1采空区火灾概况

通化矿区苇塘矿一井为1959年投产设计能力30万t/a矿井，片盘斜井分区石门开拓，水平巷柱采煤方法。煤层为石炭二叠系共7层煤，1、4、6层可采；顶板管理为采空区自然垮落。瓦斯等级为高瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量12.65m³/t，煤层自燃倾向Ⅱ级，发火期12个月。

自然发火的采区是+250m~+300m南翼一石门一层煤采空区，由东西两块段采空区组成，共采出煤炭215万t。回采率在40%~60%左右。采区回采结束后进行封闭，并进行预防性黄泥灌浆。4个月后在进行矿井风量调整时，发现该采空区回风侧密闭内CO浓度>0.003%并持续上升。同时+300标高采空区相邻空区内产生自然发火。

2高水材料封堵采空区漏风

　　采空区火灾封堵漏风是灭火措施成功的关键。在总结前期灭火教训的基础上，以封堵采空区+250m漏风源为灭火工作原则，实施高水材料压力封堵裂隙漏风，+250m一层大巷至+268m刮板输送机道间由下而上灌注粉煤灰封闭隔绝带的灭火技术措施。

　　2.1 高水材料封堵岩壁裂隙漏风机理

　　高水速凝固充填材料（简称高水材料）是有硫铝酸钙水泥为主组成的甲乙两种混合物，分别加入8~9倍水，搅拌形成高水速凝，快硬，初期强度高，用于煤矿巷旁支护的充填材料。其主要特点是用水量大、固体材料少、泵送容易、流动性好、充填不干缩。

　　做为封堵漏风材料，应用时由泥浆泵压力通过钻孔注入漏风通道的岩石裂隙中，高水材料发生反应，生成长针状、柱状高结晶水化物钙矾石，长针状、柱状结构交织在一起形成了坚固的网状骨架，骨架中含有大量结晶水。网状骨架象海绵一样吸咐着大量游离水。高水材料矿化体充填于裂隙中隔离漏风通道。特别是当岩层来压再度破坏后，由于材料中游离水存在的条件下，充填凝固体受压破坏有重新再结晶能力，因此具有很好的封堵漏风的作用。

2.2高水材料封堵漏风裂隙工艺

（1）制浆。用1t矿车中间焊隔板制成2个体积约0.5m³的高水材料浆液搅拌箱，再由2.2kW电机经蜗轮减速器拖动旋转搅拌器转动搅拌，两搅拌箱分别按所需水灰比，搅拌成甲乙两种均匀浆液。

（2）输送。两种浆液分别使用泥浆泵（工作压力1.5~5.0MPa,流量50~120L/min），由输送管道送入混合器后，经钻孔入漏风的岩石裂隙中。

（3）钻孔。用YT-2S型风动凿岩机钻孔，压注孔深至无裂隙岩层。

（4）压力注浆。将注浆管道插入压注孔内，用黄泥或水泥压注孔封孔后压注高水材料，压注高水材料结束后关闭注泵管上的阀门或直接用黄泥封堵注浆孔口。待高水材料初凝固后（2~4h），拆除注浆管再用水泥将注浆口处重新抹严封闭。

（5）每班注浆结束或因故停泵>20min需用清水冲洗输送管路系统，以防凝固阻塞管路。

2.3 高水材料封堵的技术参数

质量含水率（%）={水的总质量（kg）/{甲组份质量（kg ）+乙组质量（kg）+水的质量（kg）×100%}

体积含水率（%）={水的总体积（L）/[甲组份质量(kg）/甲组份密度（kg/L）]+[乙组份质量（kg）/乙组份密度（kg/L）] ×100%}

(2)高水材料含水率。高水材料的含水率及材料用量见表1。

表1 高水材料含水率及材料用量

见表

（3）高水材料初凝时间?<20min。

缩短初凝时间可采用：①增加乙料添加剂（速凝剂）数量；②甲乙2种浆液放入混合器内延长混合时间再泵送（注意搅拌）；③提高水温。

（4）抗压强度。高水材料的抗压强度见表2。

　　表2 抗压强度（水灰比2.2:1）

　　见表

（5）添加粉煤灰。添加粉煤灰做骨料可提高充填体强度，减少胶结材料量及提高抗风化性能。如保持2.2:1～3:1的水灰比，掺入粉煤灰500kg/m³形成浆液水体积比70%以上。可减少高水材料用量，节约费用。

2.4 漏风通道压力充注封堵方法

（1）喷泉混凝土巷道漏风的封堵。巷道断面内压注充填孔一般布置之1～2个，孔深钻入混凝土碹后岩壁0.2～0.3m，每组钻孔间距沿巷道根据高水材料流动情况每8 ～20m布置一组钻孔即可，注浆孔内插入注浆管，封孔后联接注浆管路即可压注高水材料。

（2）岩壁裂隙及岩石破碎带漏风封堵。将注浆孔钻入有裂隙岩层内1.5m左右，插入注浆管封孔后压力充注高水材料，使岩壁破裂带形成1m以上的岩层裂隙及岩层破裂带间隙充满高水材料凝固体，如有更大空间可以补充压注粉煤灰充填（见图1）。



图1岩壁裂隙与破裂带封堵

（3）巷道局部空顶的充填处理。巷道局部空顶区，由于围岩受上覆岩层作用产生变形，岩层裂隙漏风，是自然发火危险区域，空顶的处理：在空顶下1/2采用高水材料加粉煤灰混合充填，上部采用粉煤灰直接填入剩余空间，全层充填改善了支架空顶区的受力状态，充填体重量低，减轻了支架的承载压力，粉煤灰的致密性及高水材料的流动性使岩石裂隙使充填巷道的稳定性得到加强，又消除了漏风及自然发火危险（见图2）。



图2 局部空顶充填处理

（4）密闭墙及其附近漏风封堵。在密闭墙外0.4~0.5m处构建临时封闭墙，中间充入高水材料，密闭墙周边巷道打压注孔，对四周巷壁漏风进行压力充注高水材料。

3采空区灌注粉煤灰灭火隔绝带

采空区周边裂隙漏风通道封堵后，接着灌注粉煤灰隔绝带。粉煤灰粒径小，粉状致密，透气性差，水化制浆快，脱水快，管路泵压力输送容易，是很好的灭火廉价材料。采空区由于丢有残煤，隔离煤柱也遭受破坏，切断流向采空区漏风，采用粉煤灰水灰比为6:4的浆液，灌注采空区走向和倾斜粉煤灰隔绝带（如图3）由+250m大巷钻向上孔至采空区+258.5m~269.5m标高有效钻孔5个。灌注粉煤灰273m³。形成采空区东下部入风侧漏风隔绝带。之后又补充灌注粉煤灰93m³，对密闭采空区东块段副井漏风通路的倾斜隔绝带，灌注隔绝带后，采空区主要漏风通道检测CO含量为<0.0001%,O₂含量?<6%。



图3 采空区走向粉煤灰隔绝带

4采空区灭火效果

采空区漏风裂隙高水材料充注由+250m大巷开始，共用15个小班充注高水材料15.3t，封堵漏风巷26.5m，漏风裂隙面积217.05m²漏风源封堵结束。至此受火区影响停产的+300m~+500m北翼采区正式恢复生产。