qū)下部的空區(qū)進(jìn)行填充時(shí),應(yīng)該利用堆積效果良好的水泥漿,防止出現(xiàn)材料流失的問題。針對(duì)裂隙的填充,則一般會(huì)選擇流動(dòng)效果顯著的漿液進(jìn)行填充。

4、注漿填充。在明確注漿填充需要實(shí)現(xiàn)的目的后,需要對(duì)鉆孔進(jìn)行降溫處理,然后再進(jìn)行注漿作業(yè)。下面以某廠所生產(chǎn)的礦用固化泡沫水泥漿為例,對(duì)其注漿流程進(jìn)行簡述。該水泥漿料的組成包括:A材料、B材料以及發(fā)泡劑。A、B材料在與水分別進(jìn)行混合時(shí)一般不會(huì)出現(xiàn)凝固,但如果將這兩種材料同時(shí)進(jìn)行混合,則能夠?qū)崿F(xiàn)良好的固化充填。在漿液完成凝固以后,會(huì)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,則不會(huì)受到水流沖擊的影響。發(fā)泡劑則主要是用于將水泥漿進(jìn)行膨脹,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約材料的作用。此注漿系統(tǒng)的組成部分包括:加料臺(tái)、蝸桿泵、輸漿管等。將A、B材料按照規(guī)定的水灰比進(jìn)行攪拌,再由輸漿管進(jìn)行傳送直到進(jìn)入蝸桿泵當(dāng)中,通過高壓輸漿管進(jìn)行混合,最終注入到鉆孔內(nèi)。在這一過程中,發(fā)泡機(jī)需要將發(fā)泡劑運(yùn)送至攪拌罐當(dāng)中,從而對(duì)發(fā)泡倍數(shù)進(jìn)行有效的掌控。在注漿壓力不斷上漲直到泵壓后,就可以結(jié)束注漿。完成注漿后,需要先通過泄壓閥將孔內(nèi)存在的壓力排泄干凈,然后再將高壓輸漿管進(jìn)行拆除,否則將會(huì)出現(xiàn)安全隱患。

二、固化泡沫水泥漿的應(yīng)用和意義

首先,在進(jìn)行注漿時(shí)可以保障良好的封閉效果,利用滅火作業(yè)的順利完成,有效減少復(fù)燃問題的出現(xiàn)。傳統(tǒng)注漿技術(shù)在很大程度上受到黃土的影響,含沙量和碎石等問題都會(huì)對(duì)注漿封閉操作產(chǎn)生不良影響。而且傳統(tǒng)注漿技術(shù)一般多為常壓注漿,無法確保漿液的擴(kuò)散效果。而對(duì)于礦用固化泡沫水泥漿而言,在其正式應(yīng)用時(shí)會(huì)在攪拌罐里完成水泥漿的一系列配置,所得到的漿液純度非常高。另外,應(yīng)用高壓輸漿管對(duì)水泥漿進(jìn)行加壓,保障了漿液的有效擴(kuò)散,從而實(shí)現(xiàn)效果良好的裂隙封閉。

其次可以對(duì)空區(qū)進(jìn)行有效的封堵,從而確保注漿的效果和效率。在對(duì)煤田進(jìn)行滅火時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)鉆孔底部和空區(qū)相連的情況。如果應(yīng)用傳統(tǒng)注漿方法,除了消耗的時(shí)間過長外,注漿操作的質(zhì)量也無法得到保障,并且會(huì)造成大量的人力物力資源的浪費(fèi)。而應(yīng)用礦用固化泡沫水泥漿,則可以對(duì)其水灰比進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,從而保障漿液的堆積效果,以此來實(shí)現(xiàn)有效的封堵。

最后,在進(jìn)行煤田滅火時(shí),由于注水會(huì)流入至巷道內(nèi),從而對(duì)煤礦開采造成嚴(yán)重的不良影響,并且還會(huì)伴隨一定的安全隱患。在這種情況下,通過礦用固化泡沫水泥漿可以先對(duì)燃燒體的裂隙進(jìn)行有效的封閉,然后將其和巷道進(jìn)行隔離,在火區(qū)注入一定量的水,從而解決煤田滅火和煤礦開采的問題。

總而言之,在進(jìn)行煤田滅火時(shí),科學(xué)合理的應(yīng)用礦用固化泡沫水泥漿具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。該項(xiàng)滅火技藝有利于解決空區(qū)的填充、火區(qū)復(fù)燃等一系列問題。但是固化水泥漿本身價(jià)格比較高昂,在進(jìn)行注漿操作時(shí)需要耗費(fèi)較高的成本,因此在當(dāng)前還沒有得到較為廣泛的應(yīng)用。在未來,還需要對(duì)其進(jìn)行深入的研究,希望可以降低有效的降低固化水泥漿的經(jīng)濟(jì)成本,從而有效的應(yīng)用于煤田滅火當(dāng)中。