大倾角综放面缩面期间预埋高位套管注浆防火新工艺

摘要

近年来，综采放顶煤技术得到大力的推广和应用，使煤矿生产效率大幅提高，但该方法存在采空区遗留残煤多、冒落高度大、漏风严重的特点，使得矿井煤炭自燃火灾频繁发生，已经成为制约矿井安全生产的主要障碍之一。淄博矿业集团葛亭煤矿2317综放面开采的3号煤层具有自燃倾向性，自然发火期比较短，煤层厚度和煤层倾角比较大，构造复杂断层多，在2317综放面开采过程中，采空区经常出现CO。由于受断层影响，2317工作面开采中后期有个缩短工作面的阶段，影响了推进度，延长了采空区遗煤的供氧时间，所以该工作面煤层自然发火隐患非常突出。虽然葛亭煤矿建立了以注浆为主的综合性防灭火系统，但仍然有以下几个问题不易解决。一是采空区上下隅角丢顶煤多，厚度大，采空区灌浆难以有效覆盖高位煤体;二是若在采空区上方打高位钻孔注浆，由于采空区上方裂隙发育，难以进行钻孔施工与注浆。
　　为了解决这些难题，本课题开展了大倾角综放面缩面期间预埋高位套管注浆防火新工艺的技术研究，即在2317综放工作面开采前，根据计算出的钻场和钻孔参数，提前在轨道回风顺槽扩帮打孔，然后在煤层顶部预埋高位套管，当工作面推过之后，预埋的高位套管处于方案所设计的位置时，根据·设计方案压注实验室所研究的注浆材料，从而达到防治采空区自然发火的目的。
　　本工艺中所需的注浆材料是在安全技术支撑体系国家专业中心阻化实验室内研制而成的，主要包括化学膨胀惰泡和固化型粉煤灰浆的研究。其中，化学膨胀惰泡是经过添加不同阻化添加剂，达到提高材料灭火防复燃的效果，接着又通过调节药液配比，调整化学惰泡的稳定性和流动性使其适应井下现场条件;固化型粉煤灰浆的研究是从原材料的性能、料浆的特性、影响因素方面对固化型粉煤灰浆进行研究，最后按照原料配比与应用配比进行交叉实验，确定了4种配比方案，并在实验室进行了实验，选择最佳方案。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究成果综述

1．2．1 注浆工艺的研究现状

1．2．2 注浆材料的研究现状

1．3 选题的目的及意义

1．4 研究内容

1．5 研究方法及技术路线

2 大倾角综放面危险区域的确定

2．1 危险区域确定的理论依据

2．1．1 采空区“三带”概述

2．1．2 采空区“三带”划分依据

2．2 采空区氧化升温带的测定

2．2．1 气体监测系统

2．2．2 温度监测系统

2．2．3 测点布置与数据分析

2．3 缩面后自燃“三带”的模拟

2．3．1 物理模型

2．3．2 数学模型

2．3．3 模拟条件

2．3．4 模拟数据结果

2．4 本章小结

3 预埋高位套管的方案设计

3．1 预埋高位套管技术原理及方案选择

3．2 预埋套管步距的确定

3．3 预埋高位套管参数计算

3．3．1 终孔位置的确定

3．3．2 开孔位置的确定

3．3．3 钻孔方向与长度的确定

3．3．4 套管设计与保护

3．4 本章小结

4 高位套管注浆材料的实验室研究

4．1 化学高效防灭火材料的研究

4．1．1 化学惰泡发泡倍数的测定

4．1．2 化学惰泡稳定性试验

4．1．3 化学膨胀惰泡阻化率的试验

4．1．4 化学膨胀惰泡理化性能测定

4．2 固化型粉煤灰浆的研究应用

4．2．1 固化粉煤灰浆防灭火原理

4．2．2 固化粉煤灰浆原材料及性能

4．2．3 影响粉煤灰浆性能的因素

4．2．4 固化粉煤灰浆的配比研究

4．2．5 固化型粉煤灰浆的特征

4．3 本章小结

5 预埋高位套管注浆新工艺井下试验

5．1 试验地点概况

5．1．1 矿井概况

5．1．2 工作面概况

5．2 配套设备选型

5．3 高位注浆钻孔的实施

5．4 高位套管注浆系统

5．4．1 注浆系统的组成

5．4．2 注浆防灭火操作规程

5．5 井下现场试验

5．5．1 井下试验实施过程

5．5．2 现场实验总结

5．6 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

附录 采空区气体及温度变化规律实测数据

攻读硕士期间研究成果