張小剛

摘 要： 以名佳煤礦火區(qū)治理為實(shí)例，從材料特性、方案設(shè)計(jì)與實(shí)施、效果評(píng)價(jià)幾個(gè)方面介紹了復(fù)合膠體在名佳煤礦火區(qū)治理中的應(yīng)用，為我國(guó)煤田火區(qū)治理在材料選擇上提供一些參考。

關(guān)鍵詞： 復(fù)合膠體;注漿鉆孔施工;火區(qū)治理

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD754 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）13-0223-01

煤炭作為一種重要的能源資源， 是人類(lèi)社會(huì)得以發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，新疆煤炭資源總量位居全國(guó)第一，是我國(guó)重要的能源基地。然而，新疆地區(qū)也是煤田火區(qū)最為嚴(yán)重的省區(qū)之一，煤田火區(qū)不僅破壞生態(tài)環(huán)境，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，而且嚴(yán)重影響著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。

為加快新疆煤田火區(qū)滅火進(jìn)度，新疆煤田地質(zhì)局綜合地質(zhì)勘查隊(duì)于 2018年引入西安森蘭科貿(mào)有限責(zé)任公司研發(fā)的復(fù)合膠體材料，應(yīng)用于名佳煤礦火區(qū)治理并取得了顯著成效，現(xiàn)就復(fù)合膠體在滅火工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析和介紹。

1 復(fù)合膠體材料概述

復(fù)合膠體材料具有極強(qiáng)的親水性，與水接觸后可改變水的物理形態(tài)，使常態(tài)水失去流動(dòng)性，顯現(xiàn)出極高的固水鎖水能力。復(fù)合膠體與黃泥漿復(fù)配使用，可以顯著提高漿體濃度，減少管路堵塞幾率，提高灌漿效率和灌漿質(zhì)量，其作用過(guò)程主要在于復(fù)合膠體材料與水螯合，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水凝膠流體，可將漿體中的黃土顆粒吸附包裹，形成勻質(zhì)流體泥漿，此過(guò)程中泥漿粘度低、流動(dòng)性好、流速快，具有較高的穩(wěn)定性，黃土不會(huì)沉淀。這種復(fù)合膠體滅火材料主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）固水性，即易流動(dòng)的水被固結(jié)起來(lái)，充分發(fā)揮水的滅火作用。復(fù)合黃泥漿沉積物固水率超過(guò) 50%，相比普通黃泥漿具備更好的降溫性能，提升水的利用率，提高防滅火效果。（2）初始狀態(tài)具有一定流動(dòng)性，通過(guò)泵壓可以在一定范圍內(nèi)擴(kuò)散、滲透至煤巖體的孔隙和裂隙中，起到封堵漏風(fēng)、隔絕煤氧接觸的作用。（3）具有良好的吸熱性，且滅火時(shí)不會(huì)產(chǎn)生大量水蒸氣。膠體材料中 99%以上是被束縛的水，所以它有很大的熱容，可吸收大量熱，使煤溫下降。水凝膠和黃土形成的沉積物可以耐受上千度的高溫不會(huì)迅速汽化，緩慢失水可對(duì)火區(qū)持續(xù)降溫，即使在高溫脫水后，遺留固體物仍能滯留在煤巖層中起到封堵、隔絕作用，控制火的蔓延。

2 復(fù)合膠體應(yīng)用

2.1 注漿鉆孔施工。（1）根據(jù)《煤田火區(qū)滅火規(guī)范》中滅火孔布孔原則和《新疆烏魯木齊縣名佳煤礦火區(qū)詳細(xì)勘查報(bào)告》，由于該火區(qū)內(nèi)地表裂隙發(fā)育、面積較大、燃燒深度較深、燃燒煤層屬急傾斜煤層、煤層厚度大且煤層間距較小，為有效治理名佳煤礦火區(qū)災(zāi)害問(wèn)題，根據(jù)巖石裂隙率及漿液擴(kuò)散半徑，結(jié)合綜合地質(zhì)勘查隊(duì)多年的滅火施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)不同區(qū)域的特點(diǎn)分別確定孔線(xiàn)間距。鉆孔呈三花型、深淺交錯(cuò)布置，根據(jù)鉆孔所在位置，終孔位于火區(qū)底邊界上部 5 m、厚煤層中部、薄煤層頂板上部 5 m，鉆孔孔徑為 123 mm，間距為 8 m。（2）鉆孔施工應(yīng)盡可能保證鉆孔壁完整，鉆孔施工完成后全孔下套管，套管管徑為 108 mm，除孔口封孔段外其余均為花管。（3）花管下至鉆孔底部，孔口以下 2 m 范圍下實(shí)管;將套管周?chē)M(jìn)行清理，清理深度 0.5～1.0 m，充填封堵材料，封閉花管周?chē)障?外露套管安裝注漿接頭，以便后續(xù)連接注漿管路進(jìn)行注水、注漿施工。鉆孔布置如圖 1 所示。

2.2 復(fù)合膠體復(fù)配制漿。復(fù)合泥漿漿液主要由水、黃土和復(fù)合膠體組成，復(fù)合膠體的使用量應(yīng)根據(jù)充填區(qū)域煤巖孔隙率、現(xiàn)場(chǎng)黃土土質(zhì)、輸送管路長(zhǎng)度及輸送泵性能等因素綜合考慮并試驗(yàn)確定。取現(xiàn)場(chǎng)制漿用水、黃土樣品與復(fù)合膠體進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定適宜的配漿比例。根據(jù)滅火施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)：水土體積比為 1∶1，即每 1 m3泥漿需水 0.7 m3、±0.7 m3，同時(shí)每 1 m3泥漿添加 1.1 kg 復(fù)合膠體。

黃土經(jīng)篩分，除去雜質(zhì)和顆粒后按比例與水混合，通過(guò)制漿裝置攪拌均勻;攪拌均勻的泥漿用高粘度泵進(jìn)行輸送，同時(shí)在輸送管路上設(shè)置復(fù)合膠體添加泵，將復(fù)合膠體按量添加到泥漿中，通過(guò)注漿管注入防滅火區(qū)域。泥漿濃度每 2 h 測(cè)定 1次，可通過(guò)觀(guān)測(cè)孔隨時(shí)進(jìn)行觀(guān)測(cè)和抽樣檢測(cè)。制漿流程如圖 2 所示。

2.3 注漿施工。鉆探結(jié)束后，以鉆孔為中心對(duì)燃燒煤層進(jìn)行注水降溫和注漿封閉。注水原則是先高溫區(qū)后低溫區(qū);間歇性注水，保證水的充分汽化。連接供水管路先對(duì)火區(qū)周邊的高溫裂隙注水;在注水過(guò)程中，應(yīng)不斷變動(dòng)注水位置，當(dāng)溫度達(dá)到要求后，逐步向火區(qū)中間推進(jìn)。注水后，通過(guò)鉆孔對(duì)煤、巖、氣體溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)在停止注水48 h 后，溫度穩(wěn)定在 100℃以下的鉆孔實(shí)施滅火注漿。注漿施工按照先外圍后中心，先深孔后淺孔，間歇性注漿的原則進(jìn)行。連接注漿管路注漿，對(duì)火區(qū)進(jìn)行封閉施工，待鉆孔注漿完畢，使用水泥漿對(duì)鉆孔進(jìn)行封孔。

2.4 表層覆土施工。注漿結(jié)束后，通過(guò)檢測(cè)鉆孔對(duì)注漿區(qū)域的煤、巖、氣體溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)數(shù)據(jù)符合火區(qū)熄滅判定標(biāo)準(zhǔn)并持續(xù)穩(wěn)定后，對(duì)該區(qū)域?qū)嵤S土覆蓋，并使用推土機(jī)壓實(shí)，后續(xù)進(jìn)行植被復(fù)耕。

3 監(jiān)測(cè)效果

通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析、對(duì)比，火區(qū)在注入添加復(fù)合膠體的黃泥漿后，溫度降低速率較普通黃泥漿有明顯的提升，且各項(xiàng)指標(biāo)均處于穩(wěn)定狀態(tài)，體現(xiàn)出復(fù)合膠體具有優(yōu)良的滅火性能，不僅有效地控制了火區(qū)，而且能夠持久的惰化火區(qū)，防止火區(qū)蔓延。

結(jié)語(yǔ)

復(fù)合膠體在名佳煤礦火區(qū)治理工作中的成功應(yīng)用，為加快新疆煤田火區(qū)滅火進(jìn)度提供了新的方法和思路。在以后煤田火區(qū)治理工作中，以本次應(yīng)用實(shí)例為基礎(chǔ)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝，充分發(fā)揮復(fù)合膠體材料的滅火性能，推進(jìn)新疆煤田火區(qū)治理進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

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