专利名称：两硬近距离多煤层采空区的灌浆灭火方法
技术领域：
本发明涉及一种矿区的灭火方法，具体为一种在“两硬”(顶板硬、煤层硬)、近距离、多煤层条件下的采空区灌浆灭火方法。
背景技术：
煤炭工业是国民经济和社会发展的基础产业，煤炭工业的可持续发展直接关系着建设全面小康社会目标的实现和国家能源安全。我国煤矿安全生产危险源多、灾害严重的形势非常严峻，煤矿百万吨死亡率与国外相比，差距很大。统计资料显示，全国657处重点煤矿中，有煤层自然发火倾向的矿井占9 %，经验证发火期在3个月以内的矿井占50 % 以上，每年自燃形成的火灾近400起，煤自燃氧化形成火灾隐患近4000起，仅我国北方煤田累计已烧毁煤炭达42亿t以上。煤的自燃严重污染了大气环境。中国北方煤田每年向大气排放一氧化碳49. 02万 t，二氧化硫15. 47万t，二氧化氮30万t，粉尘11. 2万t，放出热量7385 X 1010大卡。另外还排放二氧化碳和硫化氢等有害气体，造成低空空气有害物质严重超标，形成大范围的酸雨，助长地球的温室效应。火区附近有的树木、庄稼被熏死，杨树叶片苯丙比含量比清洁区高130倍，火区附近的人、畜患多种疾病。煤层自燃带来的其他后遗症也非常严重。它可引起周围围岩变质，裂隙纵横，成为地下水畅行的通道，因而经常造成煤矿突水、淹井以至报废，烧变岩裂隙水也是煤矿最危险的充水水源；煤层自燃还烧毁了通过矿区的铁路、公路， 阻断交通；煤田火灾使碧绿的森林牧场变成千古不毛之地，破坏土壤结构，导致水资源严重流失，引起泥石流，诱发新的地质灾害，恶化人类生存空间。随着我国采煤新技术的试验和推广，煤炭的产量和效益大幅度提高，在开采强度增大的同时，由于采出率还不是很高，采空区遗煤量也在增加，使得煤层自然发火几率增高，矿井自燃火灾事故增多。目前，煤炭自燃已成为制约我国煤炭工业高产高效的主要灾害之一。在采空区发生煤炭自燃火灾，大多无法采用挖掘等方法直接灭火的方法，一般采用窒息的灭火办法。窒息灭火主要有阻化剂灭火、泡沫灭火、均压堵漏灭火、惰气灭火和灌浆灭火等方法。但对于“两硬”(顶板硬、煤层硬)、近距离、多煤层大面积采空区，由于顶板垮落和人为密封等原因，人员和设备往往难以接近采空区。尤其是大面积被小窑破坏的采空区，亦或是近距离、多煤层上覆多层采空区，地下情况复杂，更是对采空区煤炭自燃火灾的灭火工作造成极大困难。若采用惰气进行灭火，用气量大、成本过高；若采用均压防灭火方法，对于近距离煤层采空区漏风大，人员无法到达的区域有一定的局限性；随着采掘影响、岩层的移动，漏风也会很大，均压防灭火缺乏长久性、此时效果也不再理想。而采用泡沫和凝胶灭火等方法固然可以，但成本过高，只在局部小范围地点采用。因此，当采空区特别是近距离煤层采空区发生大面积自燃着火时，上述的灭火方法效果往往都不理想。实践证明灌浆灭火方法对采空区防灭火效果十分明显，特别是地面灌浆作为传统的防灭火方法， 以其成本低、方法简单、效果好，被煤矿广泛采用，并积累了较为丰富的实践经验。由于方法简单，长期以来人们对灌浆技术的研究较少，在使用中主要突出一个“灌”，灌满为止。没有对灌浆孔的布置、参数确定等进行深入研究，因此，在灌浆过程中经常出现因灌浆孔的布置、浆液的配比及有关参数确定不合理等，导致灌浆时间长、效果差和浆液材料浪费惊人等情况，严重影响煤矿的安全生产。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供了一种适用于“两硬”(顶板硬、煤层硬)、近距离、多煤层等特殊条件下采空区的灌浆灭火方法。本发明是通过以下技术方案实现的一种两硬近距离多煤层采空区的灌浆灭火方法，包括如下步骤1)、当检测确定发生自燃时，应立即确定发生自燃的具体位置和范围；2)、确定好采空区自燃的位置和范围后，从火区地面进行钻孔灌浆，钻孔灌浆的顺序是由火区边界到火区中心依次进行；钻孔灌浆采用如下步骤1)、确定钻孔的间距首先确定浆液在采空区的扩散半
径
权利要求
1. 一种两硬近距离多煤层采空区的灌浆灭火方法，其特征在于，包括如下步骤1)、当检测确定发生自燃时，应立即确定发生自燃的具体位置和范围；2)、确定好采空区自燃的位置和范围后，从火区地面进行钻孔灌浆，钻孔灌浆的顺序是由火区边界到火区中心依次进行；钻孔灌浆采用如下步骤1)、确定钻孔的间距首先确定浆液在采空区的扩散半径β = (0.093 PcTK"1,式中R-浆液扩散半径，m; ξ-调整系数，取0.5 ;Τ-注浆时间，取36000s ;pc-汪浆孔内压力，Pa，可用仪器实测或由Pc=Pgh计算得出，其中P为浆液密度、g为重力加速度、h为钻孔深度；b-裂缝宽度，取0. 05、. IOm ； μ -浆液粘度，取1. 2 2. 56Pa · S ;rc-注浆孔半径，取0. 05m ；然后确定钻孔间距￡ = 2权-D2 ,式中丄_钻孔间距，m ；R-浆液扩散半径，m ；D-采空区高度，m ；2)、根据火区范围和钻孔间距确定出需要钻孔的个数η ;3)、确定钻孔灌浆的灌浆总量首先确定灌浆需土量= Qf = 询Γ，式中 Vm-采空区体积，m3 ； α -浆液扩散因数，取1. 05 1. 25 ； β -采空区冒落空实比例，取0. 7 0.9;η-浆液损耗因数，取1. 05 1. 4 ；K-灌浆系数，取15% 20% ；然后确定灌浆需水量0S = KsQtS ,式中KS-用水备用系数，取1. 05 1. 2 ； δ -水土比，取2. 5 广4:1 ；则钻孔灌浆的灌浆总量为β； +,式中Μ-泥浆制成率，取0. 88 0. 95 ；4)、确定钻孔的单孔最小灌浆量Oi = 6』；6)、最后结合火区的防灭火灌浆计划，完成对自燃火区的灌浆灭火工作。
全文摘要
本发明为一种两硬近距离多煤层采空区的灌浆灭火方法，解决了现在煤矿灌浆灭火技术因没有对灌浆孔的布置、参数确定等进行深入研究，而导致灌浆时间长、效果差和浆液材料浪费惊人等问题，同时也改善了两硬近距离多煤层矿区灭火难的问题。本发明方法首先确定发生自燃火区的具体位置和范围；然后通过计算浆液扩散半径得到灌浆钻孔的最大间距，再利用火区范围和钻孔间距确定火区的钻孔数；然后通过火区范围确定灌浆需土量、需水量和总的浆液量，最后进行灌浆灭火，灌浆的顺序是由火区边界到火区中心依次进行。本发明操作简单方便，风险小、安全可靠、见效快、效果好、成本低，具有较高的实际推广应用价值。
文档编号E21F5/02GK102434186SQ201110370220
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者丁大同, 丁禄仕, 乔宁, 于斌, 刘建河, 刘艾, 孟凡龙, 康日霞, 康福钧, 彭祥祥, 李军, 李有春, 李连海, 王爱国, 王立兵, 秦晋宇, 胡锦元, 赵军, 赵君, 郭万忠 申请人:大同煤矿集团有限责任公司