山东省三河口生建煤矿 胡传亭 禹申友 王和平 杨长海

　　摘要：矿井煤层自燃发火从理论上讲，是指具有自燃倾向性的煤层被破碎后与空气接触发生氧化到自燃。其中主要原因之一就是采空区或巷道等漏风而造成的。本文结合三河口生建煤矿通过应用浩珂伟博公司的系列聚合材料，成功地将井下采空区、巷道、含水漏煤眼等漏风点进行了封堵，在防治自燃发火方面取得显著成效。

　　关键词：聚合材料、防治自燃发火、应用

　　三河口生建煤矿为多水平开拓方式，目前开采第一水平3上、3下煤层。矿井延深开拓为集中下山布置。矿井设计生产能力60万吨/年，1990试生产，2000年达到90万吨/年，2000年至今实际产量已超过100万吨/年。2000年至2003年始终保持三个对拉工作面生产，其中一个高档普采工作面，两个炮采对拉工作面。现开采方式为走向长臂倾斜分层开采，采用岩石集中巷，实行3上、3下联合布置，其中可采的3上煤层平均厚度为5.6米，3下煤层厚度为3.8米，自燃发火期为4-17个月。由于首采采区工作面分层开采时，造成顶板多次垮落及漏风，在1993年3上215悬移支架放顶煤开采时工作面首次出现CO，2002年10月10日在掘进3下215_（2）上切眼时出现CO、C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈等自燃标志性气体。与此同时，在掘进的3下231_（1）上顺槽、221_（2）中间巷、3下215_（2）上顺槽、3下215_（2）中间巷等巷道时都不同程度地出现高温点，（温度30℃，O₂低于18%，CO₂＞2%）给矿井正常生产带来了极大的影响。

　　二、对3下215_（2）上切眼火区的简介及采取的措施：

　　1、3下215_（2）上切眼火区的发展状况。

　　自矿井发现自燃征兆以后，矿技术人员认真研究了3下215_（2）上切眼上部及3上215的遗留煤柱情况认为：3上215及3下215的遗留煤柱因受采动动压影响，现已破碎，自燃的地点是3下215遗留的浮煤及破碎的煤柱，于是制定了一套防灭火施工方案。

　　①改变临近3下214_（2）对拉工作面通风方式。即由上行通风改为下行通风，降低了3下215_（2）上切眼的漏风风量。（见图一）②自3下215_（2）切眼发热点向采空区打密集钻孔，实施注水，钻孔位置及参数：（见表一）　　注水后CO等气体明显减小，温度下降。但10月29日早班检测发现，个别地点CO急聚升高到5000ppm，温度上升。经中国矿业大学、山东科技大学防灭火专家与矿方技术人员分析认为：3上煤层停采已久，且回采3下第一分层时，两煤层之间的岩柱（8-16米）已断裂。3上煤层也已自燃，且火源有向3下煤层传递的可能。为证实这一点，分别自3个不同位置、不同方向向3上采空区打深孔注水，发现注入水温为15℃，水流出温度为45℃，并伴有高浓度CO，最高浓度达到15000ppm。为确保井下其它工作面正常生产及井下人员的生命安全，于11月9日撤回设备，封闭火区。

　　2、堵漏材料的选择：

　　三河口矿3上、3下煤层均采用分层开采，巷道、煤柱多次受采动压力的影响，破坏严重，造成多处漏风并产生高温点。特别是岩石集中巷、2#、3#、4#、5#漏煤眼含水且漏风，给防治煤层自燃带来困难。参考临近矿区及国内外控制火区的技术发现，目前防治漏风、封闭火区绝大多数采用的材料为黄泥、砂浆、砖墙、凝胶。施工中为确保不漏风，锚喷巷道要掏槽，防火密封墙内的黄泥夹层长达若干米，且要在密闭内外喷混凝土。一旦遇到地质破坏带或架棚巷道及含水的漏风点，原有的堵漏方法就无法满足生产要求。在大量研究国内外的堵漏风的技术的基础上，结合三河口矿的是实际情况，决定采用中法合资即浩珂伟博公司生产的聚合材料，即艾格劳尼、马丽散等。

　　3、聚合材料的基本特性：

　　聚合材料主要是一种聚合物和另外一种加速剂通过该公司专利产品高容量注射枪混合后射入需要地点，在短时间内即可完成发泡。作用：①中空填充和冒顶工作后的封闭。②砂质底层的固结。③破碎和不稳定地层的固结。④有地热情况下的侧面隔绝。⑤节理水密封。优点：①质量轻、有2—20倍的膨胀率，中空填充用量小。②泡沫反应迅速快，不需要防漏支架。③不蔓延火区，适用于井下灭火。④泡沫形成后不溶于水。

　　4、聚合材料堵漏基本原理及工艺

　　1、艾格劳尼。采用两种不同的胶体聚合材料，通过用高压风带动的艾格劳尼单体泵自不同的两个容器通过软胶管吸入泵中，经过加压后，以20：15或1：1的体积相混合，同时压入喷射头，两种液体经过喷射头内的压缩空气自动激活，射入要堵漏风的地点，瞬间发泡达到原体积20倍以上，可以在很短的时间内完成一个防火密闭、冒顶或一般的裂隙等上部空洞的填充。工作原理（见图二）：

　　2、马丽散N:两种不同程度的聚亚胶粘产品，经一台泵和一支混和枪注入要堵漏的含水漏风巷道内，低粘度混合物保持液体状态内几秒钟，渗透细小的裂隙后开始膨胀，从而有效地加固和密封含水、漏风地点。（马丽散注射泵原理与艾格劳尼注射泵原理基本相同，区别是产生的压力较大）马丽散技术参数：（见表二、表三）

(表二)

(表三)

　　5、堵漏效果：

　　运用艾格劳尼对3下231_（1）上顺槽、3下221_（2）中间巷、3下215_（2）上顺槽、3下215_（2）中间巷及3下215_（2）火区等地点进行封堵后，从根本上杜绝了采空区及巷道的漏风；运用马丽散对岩石集中巷内漏风且含水的2#、3#、4#、5#漏煤眼实施了成功的堵漏。目前3下215_（2）上切眼火区除有22ppm的CO浓度的气体外，C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈等气体均已消失。3下215_（2）采面已经开始生产，巷道已经恢复正常掘进。

　　三、聚合材料的优缺点：

　　1、艾格劳尼主要优、缺点：

　　（1）优点：①膨胀率高，材质轻，不传热，可以从低位传到高位充填，对防止瓦斯等气体积聚、封堵裂隙防治漏风效果明显。②封堵速度快，易于操作，在1小时内可施工完一道断面7.2平方米，厚度2—3米的防火密闭墙，效率高。③成本低，使用方便。

　　（2）缺点：①充填固状物抗压强度低，不抗冲击。②聚合材料有一定的气味。

　　2、马丽散的主要优点：

　　（1）优点：①粘度低，能很好地渗入细小的裂隙中，操作方便。②极好的粘合能力与地层等易于形成很强的粘合。③其良好的柔韧性能能承受地层运动。④可与水反应并封闭水流及漏风。⑤能提高煤仓仓体内煤的支撑机械阻力。

　　（2）缺点：主要缺点是成本较高。

　　四：结论：

　　聚合材料通过在三河口生建煤矿4个多月的应用，成功地根治了漏风，保证了3下215_（2）采煤工作面的安全生产及的3下231_（1）上顺槽、3下221_（2）中间巷、3下215_（2）上顺槽、3下215_（2）中间巷等掘进迎头的正常掘进，取得了显著的经济效益和良好的社会效益。实践证明，聚合材料是一种新型的具有广阔推广前景的防自燃发火材料。

参考文献：

1、中国煤炭工业劳动保护科学技术协会矿井通风专业委员会《第十一届学术和议论文集》。

2、中国煤炭学会科技系列丛书《煤矿安全新技术》