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[摘 要]针对现有的矿井防灭火技术进行了分类比较，各有自己的优缺点。根据煤矿现场实际情况。体现“以防为主，防治结合”的思想，充分发挥各防灭火技术的优点，采取以粉煤灰防灭火技术为辅，其他防灭火技术为主的手段，形成矿井综合防灭火技术及其装备，实施防灭火工程。通过煤矿现场的实际应用，取得了良好的效果。
[关键词]防灭火；粉煤灰；注浆；充填
中图分类号：T434 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0255-01
目前煤矿常用的灌浆材料有黄土、粉煤灰等。粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料。它是燃烧煤的发电厂将煤磨成100微米以下的煤粉，用预热空气喷入炉膛成悬浮状态燃烧，产生混杂有大量不燃物的高温烟气，经集尘装置捕集就得到了粉煤灰。粉煤灰的化学组成与粘土质相似，主要成分为二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙和未燃尽碳。粉煤灰质轻，颗粒表面具有一定光滑度，容易搅拌成浆，便于管道输送。注入火区后流动性、稳定性较好；由于粉煤灰具有一定的火山活性，其密封性能较好；粉煤灰亲水性差，粒度又大于黄土，注浆后浆体达到静态时脱水快，并随着水的泄流带走一部分热量。因此粉煤灰用于注浆灭火，可以起到隔绝、包裹、降温作用。粉煤灰用在矿井防灭火上更是提高了矿井的生产能力，为煤矿生产节支降成，收到了较好经济效益和社会效益，使粉煤灰在矿井防灭火中得到了广泛的应用。
1.粉煤灰的物理和化学性质
1.1 粉煤灰的物理性质
粉煤灰是灰色或灰白色的粉状物，含碳量大的粉煤灰呈灰黑色，当含水量较高时，呈一种无可塑性的膏状物。粉煤灰颗粒多半呈玻璃状态，多孔结构，具有较大的内表面积。其主要物理性质：密度与化学成分相关，低钙灰的密度一般为1800～2800kg/m3，高钙灰密度可达2500～2800kg/m3；其松散干密度为600～1000kg/m3，压实密度为1300～1600kg/m3；空隙率一般为60%～75%；细度一般为40Um，方孔筛筛余量10%～20%，比表面积2000～4000cm2/g。粉煤灰颗粒比重轻，容重比较小，颗粒配级以砂粒和粉粒为主，粒径为0.25～0.005mm的颗粒约占84.1%，而大于0.25mm小于2.0mm的颗粒约占15.9%。很容易与水混合成浆，其渗入性较强而且稳定性和流动性都很好，利于管道运输和在冒落的煤岩空隙中、巷道内流动，颜色灰绿色属于不燃性材料。可缩性小只是砂子的46.7%，另外最主要的是粉煤灰不燃烧，比重为0.7，浸水后体积缩比为0.586。停止流动的灰浆立即脱水沉淀，沉淀后的堆积体具有抗压能力，粉煤灰的颗粒能充填微小裂隙和空洞，具有隔风和堵水作用，粉煤灰的堆积体（失水后）松散易清除，而且没有腐蚀性。因此在充填中尤其是充填平巷时很容易充严而不留空隙。
1.2 粉煤灰的活性及化学成分
粉煤灰的活性是指粉煤灰在与石灰、水混合后所显示的凝结硬化性能。粉煤灰含有较多的活性氧化物 （SiO2、A12O3），它们分别与氢氧化钙在常温下起化学反应生成较稳定的水化硅铝酸钙。因此粉煤灰和其他火山灰质材料一样，当与石灰、水泥熟料等碱性物质混合加水拌和后，能凝结、硬化并具有一定强度。粉煤灰的活性不仅决定于它的化学组成，而且与它的物相组成和结构特征有着密切关系。高温熔融并经过骤冷的粉煤灰，含大量的表面光滑的玻璃微珠，具有较高的化学内能，是粉煤灰活性的主要来源。玻璃体中所含的活性 SiO2、Al2O3含量愈高，粉煤灰的活性愈强。
粉煤灰经过化验分析在化学成分上的特点接近一般黄土的含量，与黄土化学性质相近似，粉煤灰的氧化性能甚微，基本上不含可燃物质，属惰性材料。
由于粉煤灰化学性质和物理性质都符合注浆防灭火要求，其原理是：将粉煤灰加水合成浆液，通过注浆泵注入火区，充填火区裂隙或空间，减少或杜绝新鲜空气的供给；包裹煤体，防止煤体颗粒氧化生热，带走热量，使可燃物（煤体）的自燃温度或火源温度降至带温状态，起到防灭火作用。
以粉煤灰为基料形成系列粉煤灰胶体防灭火材料。灌注粉煤灰浆液不需添加任何外加剂，材料成本最低，且工艺最为简单，是煤层火灾防治首选的方法，由于粉煤灰沉淀速度快，容易发生管路堵塞，而且其亲水性差，注浆地点的灰水很容易分离，脱出的清水很快沿固定通道流走，其防灭火效能较水灰共同作用时的防灭效能大为降低，用于灭火时存在水煤汽爆炸的危险。
粉煤灰固化充填材料外加剂的种类多且用量大，成本高，添加比例也不好掌握，现场应用起来较为复杂，但其强度大，是很好的充填材料。主要用于废弃硐室、两道闭墙之间以及废旧巷道的充填和堵漏。
3.粉煤灰防灭火实例
3.1 粉煤灰注浆工艺
以鹤岗矿业集团南山煤矿为例。南山煤矿存在采空区裂隙与上部煤层采空区连通，自燃发火较严重。南山煤矿多年前已经在井上设立永久灌浆站，井下形成系统，对井下各采、掘工作面及采空区进行预防性灌浆。是综合防灭火的后续工作，及时制止火灾的继续蔓延，使火区的治理工作顺利开展下去。1994年以前主要采用黄泥灌浆，辅助注沙进行防灭火。后来采用发电厂的粉煤灰进行灌浆，取得了良好的效果。
3.2 南山煤矿施工的北五区18-2层七分段复采面溜子道
在2014年11月12日对巷道钻孔取样时发现一氧化碳（CO）浓度发生变化，在之后的几天连续取样一氧化碳（CO）浓度迅速增高，最高值达到5000ppm。顶板温度为45℃、空气温度为35℃，初步分析该巷道掘进期间煤帮氧化已经自燃，有可能出现明火。经公司领导及相关部门多次研究，决定分五个步骤对发火隐患进行治理，首先对施工巷道间隔5米成扇面打3个注水钻孔，终孔到煤层顶板，利用灌浆系统接6个钻孔用∮32钢丝带进行注水降温，其次对邻层采空区打钻注粉煤灰堵漏，第三步对注完水钻孔利用注灰泵注双灰（水泥加粉煤灰）进行充填，第四步对巷道露煤点进行喷碹处理，第五步回采期间对后部打钻注灭火剂处理，其效果显著，有效的制止了发火隐患的扩展，保证了工作面正常回采。
4.粉煤灰灌浆的特点
（1）灭火速度较快。粉煤灰属惰性材料，不含助燃物质和可燃物质，不易发生复燃现象（2）灰浆脱水快，流程长，有利于采区及工作面恢复，恢复时间较短。（3）密封性能好，粉煤灰可塑性较黄土小，适合充填采空区及煤柱裂隙或空间，增加其密闭性，减少漏风。（4）粉煤灰能够成浆，流动性好，有利于管道和水利输送。（5）可代替黄土，防止蚕食矿区周围的农田用于取土。（6）粉煤灰可用铁路专线运输储灰，减少了汽外来土的费用。（7）利用发电厂粉煤灰可解决用土的矛盾，减少毁坏农田，每年需要注土量14-17万m3，需要大量资金购买农田，又可减轻环境污染变废为宝，少占土地排灰。
粉煤灰做为热电厂的废弃物，利用粉煤灰的物理性质，将它用与井下防灭火工作，正是“取之煤矿，用之煤矿”。废物利用更有利于保护环境。实现粉煤灰的资源化。
通过对矿井现有防灭火技术的分类比较，各防灭火技术都有自己的优缺点。粉煤灰在矿井防灭火中的利用前景十分可观，以粉煤灰为辅料进行其它防灭火技术的应用还有很多种，这样矿井防灭火工作有了很大的选择性，提高了防灭火工作的效率。使防灭火工作有着深远发展。近年来粉煤灰注浆，复合凝胶，三相泡沫，固化泡沫等材料已经在现场普及，各种配套注浆，发泡，工艺系统在煤矿现场均已建成。为井下采空区充填，防治井下火灾提供了实时地帮助，实际有效的解决了现场问题。
但是针对不同的矿井条件，应该结合实际采用适合，经济的防灭火材料和技术，在某些复杂条件下，应该综合利用各种材料和技术进行井下的防灭火工作。
作者简介
周新强（1983-）男，2008年毕业于七台河职业技术学院，矿井通风与安全专业，专科学历，助理工程师，长期从事通风管理工作，现工作于龙煤鹤岗矿业公司南山煤矿。
[关键词]防灭火；粉煤灰；注浆；充填
中图分类号：T434 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0255-01
目前煤矿常用的灌浆材料有黄土、粉煤灰等。粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料。它是燃烧煤的发电厂将煤磨成100微米以下的煤粉，用预热空气喷入炉膛成悬浮状态燃烧，产生混杂有大量不燃物的高温烟气，经集尘装置捕集就得到了粉煤灰。粉煤灰的化学组成与粘土质相似，主要成分为二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙和未燃尽碳。粉煤灰质轻，颗粒表面具有一定光滑度，容易搅拌成浆，便于管道输送。注入火区后流动性、稳定性较好；由于粉煤灰具有一定的火山活性，其密封性能较好；粉煤灰亲水性差，粒度又大于黄土，注浆后浆体达到静态时脱水快，并随着水的泄流带走一部分热量。因此粉煤灰用于注浆灭火，可以起到隔绝、包裹、降温作用。粉煤灰用在矿井防灭火上更是提高了矿井的生产能力，为煤矿生产节支降成，收到了较好经济效益和社会效益，使粉煤灰在矿井防灭火中得到了广泛的应用。
1.粉煤灰的物理和化学性质
1.1 粉煤灰的物理性质
粉煤灰是灰色或灰白色的粉状物，含碳量大的粉煤灰呈灰黑色，当含水量较高时，呈一种无可塑性的膏状物。粉煤灰颗粒多半呈玻璃状态，多孔结构，具有较大的内表面积。其主要物理性质：密度与化学成分相关，低钙灰的密度一般为1800～2800kg/m3，高钙灰密度可达2500～2800kg/m3；其松散干密度为600～1000kg/m3，压实密度为1300～1600kg/m3；空隙率一般为60%～75%；细度一般为40Um，方孔筛筛余量10%～20%，比表面积2000～4000cm2/g。粉煤灰颗粒比重轻，容重比较小，颗粒配级以砂粒和粉粒为主，粒径为0.25～0.005mm的颗粒约占84.1%，而大于0.25mm小于2.0mm的颗粒约占15.9%。很容易与水混合成浆，其渗入性较强而且稳定性和流动性都很好，利于管道运输和在冒落的煤岩空隙中、巷道内流动，颜色灰绿色属于不燃性材料。可缩性小只是砂子的46.7%，另外最主要的是粉煤灰不燃烧，比重为0.7，浸水后体积缩比为0.586。停止流动的灰浆立即脱水沉淀，沉淀后的堆积体具有抗压能力，粉煤灰的颗粒能充填微小裂隙和空洞，具有隔风和堵水作用，粉煤灰的堆积体（失水后）松散易清除，而且没有腐蚀性。因此在充填中尤其是充填平巷时很容易充严而不留空隙。
1.2 粉煤灰的活性及化学成分
粉煤灰的活性是指粉煤灰在与石灰、水混合后所显示的凝结硬化性能。粉煤灰含有较多的活性氧化物 （SiO2、A12O3），它们分别与氢氧化钙在常温下起化学反应生成较稳定的水化硅铝酸钙。因此粉煤灰和其他火山灰质材料一样，当与石灰、水泥熟料等碱性物质混合加水拌和后，能凝结、硬化并具有一定强度。粉煤灰的活性不仅决定于它的化学组成，而且与它的物相组成和结构特征有着密切关系。高温熔融并经过骤冷的粉煤灰，含大量的表面光滑的玻璃微珠，具有较高的化学内能，是粉煤灰活性的主要来源。玻璃体中所含的活性 SiO2、Al2O3含量愈高，粉煤灰的活性愈强。
粉煤灰经过化验分析在化学成分上的特点接近一般黄土的含量，与黄土化学性质相近似，粉煤灰的氧化性能甚微，基本上不含可燃物质，属惰性材料。
由于粉煤灰化学性质和物理性质都符合注浆防灭火要求，其原理是：将粉煤灰加水合成浆液，通过注浆泵注入火区，充填火区裂隙或空间，减少或杜绝新鲜空气的供给；包裹煤体，防止煤体颗粒氧化生热，带走热量，使可燃物（煤体）的自燃温度或火源温度降至带温状态，起到防灭火作用。
以粉煤灰为基料形成系列粉煤灰胶体防灭火材料。灌注粉煤灰浆液不需添加任何外加剂，材料成本最低，且工艺最为简单，是煤层火灾防治首选的方法，由于粉煤灰沉淀速度快，容易发生管路堵塞，而且其亲水性差，注浆地点的灰水很容易分离，脱出的清水很快沿固定通道流走，其防灭火效能较水灰共同作用时的防灭效能大为降低，用于灭火时存在水煤汽爆炸的危险。
粉煤灰固化充填材料外加剂的种类多且用量大，成本高，添加比例也不好掌握，现场应用起来较为复杂，但其强度大，是很好的充填材料。主要用于废弃硐室、两道闭墙之间以及废旧巷道的充填和堵漏。
3.粉煤灰防灭火实例
3.1 粉煤灰注浆工艺
以鹤岗矿业集团南山煤矿为例。南山煤矿存在采空区裂隙与上部煤层采空区连通，自燃发火较严重。南山煤矿多年前已经在井上设立永久灌浆站，井下形成系统，对井下各采、掘工作面及采空区进行预防性灌浆。是综合防灭火的后续工作，及时制止火灾的继续蔓延，使火区的治理工作顺利开展下去。1994年以前主要采用黄泥灌浆，辅助注沙进行防灭火。后来采用发电厂的粉煤灰进行灌浆，取得了良好的效果。
3.2 南山煤矿施工的北五区18-2层七分段复采面溜子道
在2014年11月12日对巷道钻孔取样时发现一氧化碳（CO）浓度发生变化，在之后的几天连续取样一氧化碳（CO）浓度迅速增高，最高值达到5000ppm。顶板温度为45℃、空气温度为35℃，初步分析该巷道掘进期间煤帮氧化已经自燃，有可能出现明火。经公司领导及相关部门多次研究，决定分五个步骤对发火隐患进行治理，首先对施工巷道间隔5米成扇面打3个注水钻孔，终孔到煤层顶板，利用灌浆系统接6个钻孔用∮32钢丝带进行注水降温，其次对邻层采空区打钻注粉煤灰堵漏，第三步对注完水钻孔利用注灰泵注双灰（水泥加粉煤灰）进行充填，第四步对巷道露煤点进行喷碹处理，第五步回采期间对后部打钻注灭火剂处理，其效果显著，有效的制止了发火隐患的扩展，保证了工作面正常回采。
4.粉煤灰灌浆的特点
（1）灭火速度较快。粉煤灰属惰性材料，不含助燃物质和可燃物质，不易发生复燃现象（2）灰浆脱水快，流程长，有利于采区及工作面恢复，恢复时间较短。（3）密封性能好，粉煤灰可塑性较黄土小，适合充填采空区及煤柱裂隙或空间，增加其密闭性，减少漏风。（4）粉煤灰能够成浆，流动性好，有利于管道和水利输送。（5）可代替黄土，防止蚕食矿区周围的农田用于取土。（6）粉煤灰可用铁路专线运输储灰，减少了汽外来土的费用。（7）利用发电厂粉煤灰可解决用土的矛盾，减少毁坏农田，每年需要注土量14-17万m3，需要大量资金购买农田，又可减轻环境污染变废为宝，少占土地排灰。
粉煤灰做为热电厂的废弃物，利用粉煤灰的物理性质，将它用与井下防灭火工作，正是“取之煤矿，用之煤矿”。废物利用更有利于保护环境。实现粉煤灰的资源化。
通过对矿井现有防灭火技术的分类比较，各防灭火技术都有自己的优缺点。粉煤灰在矿井防灭火中的利用前景十分可观，以粉煤灰为辅料进行其它防灭火技术的应用还有很多种，这样矿井防灭火工作有了很大的选择性，提高了防灭火工作的效率。使防灭火工作有着深远发展。近年来粉煤灰注浆，复合凝胶，三相泡沫，固化泡沫等材料已经在现场普及，各种配套注浆，发泡，工艺系统在煤矿现场均已建成。为井下采空区充填，防治井下火灾提供了实时地帮助，实际有效的解决了现场问题。
但是针对不同的矿井条件，应该结合实际采用适合，经济的防灭火材料和技术，在某些复杂条件下，应该综合利用各种材料和技术进行井下的防灭火工作。
作者简介
周新强（1983-）男，2008年毕业于七台河职业技术学院，矿井通风与安全专业，专科学历，助理工程师，长期从事通风管理工作，现工作于龙煤鹤岗矿业公司南山煤矿。