一种松散煤体裂隙注浆封堵与防灭火方法与流程

1.本发明属于矿井安全技术领域，涉及煤炭自燃防灭火方法，具体涉及一种松散煤体裂隙注浆封堵与防灭火方法。


背景技术：

2.煤炭自燃是我国煤矿开采过程中的主要自然灾害之一。矿井煤炭自燃在发生、发展过程中逸出的大量有毒有害气体，还可能引燃瓦斯或煤尘，造成瓦斯或煤尘爆炸，严重威胁井下工作人员的生命安全。随着煤炭行业的发展，井下开釆煤自燃危险性不断提高，特别是复杂条件下，裂隙发育的高硫煤层、煤柱的防灭火工作对现有防灭火技术带来很大挑战性。
3.针对裂隙发育的高硫煤层的自燃防治，现有注水、注黄泥浆等技术，热容高，防灭火效果好，但是缺点较明显，一是因为裂隙发育容易流失，而注浆过程可能进一步扩大、增加及导通裂隙因而增大漏风通道，一旦停止注浆，易引起复燃。凝胶材料以其耐高温性能广泛应用于煤自燃治理，受流动性的影响，扩散范围小，但也难以治理煤层深部的煤自燃，而裂隙发育的高硫煤层、煤柱的火点很可能在较深部，范围也可能较大。两相泡沫和三相泡沫实现了堆积的能力，但是稳定性差，短时间内能起到一定的治理效果，泡沫破碎后即大大降低了防灭火功能，这是其最主要的不足。其他封堵类材料，如罗克休、聚氨酯等，本身存在自发热致灾隐患，不适合大量应用在易自燃的高硫煤层。
4.因此，迫切需要深入研究有针对性的高效环保的防灭火技术，为矿井安全高效生产提供有力保障。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种松散煤体裂隙注浆封堵与防灭火方法，绿色环保，且防灭火效果好。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种松散煤体裂隙注浆封堵与防灭火方法，包括以下步骤：
7.步骤一，在出现煤岩体温度异常区、co超标区及其它出现自燃征兆区及前后20m处，架设钻机作业平台；根据巷道的宽度，在高温点或漏风点位置周边的巷道内确定钻孔位置并钻孔；在钻进过程中，监测孔内数据，并确定高温点及漏风范围；
8.步骤二，巷道内布置两排垂直于煤柱的钻孔，一排为钻孔a，一排为钻孔b，钻孔a和钻孔b间隔布置，分别确定钻孔直径、钻孔间距及钻孔深度；钻孔封孔，安装封孔器；
9.步骤三，将塑性封堵材料的a料、b料分别掺入一定比例的粉状辅料后，按一定的水料比搅拌形成预混液，通过输送泵进入前端混合反应装置，经混合反应装置制备出的塑性封堵材料直接通过注浆管路注入钻孔a直到发现巷道表面渗出浆液时停止注浆；
10.步骤四，将泡沫凝胶材料的a料、b料分别与水混合形成预混液，通过输送泵输送至前端发泡成胶装置，在发泡成胶装置接入压风管路使预混液发泡，经发泡成胶装置制备出
的泡沫凝胶材料直接通过注浆管路注入钻孔b直到发现巷道表面渗出浆液时停止注浆。
11.优选的，步骤二中，所述钻孔b的孔间距及深度均比钻孔a的孔间距及深度大。
12.更优选的，步骤二中，所述钻孔b的孔间距是钻孔a的孔间距的两倍，钻孔b的孔深度是钻孔a的孔深度的两倍。
13.优选的，步骤三、步骤四中所述输送泵为气动双液注浆泵。
14.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
15.(1)泡沫凝胶材料结合了泡沫和凝胶的优点，使液体既形成泡沫又形成凝胶。生成的凝胶以泡沫为载体能够在火灾治理中对防灭火区域大范围、全方位的覆盖；注入火区后，会在火区全方位覆盖一层凝胶层，并且凝胶层中95％以上都是水，具有长久的吸热降温、湿润冷却作用；凝胶以泡沫为载体，所到之处凝胶都能有效覆盖并黏附浮煤裂隙，具有良好的封堵漏风通道的性能；使用时产生的泡沫稳定性好，泡沫中的氮气缓慢释放，避免单独注氮时氮气容易流失的缺点，持久保持火区惰化。
16.(2)塑性封堵材料具备常温反应、初期流动性好、粘度较低的特点，既利于很好的扩散，又避免堵塞注浆管路；后期形成的膏状胶体，粘度大幅度提升，可塑性好，受到挤压后只是随着空间变形而变形，能始终保持裂隙的封堵性能。
17.(3)本发明提供的松散煤体裂隙注浆封堵与防灭火方法，从破坏自燃煤体氧化供氧蓄热条件入手，通过对煤柱进行钻孔注塑性封堵材料来封堵裂隙，注泡沫凝胶材料来润湿降温煤岩体进行防灭火，进而实现煤岩裂隙封堵、降温、抑制漏风，实现漏风与自燃的协同调控，保障安全采掘。
附图说明
18.图1为巷帮煤柱漏风通道封堵示意图；
19.图2为塑性封堵材料的制备注浆工艺示意图；
20.图3为泡沫凝胶材料的制备注浆工艺示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
22.本发明提供一种松散煤体裂隙注浆封堵与防灭火方法，包括以下步骤：
23.步骤一，在出现煤岩体温度异常区、co超标区及其它出现自燃征兆区及前后20m处，架设钻机作业平台；根据巷道的宽度，在高温点或漏风点位置周边的巷道内确定钻孔位置并钻孔；在钻进过程中，监测孔内数据，并确定高温点及漏风范围；
24.步骤二，巷道内布置两排垂直于煤柱的钻孔，一排为钻孔a，一排为钻孔b，钻孔a和钻孔b间隔布置，分别确定钻孔直径、钻孔间距及钻孔深度；钻孔封孔，安装封孔器；
25.步骤三，将塑性封堵材料的a料、b料分别掺入一定比例的粉状辅料后，按一定的水料比搅拌形成预混液，通过输送泵进入前端混合反应装置，经混合反应装置制备出的塑性封堵材料直接通过注浆管路注入钻孔a直到发现巷道表面渗出浆液时停止注浆；
26.步骤四，将泡沫凝胶材料的a料、b料分别与水混合形成预混液，通过输送泵输送至前端发泡成胶装置，在发泡成胶装置接入压风管路使预混液发泡，经发泡成胶装置制备出的泡沫凝胶材料直接通过注浆管路注入钻孔b直到发现巷道表面渗出浆液时停止注浆。
27.韩家洼矿西盘区辅助运输巷于2019年初开始掘进，矩形断面，高3.3m，宽5.4m，支护形式为全锚网支护。据物探报告中显示，西盘区辅助运输巷北段590m-760m，南北181m，东西88m范围为异常区域，呈半椭圆状。2019年9月掘进至异常区域，煤层赋存极为破碎松软，裂隙极为发育，煤层倾角变大，且有水锈。现在由于本区域煤体裂隙漏风较大，周边有采空区，煤体含硫高，地表有塌陷，西盘区辅助运输巷750米西帮距巷道顶板1米处锚杆孔口出现冒烟现象，西盘区回风巷670m煤柱裂隙co最高为1000ppm，面临煤体自燃发火威胁，影响西盘区采掘作业。
28.采用徐州吉安矿业科技有限公司生产的塑性封堵材料和普瑞特ⅰ型泡沫凝胶防灭火材料，依次进行注浆封堵。采用的配套设备是徐州吉安矿业科技有限公司生产的气动双液注浆泵、发泡成胶装置、混合反应装置等。
29.在西盘区辅助运输巷、西盘区回风巷出现煤岩体温度异常区、co超标区及其它出现自燃征兆区及前后20m对煤柱进行钻孔注塑性封堵材料来封堵裂隙，堵塞漏风通道。钻孔a垂直于煤柱，单排布置，钻孔a距底板1.6m，钻孔a直径65m，间距3m，孔深4m，封孔位置位于孔内2m位置。巷帮煤柱漏风通道封堵示意图如图1所示。如图2所示，将塑性封堵材料的a料、b料分别掺入一定比例的粉状辅料后，按一定的水料比搅拌形成预混液，其中a、b料按体积比1:1配比，通过气动双液注浆泵进入前端混合反应装置，经混合反应装置制备出的塑性封堵材料直接通过注浆管路注入钻孔a直到发现巷道表面渗出浆液时停止注浆。
30.为进一步封堵煤柱的裂隙并对大面积的煤岩体润湿降温防灭火，在西盘区辅助运输巷、西盘区回风巷出现煤岩体温度异常区、co超标区及其它出现自燃征兆区及前后20m对煤柱进行钻孔注普瑞特ⅰ型泡沫凝胶材料。钻孔b垂直于煤柱，单排布置，钻孔b距底板1.6m，钻孔b直径65m，间距6m，孔深8m，封孔位置位于孔内3m位置，钻孔b位置与注塑性封堵材料的钻孔a间隔开布置。如图3所示，将泡沫凝胶材料的a料、b料分别与水按体积比为2％和1％混合形成预混液，通过气动双液注浆泵输送至前端发泡成胶装置，在发泡成胶装置接入压风管路使预混液发泡，经发泡成胶装置制备出的泡沫凝胶材料直接通过注浆管路注入钻孔b直到发现巷道表面渗出浆液时停止注浆。
31.治理后，西盘区辅助运输巷750m处温度降至13℃，西盘区回风巷裂隙co降至400ppm。
32.基于现有技术的不足，高效保水泡沫凝胶材料防灭火技术能够大范围扩散，且在煤岩体裂隙中以泡沫为载体往高处堆积。高效保水泡沫凝胶材料充分结合了泡沫和凝胶的优点，该材料选用的两种成胶物质成胶时间可控，成胶强度高，具有良好的粘附性、流动性以及保水性，在封堵氧气、保水等方面有显著地优势和很好的实用价值。凝胶存在于泡沫壁、泡沫间隙内，提高了泡沫的稳定性，同时参与泡沫结构的形成。与现有防灭火技术相比，高效保水泡沫凝胶材料良好的扩散性、堆积性、耐温性等，利用其隔氧、吸热降温等性能，能够持久保持煤自燃区域处于温降状态，具有良好的防灭火效果。
33.基于现有煤岩体裂隙封堵材料的参透率低，粘附性低，固化后基本为脆性材料，无法应对受较大矿压影响的煤岩体的裂隙封堵，开发了塑性封堵防灭火材料。塑性封堵材料由a料、b料按照1:1的比例反应生成膏体状的塑性体材料，能够渗透到细微裂缝中，最终形成的高粘度胶体具有优越的可塑性、挂壁性，且在矿压动态作用下可扭曲变形，即时充填新的压裂破碎空间。该材料在高温下不燃烧，不助燃且含有一定量的水分，具备天然的抗静电
性能。塑性封堵材料对裂隙发育的，尤其是受较大动压影响的煤柱的封堵隔氧防灭火有很强的适应性。
34.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。