高瓦斯易自燃综放采空区耦合灾害的动态隔离防治方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿井瓦斯爆炸与火灾防治技术领域，具体涉及一种采用动态隔离结构治理高瓦斯易自燃综放采空区耦合灾害的方法。
【背景技术】
[0002]煤炭自燃与瓦斯耦合防治是未来深部矿井开采面临的主要难题之一。在我国国有重点煤矿中，存在煤炭自燃的矿井占到总数的1/3以上，煤炭自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的90%以上。近年来，随着矿井开采技术的改革和采煤设备的升级，一部分煤矿为了提高生产效率，增加了工作面的宽度，此外，大采高综放设备的投入也使得开采强度急剧增加。遗煤自燃与瓦斯爆炸灾害具有动态耦合特性，开采强度的增加造成了遗煤自燃，从而导致瓦斯爆炸的可能性显著增加，耦合灾害危险区域愈发明显，为矿井的安全生产提出了更为严格的挑战，严重制约了矿井高产高效目标的实现。
[0003]目前，对耦合灾害(遗煤自燃与瓦斯隐患共存)矿井的预防和治理普遍都只是采取一些单一的技术手段，即单一的进行瓦斯抽放或者是防止遗煤自燃。但是，目前由于受到矿井实际条件和技术手段的限制，对于高瓦斯矿井，特别是低透气性煤层，很难做到将煤层瓦斯抽放完全，并保证其瓦斯浓度不在爆炸范围内；同时，各种探测仪器和技术也较难以准确、快速的确定采空区隐患火源位置和范围，治理效果在较短时间内难以奏效。从采空区漏风风流控制方面进行耦合灾害的防治是一种简单、有效的防治措施，改变漏风可以源头上改变采空区自燃“三带”分布范围，同时改变瓦斯分布规律，达到耦合防治的效果，但现阶段国内外学者提出的隔离方案重在灾害防治，还没有明确提出一种简单、有效、可行、经济的采空区隔离预防方法，同时，目前采空区隔离封堵材料，其高膨胀、高粘附性、高发泡性还不够理想，成本也相对较高，限制了该类隔离防治方法的现场应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种可靠、安全、便捷的高瓦斯易自燃综放采空区耦合灾害的防治系统及方法，该系统利用非连续压注工艺，实现对综放采空区的动态隔离，在保证隔离效果的同时，减少压注工艺材料消耗，达到耦合灾害防治目的。
[0005]其技术解决方案包括:
[0006]一种高瓦斯易自燃综放采空区耦合灾害的动态隔离防治方法，依次包括以下步骤:
[0007]a、隔离结构的高度设计，首先根据工作面的开采煤层厚度与采放比计算采空区的遗煤厚度和混合带高度，以计算得到的遗煤高度和混合带高度之和来确定隔离结构的高度，所述隔离结构的高度为压注终孔高度距离采空区底板的距离；
[0008]b、压注隔离参数设计，根据工作面的支架数量及工作面宽度，结合工作面推进速度和周期来压步距，并结合数值模拟结果，在采空区内沿工作面倾向方向上间隔选择多个采空区压注点，分别设计隔离结构的排数、支架间压注点位置、隔离结构宽度、左右间距、前后间距，并在液压支架上标记、编号；
[0009]C、准备动态隔离系统和外围搅拌基站，动态隔离系统包括轻型高分子充填材料、便携式注浆泵、钻杆和高压胶管，将所述外围搅拌基站布置在工作面的进风顺槽侧，将所述轻型高分子充填材料加入所述外围搅拌基站中并搅拌均匀；将所述便携式注浆泵和所述钻杆通过所述高压胶管连接；
[0010]d、压注隔离，当工作面顶板周期来压后，从工作面进风顺槽侧开始，将便携式注浆泵放置在相邻的液压支架之间，混合均匀的轻型高分子充填材料依次经便携式注浆泵、高压胶管和钻杆进入采空区，随着压注工作的进行，移动动态隔离系统，并在选择的每个压注点位置按设计参数进行压注；
[0011]e、从工作面进风顺槽侧到回风顺槽侧压注一遍后，重复进行压注工作，在整个周期来压期间，压注几排隔离结构，其中相邻的隔离结构顶部叠加在一起，压注至工作面周期来压前结束。
[0012]作为本发明的一个优选方案，步骤c中，所述轻型高分子充填材料是由干料、发泡剂、促凝剂和水组成，其中，所述干料为膨润土、硅酸盐水泥和石灰纤维组成；发泡剂为0.6?1.2%的聚丙乙烯酰胺和动物胶类表面活性剂组成；促凝剂为高效减水剂和促凝剂混合而成。
[0013]作为本发明的另一个优选方案，步骤c中，所述钻杆其头部为锥形，所述钻杆头部上设置有呈环形排列的钻孔。
[0014]进一步的，步骤e中，所述隔离结构是由所述钻杆压注出的轻型高分子充填材料自上而下下落膨胀过程中与采空区冒落矸石黏结形成的。
[0015]本发明所带来的有益技术效果:
[0016]本发明提出了一种高瓦斯易自燃综放采空区耦合灾害的动态隔离防治方法，基于综放采空区空间煤自燃及瓦斯、漏风流场分布特性，采用移动式注浆泵配合优选的轻型高分子充填材料，在工作面周期来压期间设计压注点，随采煤作业进行在支架间隙压注轻型高分子充填材料，所设计的轻型高分子充填材料能够在自上而下的流动过程中，迅速膨胀粘附冒落矸石形成间距一定距离的非连续隔离墙体，前后几排隔离墙体相互作用，改变后方采空区风流场流动规律，同时改变了采空区氧气浓度场和瓦斯涌出特性，实现了采空区遗煤自燃与瓦斯耦合灾害的防治，为工作面的安全生产提供了保证。
[0017]本发明系统简单，施工简便易行，通过液压支架之间的间隙人工压注，增加了采空区隔离的灵活性和有效性，同时节省了采空区压注材料，成本较低。
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明:
[0019]图1为本发明压注系统工作状态不意图；
[0020]图2为本发明隔离结构状态图；
[0021]图3为本发明实施例1压注系统状态示意图；
[0022]图4为本发明钻杆结构示意图；
[0023]图5为本发明隔离结构在工作面布置的剖面图。
[0024]图中，1、松散煤岩体，2、便携式注浆泵，3、工作面进风顺槽侧，4、工作面回风顺槽侦牝5、液压支架，6、采空区，7、钻杆，71、头部，72、钻孔，8、混合带，9、浮煤带，Ltl为工作面周期来压步距。
【具体实施方式】
[0025]本发明提出了一种高瓦斯易自燃综放采空区耦合灾害的动态隔离防治方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整的说明。
[0026]如图1、图2所示，本发明动态隔离系统和外围搅拌基站，动态隔离系统包括轻型高分子充填系统和压注系统，压注系统中有便携式注浆泵2和与其连接的高压胶管，实际注浆时，将钻杆伸入松散煤岩体I内进行注浆，一般情况下可由钻杆直插入压注指定位置，如果液压支架后方顶板冒落不实，钻杆不能人工插入指定位置，可利用手持式风钻将钻杆施工至终点位置；该便携式注浆泵2体积小，便于移动，整个动态隔离系统能够随压注工作的需要移动至压注点位置。
[0027]轻型高分子充填材料是由干料、发泡剂、促凝剂和水组成，其中，干料为膨润土、硅酸盐水泥和石灰纤维组成；发泡剂为0.6?1.2%的聚丙乙烯酰胺和动物