灌浆就是把黏土、粉碎的页岩、电厂飞灰等固体材料与水混合、搅拌，配制成一定浓度的浆液，借助输浆管路注入或喷洒在采空区里，达到防火和灭火的目的。

(1)灌浆防灭火的机理

灌浆防灭火的作用为浆液充填煤岩裂隙及其孔隙的表面，增大氧气扩散的阻力，减小煤与氧的接触和反应面；浆水浸润煤体，增加煤的外在水分，吸热冷却煤岩；加速采空区冒落煤岩的胶结，增加采空区的气密性。灌浆防火的实质是抑制煤在低温时的氧化速度，延长自然发火期。

(2)灌浆系统

灌浆系统由制浆、输浆和灌浆3部分组成。

1)浆液的制备

①浆液性能

对浆液性能的基本要求是：浓度适当，渗透能力强。在浆液中，固体浆材与水的体积比例称为浆液的体积浓度。用黄土做浆材时也称土水比。浓度是影响灌浆质量、防火效果和经济指标的重要参数。渗透性取决于浆材粒度和浆液黏度，粒度和黏度小，则渗透能力就强。从渗透性这个角度来看，浆材的固体颗粒越小越好。

②浆材的选取

浆材必须满足下列基本要求：不含或少含可燃和自燃物质；不含催化物质；粒度一般不大于2 mm，而且细小颗粒应占大部分。对于黏土，d≤0.1 mm的颗粒应占60%～70%；页岩d≤0.077 mm者应占70%～75%；相对密度一般要求为2.5~2.6；胶体混合物浓度（按MgO计）25%～30%；塑性指数IP是指土壤的塑性上限的重量湿度与下限的重量湿度之差。根据前苏联经验认为IP=9～11最适宜用于灌浆。煤炭科学研究总院重庆研究院认为，IP <7的岩浆不适宜用于灌浆。

选取的灌浆材料除满足基本性能要求外，还要求其来源丰富，运输和加工成本低廉，尽量不占或少占耕地和良田。

我国应用的浆材以黄土为主，对于缺土矿区已采用一些代用浆材，如四川芙蓉杉木树、重庆中梁山和天府等矿区应用粉碎的页岩进行灌浆；山东兖州南屯矿于1982年9月开始利用矸石制浆；江西萍乡高坑矿自1979年用洗煤厂含碳量12%尾矿加黄土（使得含碳量相对降低）作为灌浆材料；河北开滦赵各庄矿、山东新汶张庄和河南平顶山十一矿利用电厂飞灰做防灭火灌浆和充填材料都收到了较好的效果。

灌浆用水的酸碱度也有一定要求，pH=6~9为宜。

③浆液的制备工艺

泥浆的制备工艺随取土方式和制浆设备不同而异。

A．水力取土自然成浆

这种方法适用以山坡表土层或贮土场的积土为浆材。制浆过程是：先用爆破使表土层变松，或直接用高压水枪冲刷。黄土随水而流，在流动的过程中混合均匀，形成泥浆，用筛板过滤除去颗粒较大的砂石后，流入输浆管，灌浆站的布置如图5.10所示。

图5.10 水枪冲刷表土制浆

1-水池；2-水泵；3-水管；4-水枪；

5-采土工作面；6-泥浆沟；7-筛板；8-钻孔

这种制浆方法的设备简单，投资少，劳动强度低，效率高。其缺点是水土比难以控制，不能保证浆液质量。窑街、大同、淮南、义马等矿区一些矿井，采用此种方法。

B．人工或机械取土机械制浆

用人工或机械把黄土取出装入V形翻斗车或带式输送机，直接运往泥浆浸泡池。当土源距灌浆站较远时，应在灌浆站附近建储土场，起缓冲调节作用。储土场的土可用水力、带式输送机或矿车等运输工具运至灌浆站。机械制浆主要由搅拌机完成，按搅拌机的运动方式可分为固定式和行走式两种。泥浆搅拌池应分成两格，一池浸泡，一池搅拌，轮换使用。浆池的容积，一般按2h灌浆量计算，其底部有向出口方向2%~5%的坡度，在泥浆引灌浆管前应设两层孔径分别为15 mm和10 mm过滤筛，在注浆时应及时清除筛前的碴料。

图5.11 机械制备泥浆灌浆站布置图

1-矿车；2-轨道；3-储土场及栈桥；4-水枪；5-输水管；6-自流输浆沟；

7-泥浆搅拌池；8-自流输送管；9-风井；10-水泵房；11-绞车房；12-取土场

2)浆液的输送

①输浆压力与输浆倍线

输送浆液的压力有两种：一种是利用浆液自重及浆液在地面入口与井下出口之间高差形成的静压力进行输送，称为静压输送；另一种是当静压不能满足要求时应采用加压输送。前者使用较多。

输浆倍线表示输浆管路阻力与压力之间关系，用Ⅳ表示。

静压输送时： N=L/H    (5.5)

加压输送时： N=L/(H+h)    (5.6)

式中L-浆液自地面管路的入口至灌浆区管路的出口管线总长度，m；

H-浆液入出口之间的高差，m；

h-泥浆泵的压力，m。

倍线一般控制为3~8之间。过大时，应加压；过小时，容易发生裂管跑浆事故，可在适当的位置安装闸阀进行增阻。

②灌浆管道的选择

当管道中浆液恰好处于无沉积的悬浮状态时的流速称为临界流速，也称不淤流速。在这个流速下输送浆液，既能保证不淤积、不堵管，而且消耗的能量又最小。因此，临界流速是一个重要参数。与临界流速对应的管径称为临界管径。

③灌浆钻孔

利用钻孔代替矿井输浆干管具有选点灵活，节省干管，投资少，维护费用低等优点，在岩层条件好、埋藏较浅时，应优先考虑采用，在有裂隙的岩层，应下套管。

(3)灌浆防火方法

1)预防性灌浆分类

按与开采的关系，预防性灌浆可分为采前预灌、随采随灌、采后封闭灌浆3种。

①采前预灌。采前预灌是在工作面尚未开采前对其上部的采空区进行灌浆，如图5.12所示。这种灌浆方法适用于开采老空多的易自燃、特厚煤层。

图5.12 采前预灌钻孔布置图

1-运输机上山；2-轨道上山；3-岩石运输巷；4-岩石回风巷

5-边界上山；6-钻孔；7-小窑采空区；8-钻孔

②随采随灌。灌浆作为采煤工艺的一部分，随工作面采煤向采空区灌浆。随采随灌又有埋管灌浆、插管灌浆、洒浆，打钻灌浆等多种方法。

③采后注浆。可以利用钻孔向工作面后部采空区内注浆；采空区封闭后，在密闭墙上插管灌浆，防止停采线遗煤自燃，如图5.13所示。

图5.13 工作面停采线灌浆示意图

1-岩石集中运输巷；2-联络巷；3-集中回风巷；4-工作面运输巷；5-停采工作面；6-木支架；7-注浆管；8-密闭墙

2)目前采用的主要灌浆方法

①钻孔灌浆

在煤层底板的集中运输巷或回风巷道或专门开掘的灌浆巷道内，每隔10~15 m的距离向采空区打钻灌浆，如图5.14所示。

图5.14 利用灌浆巷道打钻灌浆

1-底板巷道；2-回风巷道；3-钻孔；4-进风巷道

为减少钻孔长度，保证钻孔质量和便于操作，可沿灌浆巷道每隔20～30 m开掘灌浆钻场，在钻场内向采空区打钻灌浆，如图5.15所示。

图5.15 由底板巷道打钻灌浆

1-底板巷道；2-钻场；3-钻孔；4-回风巷道；5-避风巷道

②埋管灌浆

把灌浆管铺设在工作面的回风道内。工作面放顶前，在回风巷的灌浆支管上接一段预埋10～15 m钢管，预埋管和支管之间用高压胶管连接。工作面放顶后始终保持预埋管压在采空区内5~8 m，预埋管用回柱绞车拉着外移，如图5.16所示。这种方法优点是简便，工作量小，但浆液在采空区内流动情况难控制，浆液在采空区分布不均匀；当工作面倾斜长度大时，灌浆效果差。

图5.16 埋管灌浆示意图

1-预埋钢管；2-高压胶管；3-灌浆管路；4-圆柱绞车；5-钢丝绳；6-采空区

③工作面洒浆

为了保证灌浆质量，自然发火危险性较大的工作面应在埋管灌浆的同时还向采空区喷洒灌浆。其方法是工作面放顶之前，从回风巷灌浆管上接出一根预埋注浆，如图5.17所示。

图5.17 工作面洒浆示意图

1-灌浆管；2-三通；3-预埋灌浆管；4-胶管

④综采工作面插管灌浆

具体方法是注浆主管路沿工作面倾斜铺设在支架的前连杆上，每隔20 m预留一个三通接头，并安装分支软管和插管。将插管插入支架掩护梁后面的垮落岩石内灌浆（见图5.18），插入深度应不小于0.5 m，工作面每推进两个循环，注浆一次。义马千秋矿应用回风巷压管灌浆与工作面插管灌浆相结合，收到了较好的效果。兖州兴隆庄矿在支架内安设灌浆管路，每隔5台支架，在其护板下方，专门开设灌浆小窗，与小窗对应的位置，管路上设有三通，由此接短胶管向采空区洒浆，操作方便。

图5.18 综采工作面插管灌浆

(4)灌浆管理

加强灌浆管理对保证灌浆质量，提高灌浆效果至关重要。随采随灌时注意观察灌入水量与排水量比例，如果排出水量过少，则说明灌浆区可能有泥积存，应停止灌浆。如果排出水里含泥量过大或过于集中，说明采空区已形成泥浆沟，灌浆不均匀，应移动管口位置。灌浆后应再灌几分钟清水，清洗管道，以免泥浆在管道内沉淀。

为了防止跑浆和溃浆事故的发生，应注意采取相应的安全技术措施：

①经常观察水情，做好详细记录。

②设置滤浆密闭，将泥沙阻留在采空区内，如图5.19所示。

③在煤层浅部用钻孔灌浆时，要及时堵塞钻孔和地表裂缝，防止地表水或空气进入采空区。

④在灌浆区下方进行采掘作业，必须先放水后作业。

图5.19 滤浆密闭