內蒙古伊泰京粵酸刺溝礦業有限責任公司
遼寧中煤科技股份****
2023年12月24日
黃泥灌漿是煤礦井下最主要的防滅火手段之一，灌漿防滅火時，泥漿濃度對注漿防滅火的效果影響很大，泥漿濃度越大效果越好。現有灌漿防滅火系統的水土比通常在5:1左右，井下漿液流失量大，灌漿效率低。
若提高泥漿濃度，黃土容易在管路中沉降，出現堵塞管路的問題。由於泥漿流動性好，對位置較高處（巷道頂部、採空區兩道）浮煤自燃的防治效果不好。
在發現煤層自燃高溫點時，採用常規的注水、灌漿和噴阻化劑時，由於重力作用，漿液流往低處，不能在高處積存、滲流範圍很小，難以撲滅高處大面積火源；漿液往低處流，衝出水溝，不能有效降低塊煤內部溫度，停止注漿後，風流滲透流暢，復燃很快，且用水或灌漿控制火勢時，將迅速產生大量水蒸汽，反而會促進煤層自燃火勢發展，惡化工作環境，並有產生水煤汽**的危險。採用注氮、注惰性泡沫滅火時，需封閉性嚴，且氣體熱容小，能帶走高溫區的熱量有限，滅火週期很長，火區復燃概率高。
膠體防滅火技術集堵漏、降溫於一體，防滅火效果佳，已成為煤層自燃火災治理的主要技術手段之一。採用井下移動式注膠防滅火系統時，裝置安裝執行及材料運輸均不能迅速實施，且注膠流量小，材料運輸量大，使得滅火效率降低。
為了對礦井火災進行有效地預防和在緊急情況下快速反應，迅速控制火災，減少災害損失，有必要建立一套多功能灌漿注膠防滅火系統，使其能夠實現灌漿材料的就地取材和大流量壓注膠體等新型防滅火材料。
根據酸刺溝礦的實際情況，建立多功能灌漿注膠防滅火系統，使其能夠使用多種灌漿材料（黃土、粉煤灰等），以解決灌漿料的**問題；實現高濃度漿液的製備及管路輸送，提高灌漿效率；通過向灌漿系統中加入少量外加劑，實現壓注凝膠、復合膠體、三相泡沫和固化充填材料等功能，有針對性地處理各種不同情況下的浮煤自燃。
多功能灌漿注膠系統具有如下功能：
1）系統可用粉煤灰、黃土等多種灌漿材料，易實現灌漿材料就地取材；
2）系統能製備各種濃度漿液（水土比最高可達1:1），以適應不同情況的灌漿；
3）通過在高濃度漿液中加入懸浮劑，使高濃度漿液能夠通過膠體防滅火系統順利地輸送到用漿地點，且不會堵塞管路；
4）僅需變換外加劑，即可通過該系統實現大流量地壓注凝膠、復合膠體和固化充填材料等多種新型防滅火材料，提高系統的利用率；
5）完善的自動化控制系統可確保膠體防滅火系統的穩定執行，減小人為因素影響，提高系統的可操作性。
多功能灌漿注膠防滅火系統由多種漿料（粉煤灰、黃土）儲存場地、漿料破碎和過濾系統、連續式定量製漿系統、地面外加劑新增系統、輸漿管網系統和井下外加劑新增系統構成。
地面固定式灌漿注膠防滅火系統流程見圖1，工藝流程見圖2。
圖1 地面固定式灌漿注膠防滅火系統流程框圖
圖2 地面固定式灌漿注膠防滅火系統工藝流程圖
各種制漿料（粉煤灰、黃土）通過漿料破碎、過濾及輸送系統（扒裝、破碎、可伸縮皮帶一體機）送至連續式定量製漿系統內，與水幫浦輸送過來的水定量混合（水土比為1：10～1：1可調）、攪拌成漿後，輸送至濾漿機過濾，然後由渣漿幫浦輸送至井下灌漿管網系統，輸送到灌漿地點。
工藝過程闡述如下：
製漿材料經過破碎和過濾後與懸浮劑經各自的定量喂料器送入沖漿器，沖漿器的沖水來自水幫浦，漿液經攪拌器攪拌、濾渣器過濾後，通過漿管進入混合器，與外加劑混合後，進入攪拌池攪拌成漿，注漿時經集漿池進入下漿管。
加入懸浮劑的漿液具有保水性、滲透性、懸浮性和緻密性，在使用過程中漿液不離析，流動性好，而且漿液與管壁的摩擦阻力減小，便於幫浦送和管路運輸。較好的保水性和緻密效能，又可在較長時間內覆裹煤體。
通過在地面按比例加入外加劑（如凝膠的基料等），並在井下加入少量的新增劑（如凝膠的促凝劑等），即可實現大流量的壓注凝膠、復合膠體、固化充填材料、三相泡沫等功能。
漿液濃度較大，或使用沉降速度較快的砂土或粉煤灰製漿時，需通過外加劑新增系統a向漿液中加入稠化懸浮劑，形成稠化膠體後，再輸送至灌漿管網。稠化膠體(圖3)由稠化懸浮劑、水和漿料（砂土、粉煤灰、黃土等）構成。稠化懸浮劑能提高漿液粘度，使砂、土或粉煤灰懸浮，漿液在使用過程中不泌水、不離析，便於幫浦送和管路運輸，稠化懸浮劑新增量0.
06%左右，成本約6～9元/m3。稠化膠體流動性好，可遠距離輸送，不堵管，且成本低。主要用於停採線、切眼、採空區等大面積區域的灌漿防滅火。
在地面灌漿站和井下用漿地點附近分別加入相應的外加劑，即可通過該系統實現大流量地壓注凝膠和復合膠體。
1）壓注凝膠
凝膠（圖4）由基料、促凝劑、增強劑(砂土或粉煤灰等)和水按一定比例混合而成。基料和促凝劑總用量為10～13%，增強劑為0～30%，每立方膠體材料成本約60～100元。主要用於煤層頂部火災、空洞及兩道密閉間的充填堵漏。
在灌漿站通過外加劑新增系統b將基料（水玻璃）加入灌漿管網，在井下用漿地點附近通過外加劑新增系統d將促凝劑（碳酸氫鈉）加入灌漿管網內。
2）壓注復合膠體
復合膠體（圖5）由稠化懸浮劑、膠凝劑、水和漿料（砂土、黃土等）構成。稠化懸浮劑用量0.06%、膠凝劑用量0.
06%，膠體成本約15～18元/m3。膠體成本低，有一定的可堆積性，具有粘彈性，主要用於井下動壓帶和大範圍火區的防治。
在灌漿站通過外加劑新增系統a將稠化懸浮劑加入灌漿管網內，在井下用漿地點附近通過外加劑新增系統b將膠凝劑加入灌漿管網內。
自動監控系統可根據實際需要實現裝置的開停控制，調節系統流量，並自動地調節各種物料的配比，監控整個系統執行，並可實現遠距離網路監控（如圖6）。
圖6 多功能注膠防滅火系統監控流程示意圖
監控過程闡述如下：
1）根據流量感測器檢測到的水量和濃度感測器檢測到的漿液濃度，確定出從濾漿機輸出漿液的流量和濃度；
2）工控機根據設定的漿液濃度和流量要求，向水幫浦和製漿機傳送指令，調節水量和制漿料加入量，使漿液達到所設定的濃度和流量；
3）工業控制機根據設定的相應外加劑加入量，向定量給料裝置傳送指令，調節外加劑的加入量，使其在漿液中的濃度達到設定值；
4）根據流量感測器檢測出注膠流量，並通知井下人員按比調節相應的外加劑加入量（人工調節裝置至設定的新增量）。
該系統主要由多功能連續式定量製漿機、水幫浦、濾漿機、渣漿幫浦、懸浮劑新增裝置、排汙幫浦、清水幫浦和自動監控系統構成。
該系統主要是為了實現利用注膠管網壓注凝膠、復合膠體、稠化膠體和固化充填材料等多種新型防滅火材料而設定的。根據各種材料新增比例的要求，由專門的新增裝置來實現各種外加劑向注膠管網內的新增。
稠化懸浮劑由稠化劑新增機定量新增；基料（水玻璃）由化工幫浦新增；井下促凝劑和膠凝劑新增裝置選用多功能膠體壓注機。
1）制漿料輸送量：60m3/h；
2）水量：>60m3/h；
3）水灰比：1:10—1:1.5；
4）基料量(8%)：1.6—4.8t/h；
5）促凝劑量(2.5%)：0.5—1.5t/h；
6）稠化懸浮劑量(0.1%)：20—60kg/h；
7）膠凝劑量(0.06%)：12—36kg/h；
8）基料貯量：15m3；
9）制漿料料場：400m2。
1）定量給料機
型號：zsl-40
數量：1臺
送料量18～40m3/h
功率：15kw
電壓0.4kv
功能：將黃土等製漿料按照設定量均勻送往膠體製備機；配置後可供後台終端監控的定量監控裝置。
2）擋邊膠帶輸送機
型號：dj6550
數量：1套（含解除安裝部、驅動部、中間支架、上下託輥、電動機、減速器、擋邊pvc膠帶、張緊部等）。
輸送量60m3/h
功率：15kw。
電壓0.4kv
3）膠體製備機
型號：zlj60
數量：1臺
最大制膠量：60m3/h；
功率：18.5kw。
電壓0.4kv
可使用土、粉煤灰、砂等原材料製成各種濃度的復合膠體。膠體的濃度比例可任意調節，制膠量從30m3/h至60m3/h任意調節。
4）濾漿機
型號：lj-60c
數量：1臺
最大濾漿量：60m3/h；
功率：7.5kw。
電壓0.4kv
配合膠體製備機共同使用，可監控、終端有顯示，並可生成資料包表。
5）清水幫浦
型號：is80-50-200
數量：1臺
流量：60m3/h；
功率：15kw；
揚程：50m。
電壓0.4kv
6）排汙幫浦
型號：wq15-30-3
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