李子扬 郭红岗
晋能控股煤业集团潞新公司砂墩子煤矿 新疆 839003
摘 要: 为解决“三下”压煤开采、工作面过空巷和煤炭自然发火等问题，对超高水材料充填开采技 术、预充空巷开采技术和注浆防灭火技术进行研究。基于超高水充填材料的性质，介绍了以上 3 种技 术的应用情况，并分别以陶一煤矿、王庄煤矿和金地煤矿为例对其应用效果进行了分析和评价。结果 表明，超高水材料充填开采技术能保证采空区充填率达到 85% 以上; 采用超高水材料预充空巷开采 技术后，工作面回采过空巷期间未出现矿压显现剧烈现象; 采用超高水材料注浆防灭火技术后，火区 的温度和 CO、NH4 浓度均恢复到正常水平。今后需在继续完善当前技术相关理论与工艺的同时，进 一步拓展超高水材料的应用领域。
关键词: 超高水材料; 充填开采; 预充空巷; 防灭火
1 有关超高水充填材料的详细介绍
超高水充填材料主要是由单浆液构成，该单浆液是由甲 乙两模块分别配水形成。其中甲模块中主要组成部分为复合 超缓凝剂与铝土矿，乙模块中主要组成部分为复合超缓凝剂 与石膏等。甲乙两类单浆液的体积相同进行混合，然后过一 段时间后就能凝固从而变成充填体。超高水充填材料中水灰 比最低是 6.3：1，最高是 11：1，这意味着其水体积可以高 达 95%—97%的范围 。 甲乙这两类单浆液进行混合后可以在 8—30 分钟内达 到初凝状态，其固结体的最终强度能够达到 0.06—1.65MPa， 而其七天的抗压强度能够涨到最终强度的 60%—90%。这两 类单浆液具体的抗压强度以及混合后的凝结时间可以依据 实际情况来适当做出调整；甲乙两类单浆液可以在 30—40 小时内保持良好的流动性、不凝固，其具有高强度的可灌性 流动性，有利于在管路中实现长时间长距离运输。而在遭受 压力的时候该单浆液固结体积应变仅有 0.00075—0.003 之 间，由此可知其具有较强的不可压缩性。
2 超高水材料注浆防灭火技术及应用
超高水材料注浆防灭火技术是一种集注浆、注 水、凝胶、阻化剂于一体的新型防灭火技术，具备以 上防灭火技术的优点，同时克服了浆液易流失、不凝 结、流动性差及工艺复杂、成本高等缺点。
2.1 超高水材料注浆防灭火技术
根据井下发火空间位置高低以及区域大小，超 高水材料注浆灭火技术可分为密闭式注浆防灭火技 术、钻孔注浆防灭火技术和综合注浆防灭火技术。 1) 密闭式注浆防灭火技术。该技术是指将井 下处于明处的火源隔离起来，形成一个密闭空间，然 后用超高水材料浆液注满该空间，浆液在该空间内 凝结固化，达到防灭火的目的密闭式注浆防灭火技术如 材料 A 部分中的主料和外加剂，二者混合后加水搅 拌可制作成 A 浆液; B 料和 BB 小料分别是超高水 材料 B 部分中的主料和外加剂，二者混合后加水搅 拌可制作成 B 浆液。 2) 钻孔注浆防灭火技术。该技术是针对位于 暗处或难以密闭区域的发火，方法是打多个钻孔贯 通发火区域，向其中注入超高水材料浆液，同时在发 火区顶部对火区进行喷浆处理，待浆液接触火源将 其熄灭，采空区钻孔注浆防灭火技术。 3) 综合注浆防灭火技术。该技术针对高位煤 体自燃引起的大范围发火，将前 2 种防灭火技术有 效结合，先向发火区顶部打钻注入比超高水材料浆 液黏结性更强、流动性稍差、可快速凝固的高水材料 浆液，浆液会快速凝结固化于高位发火区内，包裹自 燃煤体、填充裂隙，同时降低温度、抑制火情。
2 .2超高水材料注浆防灭火机理
煤自燃必须具备 4 个条件: ①煤具有自燃倾向 性且呈破碎堆积状态; ②持续的 O2 供给; ③良好的 热量积聚环境; ④持续一定时间。防灭火的过程就 是用防灭火材料或方法阻化煤氧复合反应，使氧化 产热速率小于散热速率，从而防止煤体温度升高或 将自燃煤体熄灭的过程。从宏观角度讲，超高水材 料防灭火机理如下。 1) 吸热降温，有效控制火区温度。向火区内注 入大量超高水材料浆液后，浆液温度会升高形成水 蒸气，同时带走大量热量，使火区温度显著降低，从 而降低煤的氧化活性，氧化速率明显减慢，产热量显 著降低。而且，这也有助于保证材料在火区的热稳 定性。 2) 隔绝可燃物与助燃物的接触。自燃煤体多 呈松散破碎状态，其周围一般存在漏风通道，煤体被 分隔成多个微小颗粒，颗粒之间存在空隙，空气易进 入。超高水材料浆液注入自燃煤体后，可润湿流经 的煤颗粒，然后形成一层膜将分散的煤粒包裹起来， 隔绝 O2，同时浆液充填于煤体颗粒间的裂隙的超高水材料浆液充入发火区域后，可以充填煤体 的间隙和裂隙，浆液凝结固化后可减少煤体内裂隙 数量，改善煤体的松散破碎状态，提高煤体的完整 性，同时浆液凝固后具有 0. 66 ～ 1. 65 MPa 的最终强 度，可在一定程度上提高煤体强度。
2.3 应用情况及效果
2011 年 9 月，山西吕梁金地煤矿首次进行了超 高水材料注浆防灭火试验［13－17］，之后在肥城矿业集 团梁宝寺煤矿、徐州矿务集团三河尖煤矿和张双楼 煤矿获得了推广应用，均取得了良好效果。 金地煤矿发火区域位于 1311 回风平巷与回风 下山的交叉口处，且发火区已经发生了顶板大面积 冒落，火区附近巷道宽 4 m、高 3. 2 m，沿煤层底板掘 进，上部留有约 9 m 厚的顶煤。矿方发现火情后，分 别采用注水和注氮气的方式进行防灭火，火情起初 得到抑制，但不久煤层又复燃。针对这一情况，采用 了超高水材料综合注浆防灭火技术。灭火期间，通 过监测发火区附近 5 号密闭墙体内部温度以及标志 性气体浓度发现，测点温度从原来的高温降到了 16 ℃，CO、NH4 浓度也逐渐恢复到安全值以下。
3 超高水充填材料的研究方向与未来展望
深入分析共性机理
专业的技术人员在对此充填材料进行研究时，可以对其应 用的环境进行范围开发，如不同的围岩环境下，其共性机理是 否可以得到更加深入的开发，进而让此项技术的相关理论得到 充实。进而提升其机械化操作水平，让技术准备的时间得到 缩减。
4 结语
随着我国废弃及关闭煤矿数量的不断增加，煤矿地下水 资源的利用越来越成为了一个亟待解决的问题，在本文的研 究中首先对于煤矿地下水资源利用的意义进行了说明，主要 包括缓解煤矿开采与水灾事故的矛盾和实现煤矿地下水资 源利用价值，然后以神华煤矿地下水综合利用、大柳塔煤矿 地下水资源转化及王家塔煤矿地下水取水工程为例就已有 的煤矿地下水资源利用市场经验进行总结，最后提出了建立 煤矿地下水库、形成地下水污水处理系统、借助地势修建水 能电站三个方面发展煤矿地下水资源利用市场的建议。
参考文献:
1.顾大钊.煤矿地下水库理论框架和技术体系[J].煤 炭学报,2015,40(02):239-246.
2.曹志国,李全生,董斌琦,郭洋楠.煤矿地下水库技术 标准体系构建与制定[J].煤矿安全,2016,47(10):242-245.
3.韩丽霞.煤矿开发建设项目中水土流失危害及对策 探析[J].地下水,2019,41(03):203-204.
4.黄超慧．采矿工程中超高水充填材料的应用与展望 ［J］．内蒙古煤炭经济，2019( 15) : 190+192．
5.侯海东，宋彩军．超高水充填材料在采矿工程中的应用 ［J］．石化技术，2019，26( 03) :