灌漿就是把黏土、粉碎的頁巖、電廠飛灰等固體材料與水混合、攪拌，配制成一定濃度的漿液，借助輸漿管路注入或噴灑在采空區里，達到防火和滅火的目的。

(1)灌漿防滅火的機理

灌漿防滅火的作用為漿液充填煤巖裂隙及其孔隙的表面，增大氧氣擴散的阻力，減小煤與氧的接觸和反應面；漿水浸潤煤體，增加煤的外在水分，吸熱冷卻煤巖；加速采空區冒落煤巖的膠結，增加采空區的氣密性。灌漿防火的實質是抑制煤在低溫時的氧化速度，延長自然發火期。

(2)灌漿系統

灌漿系統由制漿、輸漿和灌漿3部分組成。

1)漿液的制備

①漿液性能

對漿液性能的基本要求是：濃度適當，滲透能力強。在漿液中，固體漿材與水的體積比例稱為漿液的體積濃度。用黃土做漿材時也稱土水比。濃度是影響灌漿質量、防火效果和經濟指標的重要參數。滲透性取決于漿材粒度和漿液黏度，粒度和黏度小，則滲透能力就強。從滲透性這個角度來看，漿材的固體顆粒越小越好。

②漿材的選取

漿材必須滿足下列基本要求：不含或少含可燃和自燃物質；不含催化物質；粒度一般不大于2 mm，而且細小顆粒應占大部分。對于黏土，d≤0.1 mm的顆粒應占60%～70%；頁巖d≤0.077 mm者應占70%～75%；相對密度一般要求為2.5~2.6；膠體混合物濃度（按MgO計）25%～30%；塑性指數IP是指土壤的塑性上限的重量濕度與下限的重量濕度之差。根據前蘇聯經驗認為IP=9～11最適宜用于灌漿。煤炭科學研究總院重慶研究院認為，IP <7的巖漿不適宜用于灌漿。

選取的灌漿材料除滿足基本性能要求外，還要求其來源豐富，運輸和加工成本低廉，盡量不占或少占耕地和良田。

我國應用的漿材以黃土為主，對于缺土礦區已采用一些代用漿材，如四川芙蓉杉木樹、重慶中梁山和天府等礦區應用粉碎的頁巖進行灌漿；山東兗州南屯礦于1982年9月開始利用矸石制漿；江西萍鄉高坑礦自1979年用洗煤廠含碳量12%尾礦加黃土（使得含碳量相對降低）作為灌漿材料；河北開灤趙各莊礦、山東新汶張莊和河南平頂山十一礦利用電廠飛灰做防滅火灌漿和充填材料都收到了較好的效果。

灌漿用水的酸堿度也有一定要求，pH=6~9為宜。

③漿液的制備工藝

泥漿的制備工藝隨取土方式和制漿設備不同而異。

A．水力取土自然成漿

這種方法適用以山坡表土層或貯土場的積土為漿材。制漿過程是：先用爆破使表土層變松，或直接用高壓水槍沖刷。黃土隨水而流，在流動的過程中混合均勻，形成泥漿，用篩板過濾除去顆粒較大的砂石后，流入輸漿管，灌漿站的布置如圖5.10所示。

圖5.10 水槍沖刷表土制漿

1-水池；2-水泵；3-水管；4-水槍；

5-采土工作面；6-泥漿溝；7-篩板；8-鉆孔

這種制漿方法的設備簡單，投資少，勞動強度低，效率高。其缺點是水土比難以控制，不能保證漿液質量。窯街、大同、淮南、義馬等礦區一些礦井，采用此種方法。

B．人工或機械取土機械制漿

用人工或機械把黃土取出裝入V形翻斗車或帶式輸送機，直接運往泥漿浸泡池。當土源距灌漿站較遠時，應在灌漿站附近建儲土場，起緩沖調節作用。儲土場的土可用水力、帶式輸送機或礦車等運輸工具運至灌漿站。機械制漿主要由攪拌機完成，按攪拌機的運動方式可分為固定式和行走式兩種。泥漿攪拌池應分成兩格，一池浸泡，一池攪拌，輪換使用。漿池的容積，一般按2h灌漿量計算，其底部有向出口方向2%~5%的坡度，在泥漿引灌漿管前應設兩層孔徑分別為15 mm和10 mm過濾篩，在注漿時應及時清除篩前的碴料。

圖5.11 機械制備泥漿灌漿站布置圖

1-礦車；2-軌道；3-儲土場及棧橋；4-水槍；5-輸水管；6-自流輸漿溝；

7-泥漿攪拌池；8-自流輸送管；9-風井；10-水泵房；11-絞車房；12-取土場

2)漿液的輸送

①輸漿壓力與輸漿倍線

輸送漿液的壓力有兩種：一種是利用漿液自重及漿液在地面入口與井下出口之間高差形成的靜壓力進行輸送，稱為靜壓輸送；另一種是當靜壓不能滿足要求時應采用加壓輸送。前者使用較多。

輸漿倍線表示輸漿管路阻力與壓力之間關系，用Ⅳ表示。

靜壓輸送時： N=L/H    (5.5)

加壓輸送時： N=L/(H+h)    (5.6)

式中L-漿液自地面管路的入口至灌漿區管路的出口管線總長度，m；

H-漿液入出口之間的高差，m；

h-泥漿泵的壓力，m。

倍線一般控制為3~8之間。過大時，應加壓；過小時，容易發生裂管跑漿事故，可在適當的位置安裝閘閥進行增阻。

②灌漿管道的選擇

當管道中漿液恰好處于無沉積的懸浮狀態時的流速稱為臨界流速，也稱不淤流速。在這個流速下輸送漿液，既能保證不淤積、不堵管，而且消耗的能量又最小。因此，臨界流速是一個重要參數。與臨界流速對應的管徑稱為臨界管徑。

③灌漿鉆孔

利用鉆孔代替礦井輸漿干管具有選點靈活，節省干管，投資少，維護費用低等優點，在巖層條件好、埋藏較淺時，應優先考慮采用，在有裂隙的巖層，應下套管。

(3)灌漿防火方法

1)預防性灌漿分類

按與開采的關系，預防性灌漿可分為采前預灌、隨采隨灌、采后封閉灌漿3種。

①采前預灌。采前預灌是在工作面尚未開采前對其上部的采空區進行灌漿，如圖5.12所示。這種灌漿方法適用于開采老空多的易自燃、特厚煤層。

圖5.12 采前預灌鉆孔布置圖

1-運輸機上山；2-軌道上山；3-巖石運輸巷；4-巖石回風巷

5-邊界上山；6-鉆孔；7-小窯采空區；8-鉆孔

②隨采隨灌。灌漿作為采煤工藝的一部分，隨工作面采煤向采空區灌漿。隨采隨灌又有埋管灌漿、插管灌漿、灑漿，打鉆灌漿等多種方法。

③采后注漿。可以利用鉆孔向工作面后部采空區內注漿；采空區封閉后，在密閉墻上插管灌漿，防止停采線遺煤自燃，如圖5.13所示。

圖5.13 工作面停采線灌漿示意圖

1-巖石集中運輸巷；2-聯絡巷；3-集中回風巷；4-工作面運輸巷；5-停采工作面；6-木支架；7-注漿管；8-密閉墻

2)目前采用的主要灌漿方法

①鉆孔灌漿

在煤層底板的集中運輸巷或回風巷道或專門開掘的灌漿巷道內，每隔10~15 m的距離向采空區打鉆灌漿，如圖5.14所示。

圖5.14 利用灌漿巷道打鉆灌漿

1-底板巷道；2-回風巷道；3-鉆孔；4-進風巷道

為減少鉆孔長度，保證鉆孔質量和便于操作，可沿灌漿巷道每隔20～30 m開掘灌漿鉆場，在鉆場內向采空區打鉆灌漿，如圖5.15所示。

圖5.15 由底板巷道打鉆灌漿

1-底板巷道；2-鉆場；3-鉆孔；4-回風巷道；5-避風巷道

②埋管灌漿

把灌漿管鋪設在工作面的回風道內。工作面放頂前，在回風巷的灌漿支管上接一段預埋10～15 m鋼管，預埋管和支管之間用高壓膠管連接。工作面放頂后始終保持預埋管壓在采空區內5~8 m，預埋管用回柱絞車拉著外移，如圖5.16所示。這種方法優點是簡便，工作量小，但漿液在采空區內流動情況難控制，漿液在采空區分布不均勻；當工作面傾斜長度大時，灌漿效果差。

圖5.16 埋管灌漿示意圖

1-預埋鋼管；2-高壓膠管；3-灌漿管路；4-圓柱絞車；5-鋼絲繩；6-采空區

③工作面灑漿

為了保證灌漿質量，自然發火危險性較大的工作面應在埋管灌漿的同時還向采空區噴灑灌漿。其方法是工作面放頂之前，從回風巷灌漿管上接出一根預埋注漿，如圖5.17所示。

圖5.17 工作面灑漿示意圖

1-灌漿管；2-三通；3-預埋灌漿管；4-膠管

④綜采工作面插管灌漿

具體方法是注漿主管路沿工作面傾斜鋪設在支架的前連桿上，每隔20 m預留一個三通接頭，并安裝分支軟管和插管。將插管插入支架掩護梁后面的垮落巖石內灌漿（見圖5.18），插入深度應不小于0.5 m，工作面每推進兩個循環，注漿一次。義馬千秋礦應用回風巷壓管灌漿與工作面插管灌漿相結合，收到了較好的效果。兗州興隆莊礦在支架內安設灌漿管路，每隔5臺支架，在其護板下方，專門開設灌漿小窗，與小窗對應的位置，管路上設有三通，由此接短膠管向采空區灑漿，操作方便。

圖5.18 綜采工作面插管灌漿

(4)灌漿管理

加強灌漿管理對保證灌漿質量，提高灌漿效果至關重要。隨采隨灌時注意觀察灌入水量與排水量比例，如果排出水量過少，則說明灌漿區可能有泥積存，應停止灌漿。如果排出水里含泥量過大或過于集中，說明采空區已形成泥漿溝，灌漿不均勻，應移動管口位置。灌漿后應再灌幾分鐘清水，清洗管道，以免泥漿在管道內沉淀。

為了防止跑漿和潰漿事故的發生，應注意采取相應的安全技術措施：

①經常觀察水情，做好詳細記錄。

②設置濾漿密閉，將泥沙阻留在采空區內，如圖5.19所示。

③在煤層淺部用鉆孔灌漿時，要及時堵塞鉆孔和地表裂縫，防止地表水或空氣進入采空區。

④在灌漿區下方進行采掘作業，必須先放水后作業。

圖5.19 濾漿密閉