淺埋深煤層礦井高負壓區巷道堵漏風技術研究

張青松

(中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037)

淺埋深煤層礦井高負壓區巷道堵漏風技術研究

張青松

(中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037)

板定梁塔煤井田外圍存在大范圍露天開挖煤層自燃火區，與原礦井老采空區相互溝通，在礦井負壓通風的影響下，促進火區的發展及蔓延，并將大量的CO氣體引到板定梁塔煤礦井田范圍內，嚴重影響礦井的安全生產。通過對礦井高負壓區巷道漏風特點進行分析，選擇天固充填材料對巷道漏風通道進行封堵，并針對巷道淺表漏風通道和巷道深部漏風通道分別采取不同的治理方案，最終實現漏風通道的封堵，為板定梁塔煤礦的安全生產提供保障。

自燃；高負壓區；漏風通道；充填材料

1 礦井概況

板定梁塔煤礦位于神木縣中雞鎮，屬于改擴建礦井，原礦井采用房柱式炮采方式進行生產，采空區相互連通。礦井主要開采1-2上、1-2、2-2、3-1四層煤層，目前正在回采1-2上煤層，煤層埋深受地表地形地貌的影響，埋深在30～150m范圍內。井田北部以陜蒙邊界為界，井田東北部存在大范圍露天開挖煤層自燃火區，新建的井巷穿越1-2上煤層采空區，與原老采空區存在多處溝通，而且與井田外圍自燃火區相溝通，在礦井負壓通風的影響下，將周圍煤自燃產生的大量CO氣體引到板定梁塔煤礦井田范圍內，嚴重影響礦井的安全生產。

2 回風斜井巷道漏風情況

礦井新建的回風斜井位于井田東部，在井巷構筑過程中回風斜井過1-2上煤層采空區段采用碎石片堆砌抹面的構筑形式，在礦壓、放炮震動及礦井淋水等條件的影響下，巷道表面噴漿部分出現大面積脫落現象。由于煤層埋深較淺，工作面回采后，地表存在不同程度的塌陷，并且新建的三條井巷均穿越1-2上煤層原老采空區，因此礦井巷道與外圍煤自燃火區存在大范圍漏風通道，另外回風斜井距離井田外圍煤自燃火區較近，且處于整個礦井的最高負壓區，在礦井負壓通風條件下，進一步促進火區的發展及蔓延，并將大量的CO氣體引到板定梁塔煤礦井田范圍內。

在對回風斜井進行堵漏施工前，為保障井下安全生產，防止礦井內CO超限，主要是利用位于井田邊界的原礦井風機將從火區溢流過來的CO進行攔截，同時控制礦井主風機的電機頻率(一級電機頻率40Hz)減少礦井通風負壓，控制CO向井田內的流動量。但由于回風斜井處于整個礦井的最高負壓區，主扇通風負壓遠大于老井風機通風負壓，而且回風斜井穿越1-2上煤層采空區段存在大量漏風通道，回風斜井風流中CO氣體監測濃度在60～70 ppm之間(圖1)，靠近巷道壁漏風點CO氣體濃度達數千ppm。在實際生產過程中，一旦老井風機停止運轉，在短時間內整個礦井內會出現CO嚴重超限，嚴重影響煤礦的安全生產。

圖1 回風斜井風流中CO濃度監測數據(治理前)

3 堵漏材料施工工藝

天固充填材料主要用于采空區充填堵漏風，由兩種液體按照一定比例混合，反應成形前以液體形式存在，兩種液體材料均勻混合反應后，發泡倍數達25～30倍，初始反應時間為50～150s，根據現場使用情況進行調整。注漿施工過程中采用氣動注漿泵進行施工，其施工工藝流程如圖2所示，該材料地面堆積試驗效果如圖3所示。

圖2 注漿工藝流程圖

圖3 天固充填材料地面堆積試驗

4 巷道堵漏風施工工藝

由于回風斜井穿過 1-2上煤層采空區，并受礦壓、放炮震動及礦井淋水等條件的影響，回風斜井巷道存在不同埋深的漏風裂隙通道，針對巷道表面漏風通道和巷道深部漏風通道分別采取不同的治理方案。

4.1 巷道壁表面漏風通道噴涂堵漏風施工

由于回風斜井巷道壁漏風點CO達數千ppm，為保證作業人員具備安全的施工環境，防止施工過程中由于大量CO涌出造成人員CO中毒事故，在回風斜井鉆孔注漿施工前，首先利用噴涂設備對漏風最為嚴重的巷道下半部表面漏風通道進行噴涂堵漏。對巷道淺表漏風通道采用噴涂技術措施一方面可以大大降低巷道內CO濃度，創造一個安全的施工環境，另一方面噴涂能夠封堵一部分采空區裂隙，可以減少注漿施工過程漿液材料的流失，節約注漿封堵成本。回風斜井漏風點噴涂效果如圖4所示。

圖4 回風斜井噴涂效果圖

4.2 巷道深部漏風通道鉆孔注漿封堵

由于回風斜井穿越1-2上煤層采空區，巷道壁內部存在大量深部漏風通道，并且分布在穿越采空區段巷道的整個斷面，因此需要對巷道全斷面進行布置注漿鉆孔。由于巷道底板水泥硬化質量較好，底板沒有檢測出漏風通道，漏風點主要集中在巷道側壁、頂板及側壁與底板交接處。為加強注漿效果并節約鉆孔工程量，需要對鉆孔布置進行合理優化，將兩個巷道斷面布置的鉆孔設為一組，進行間隔布置。在第一個巷道斷面側壁布置2個中位孔，鉆孔向上傾角15°；第二個巷道斷面布置4個鉆孔，其中巷道頂板布置兩個高位鉆孔，鉆孔傾角向上45°，在巷道側壁與底板交接處布置兩個下行孔，鉆孔傾角8°，每個鉆孔施工斷面間隔2m，如此循環。施工過程中，設計鉆孔深度為2.5m，由于充填材料具有一定的流動性，材料的擴散半徑約為3m，因此該工藝能夠對距離巷道壁5m范圍內的深部漏風通道進行封堵。天固充填材料在深部漏風通道流動過程中，發生化學反應并逐步膨脹封堵漏風通道，其內部壓力也逐漸增加，并從巷道壁的漏風流出，將所有漏風通道封堵，充填材料從深部漏風裂隙向巷道壁溢出。

5 治理效果

巷道堵漏風施工完成后，為了考察治理效果，將原用于攔截CO的老井風機停止運轉，并將礦井風井風速調到最大的條件下，利用CO傳感器在線實時監測和人工攜帶CO便攜儀現場檢測相結合的方法進行檢測。為了加強檢驗堵漏風效果，將礦井通風負壓調整至最大，在礦井正常生產條件下，礦井主扇只需啟動一級電機，頻率為40Hz即可滿足礦井通風需求，風井風速為7～8m/s，效果考察過程中，啟動礦井主扇兩級電機并將頻率調到最大50Hz，風井風速最大值達到12.77m/s，堵漏風效果檢驗前后及檢驗過程中回風井風速監測數據如圖5所示，同時將礦井進風井風門通風斷面縮小一半，以增加礦井通風風阻，提高礦井通風負壓。

巷道堵漏風施工完成后，利用CO傳感器在線實時監測回風斜井風流中CO濃度，其監測數據如圖6所示，在沒有安設CO監測探頭的施工地點及巷道壁原有漏風點附近主要利用CO便攜儀進行人工現場檢測，檢測結果為所有施工地點無CO超限現象，工程治理效果達到預期目標，為板定梁塔煤礦生產提供了安全保障。

圖5 回風井風速監測數據

圖6 回風斜井監測數據(治理后)

[1] 郭興明，徐精彩,惠世恩.巷道煤體漏風規律研究[J].西安大學學報，2001(3):239-243.

[2] 吳中立.礦井通風與安全[M].徐州：中國礦業大學出版社,1992.[3] 郭玉森.采空區漏風規律的研究[J].煤礦開采,2001(3):66-67.[4] 周心權，吳兵.礦井火災救災理論與實踐 [M].北京：煤炭工業出版社，1996.

[5] 王省身，張國樞.礦井火災防治[M].徐州：中國礦業大學出版社，1990.

Study on blocking wind leaking of the high negative pressure area of the tunnel of the shallow coal seam mine

ZHANG Qing-song

(China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute,Chongqing 400037，China)

The periphery of the bandingliangta coal mine has a large outdoor area of self-ignition coal，and it connect the gob.Under the influence of the negative pressure ventilation of the mine，the fire zone spreaded，and produce mass CO gas.It restrict the mine’s safety production.By analyzeing the trait of the tunnel wind leaking of the high negative pressure area，we choose thetiangu filling material to blocking the wind leaking area of the tunnel，and use different treatment scheme to blocking the shallow and the deep wind leaking tunnel.It makes the bandinglingta coal mine produced safely.

spontaneous combustion；the high negative pressure area；leakage channel；filling material

2014-03-17

重慶市基礎與前沿研究計劃杰青項目資助(編號：cstc2013jcyjjq90001)；重慶市煤礦安全生產科技項目資助(編號：渝(煤)[2014]-kj-02)

張青松(1982-)，男，江蘇徐州人，碩士，現在中煤科工集團重慶研究院從事礦井火災防治工作。 E-mail：zhang8277139@163.com。

TD724

A

1004-4051(2015)02-0103-03