田向东

（汾西矿业集团通风管理部，山西 介休 032000）

引言

煤炭资源的开发与利用，对推动我国社会经济发展起到了重要性作用。现代煤炭资源开采深度以及开采难度逐渐增加，要想确保煤炭资源开采工作顺利实施，务必要做好煤炭开采安全工作，落实好煤矿防灭火工作[1]。通过对地面钻孔灌浆技术的有效运用，可以起到煤矿开采火灾事故预防以及防治作用，保护煤矿资源开采人员的生命健康安全，对提高煤矿资源开发效率起到了良好的促进作用，以此为煤矿生产行业的全面发展奠定良好基础。

1 煤矿火灾事故分析

1.1 地面火灾

目前，我国煤矿生产环境越加恶劣，在煤矿资源开采中，经常会受到环境因素影响，对煤矿资源开采工作人员的生命健康安全构成威胁，其中就包含了地面火灾。地面火宅主要是指在煤矿生产现场周围发生了火灾事故，其火灾发生特点十分鲜明，燃烧速度较快，也比较容易发现，所产生的烟雾以及毒气相对少，但烟雾扩散范围较大，很容易进入到煤矿开采现场当中，对现场煤矿开采作业人员的呼吸器官造成破坏，甚至威胁到人员的生命健康安全。

1.2 井下火灾

井下火灾主要是在煤矿井口周围或者井下出现火灾事故。由于煤矿井下巷道复杂，即便发生火灾后，第一时间内也难以发现火灾的情况，加之井下缺少氧气，会导致一部分煤炭资源发生不完全燃烧的现象，产生出大量的毒气以及烟雾，如果井下氧气充足，甚至会发生瓦斯爆炸或者煤尘爆炸等危害，对井下开采人员的生命健康安全构成严重危害。

2 灌浆防灭火机理及材料优选

2.1 灌浆防灭火机理

灌浆防灭火技术机理主要是通过利用黄土、泥沙、水等材料。根据要求按照比例将材料进行均匀混合，制作成悬浮液。在地面钻孔灌浆工艺应用中，技术人员需要做好勘测工作，根据井下实际环境，明确地面钻井位置后，通过地面钻孔，完成灌浆工作，浆液在井下流动时，会覆盖或者包裹煤矿资源，避免煤炭资源与氧气直接接触，以此达到低温氧化的作用，也能够阻止煤炭燃烧面积持续增加。此外，悬浮液在煤炭层中渗流时，也能够增加煤炭资源的水分，对煤炭资源起到良好的降温以及冷却作用，避免煤炭资源出现自然氧化[2-3]。除此之外，如果在灌浆过程中，浆液出现了严重堆积情况，出现大范围“泥墙”的情况下，可以对井下环境起到封堵的作用，避免有害气体进入井下，对采煤工作人员造成生命威胁。

2.2 灌浆材料优选

由于煤矿井下环境复杂，火源点位置以及高温区域无法及时掌握，而且井下空间相对较大，如果使用常规的灌浆材料，很难全面对煤炭资源进行覆盖，依旧会出现火灾的情况[4]。针对以上因素，为了有效提高地面钻孔灌浆防灭火效果，工作人员应当做好灌浆材料选择工作，为了可以节约工程成本，工作人员可以利用煤矿资源表面所剥离的山沙材料为主，采取覆盖性灌浆施工工艺，利用水玻璃作为山沙浆液中的骨料，以此在灭火处理中，会将浆液中的水分加以蒸发，随后会自动蒸发水玻璃中的水分，使得水玻璃形成固体，变成干凝胶，不断吸收周围的热度，形成薄膜，如果火灾持续扩大的情况下，薄膜也会随着温度的增加体积逐渐膨胀，最大可膨胀扩大到30 倍以上，与周围的山沙共同组成不可燃的墙体，以此覆盖火宅区域中的烟雾，并进行相应的隔离，对保护井下开采人员的生命健康安全起到了促进作用。另外，根据实验室研究，最佳灌浆材料配比应当为水玻璃∶山沙∶水比例为1∶2∶2。

3 地面钻孔灌浆技术在煤矿防灭火中的具体应用

3.1 适用条件及工艺流程

在地面钻孔灌浆技术实际运用中，一般适用于煤矿煤层开采深度较浅的位置使用，实施分散式钻孔灌浆方式，利用泥浆泵抽取浆液并实现灌浆。在灌浆过程中，浆液会流入到煤矿开采区域中，在堆积沉淀后，会通过井下防水钻孔，对浆液进行输送排放，整个过程保持循环，直至灌浆浆液在整个煤矿开采区中全面覆盖，并对漏风通道实现有效封堵，隔绝火灾区氧气供应，以此达到灭火的目标。整个地面钻孔灌浆工艺流程如图1 所示。

图1 地面钻孔灌浆工艺流程

3.2 地面钻孔灌浆技术应用方法

1）预防性灌浆方法。在煤矿开采工作全面实施过程中，为了保护煤炭资源开采作业的顺利实施，煤炭开采人员应当做好防灭火管理维护工作，全面开展预防性灌浆方式。该方式在实际应用中，主要是实现地面勘测工作，根据井下实际情况，做好地面钻孔工作，随后采取预灌方式，根据井下煤炭开采作业实际开展情况，实施随时开采随时灌浆方式，在煤炭区域开采作业完成后，则实施封闭灌浆，以此达到预防火灾的作用。

2）灌浆灭火技术。灌浆灭火技术在实际应用的过程中，主要是针对煤矿火宅事故发生后，通过利用该技术对火灾现场进行封闭处理，隔离空气氧气，避免与煤炭资源直接接触，从而达到灭火的目标。

3.3 制浆工艺

3.3.1 水力冲沙制浆工艺

水力冲沙制浆工艺主要就是通过利用高压水枪，对煤炭地区的山沙直接进行冲刷，山沙经过水压清洗，会直接流入到倾斜溜槽当中，从而混合制作成浆液，该过程中为了防止大块岩石掉落其中，需要通过筛网对其进行过滤处理，以此确保沙山缓冲到浆池当中，其工艺流程如图2 所示。该工艺在实际使用时，其工艺较为方便，而且不需要大型复杂仪器设备，取材也十分方便，减少了施工人员的劳动力，制浆效率也相对较高。不过该工艺在实际运用中，水沙比例难以得到有效控制，无法有效控制好浆液混合质量，对注浆最终效果也会产生一定影响[5-6]。

图2 水力冲沙制浆工艺

3.3.2 机械搅拌制浆工艺

为了确保地面钻井灌浆技术得到全面提高，需要做好以下工作：在1 号蓄液池中储存一定含量的水玻璃，随后启动水泵，将水玻璃输入到2 号蓄液池中，随后根据制浆比例，控制好水玻璃、山沙以及水分的比例，将其控制在1∶2∶2，在2 号蓄液池中将制浆原材料加入其中，随后启动搅拌器，将原材料进行搅拌均匀，最终形成浆液，其工艺流程如图3 所示。

图3 机械搅拌制浆工艺

3.3.3 浆液输送系统选取

浆液输送方式主要包含了以下2 种。

1）通过利用浆液自身的重力，根据地面钻孔实际情况，根据最终的钻孔高差与井下出口之间所形成的静压力，以此完成浆液输送工作，该方式也被称为静压输送工作。

2）如果钻孔高差与井下出口之间所形成静压力无法满足浆液输送压力需求，需要通过外界进行加压处理，一般会选择PN 型、PS 型泥浆泵，提高压力，从而完成浆液输送工作。常规型泥浆泵在实际应用中，其寿命相对较多，而且油耗相对较高，一旦出现故障，其维修费用也相对较高。如果使用油隔离泵时，该泵对于物料输送条件要求较高，需要保障物料颗粒直径小于1 mm。如果选择隔离泵时，该成本相对较高，但流量相对较大，性能也相对较高，如果煤矿产业在具备一定经济条件的情况下，可以选择隔离泵实现加压，从而完成灌浆工作。

4 结语

随着现代煤矿开采工作难度逐渐增加，很容易受到火灾危害，对开采工作人员的生命健康安全构成威胁，需要做好煤矿防灭火工作，通过对地面钻孔灌浆技术的有效运用，根据煤矿开采现场实际情况，选择合适的地面钻井灌浆工艺流程，随后明确地面钻井灌浆工艺，选择合适的灌浆方式，做好制浆工作，根据煤矿防灭火要求，控制好制浆原材料比例，必要情况下利用泥浆泵加强灌浆压力，以此完成地面钻井灌浆工作，达到煤矿防灭火预期目标，确保煤矿开采工作顺利完成，帮助煤矿开采企业提高经济效益。