磁窯溝礦10202工作面漏風封堵防滅火

焦鳳凱

（山西晉神沙坪煤業有限公司）

0 引言

磁窯溝礦工作面淺埋大采高的開采條件，一方面采空區上覆裂隙與地面大氣貫通采空區漏風增大；另一方面磁窯溝礦10-2煤層屬于Ⅱ類自燃。采空區深處浮煤有好的蓄熱環境，再加上充足的新鮮氧氣供給（漏風），這極易造成采空區浮煤發生氧化自燃。針對此情況，磁窯溝礦工作面采取注漿、注氮、注阻化劑外加堵漏等措施。通過防滅火措施的實施，工作面采空區自燃防治取得了一定成效，主要表現在工作面漏風減少，采空區自燃“三帶”中氧化帶寬度降低等。

1 工作面漏風情況

工作面采空區漏風來源主要為：工作面上下隅角漏風、工作面沿程漏風、采空區上覆裂隙地面漏風等。針對此漏風情況采取一系列堵漏措施：工作面上下隅角堵漏、采空區堵漏，地面裂隙堵漏。

1.1 高強復合發泡封堵材料

泡沫的性能如下：

（1）泡沫穩定性：質量好的水泥泡沫劑所制取的泡沫，其液膜堅韌，機械強度好，不易在漿體擠壓下破滅或過度變形。另外，它有自我保水性，液膜上的水分不易在重力作用及表面張力作用下流失可長時間保持泡沫液膜的厚度和完整性，從而可使泡沫長間不破滅。

（2）泡沫均勻性：制取的泡沫的泡徑不可能完全相同，但基本相近，泡徑范圍應盡可能小，最好在0.1 mm～1 mm之間。

（3）泌水率：泡沫自制出后，就逐漸向外泌水。泡沫的泌水率低，才能更好地保證泡沫中的氣泡數量和泡沫混凝土的氣孔率，即保證泡沫混凝土的密度。

（4）膠凝材料的負作用：膠凝材料是泡沫混凝土強度的主要來源，有些泡沫劑所制取的泡沫穩定性非常好，但加入膠凝材料后，會降低泡沫混凝土的強度，甚至喪失強度，所以要選用制取泡沫不對膠凝產生負作用的泡沫劑。

1.2 高強復合發泡系統

（1）系統設備

計量磅1臺；攪拌機4臺；混合漿料輸送機（或注漿泵）1臺；空氣壓縮機（或用井下壓縮空氣代替）1臺，注漿管50 m。

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（2）高強復合發泡材料

高強水泥；復合發泡劑；穩定劑；調凝劑；減水劑；其它輔料。實驗發泡效果如圖1及成型如圖2所示。

圖1 實驗發泡效果

圖2 實驗發泡成型示意

（3）高強復合發泡施工工藝

防火高強復合發泡封堵材料漿體配制和注漿工藝如圖3。

圖3 高強復合發泡封堵材料施工工藝

1.3 高強復合發泡封堵材料主要指標

（1）發泡倍數5～10倍；（2）適用溫度≥15℃；（3）失去流動性時間為10 min～30 min，凝固時間為90 min～200 min（可控制）；（4）發泡材料膨脹性適中，封堵嚴密；（5）對發火區域封堵效果好，質量高。封堵材料與煤壁之間具有優良的潤濕、附著性能；（6）材料不燃性能好，強度高的特點；（7）抗壓、抗拉強度高。抗壓強度≥0.3 MPa，封堵強度達到防火要求，無漏氣、滲水現象；（8）性價比高，成本較低；（9）封堵施工速度快、方便，發泡速度適中，凝固時間可控。

1.4 工作面上下隅角及采空區堵漏技術

在采空區上下隅角應用高強度復合硅酸鹽發泡材料快速堵漏，該產品具有良好的膨脹能力，使用量少，抗靜電，使用簡單經濟。對采空區上下隅角、橫川填充封閉從而有效地隔絕采空區的漏風，縮短氧化帶[1-3]。

為防止工作面推過后采空區后方橫川漏風，采用高強復合發泡封堵系統，以袋墻為框架填充高強度發泡混凝土。堵漏墻不僅起到堵漏作用，還起到加固煤柱，減少粹煤的產生。若該方法應用于磁窯溝礦，將對采空區的堵漏發揮重要作用。

2 SF6示蹤氣體采空區漏風測定

利用示蹤氣體測量巷道風量是利用一種精密的示蹤氣體恒流釋放裝置，在已知釋放流量和釋放濃度下，通過在巷道風流中精密檢測示蹤氣體的濃度值，進而換算出巷道風量。由于這種方法的測量參數可以達到很高的精確度，故可以滿足巷道風量精確測量要求。

示蹤技術測量礦井風量的基本原理為示蹤氣體質量守恒。示蹤氣體釋放后與巷內空氣迅速而充分混合，巷道內空氣密度不發生變化；若巷道風量一定，那么在一定時間后，接收點的示蹤氣體濃度將為1個常數。

連續恒量釋放法是在某一段測試巷道進風風流中，恒定連續釋放SF6，然后分別在所測巷道的下風流方向設置的采樣點收集氣體。若沿途各測點風流中的SF6氣體濃度恒定不變，則沿途向外漏風或不漏風；若沿途各測點風流中氣體濃度呈下降趨勢，則有漏風涌入，通過對比分析，求得沿途漏風量，找出漏風規律。

示蹤氣體的釋放速率為q，假定采樣時示蹤氣體已與空氣充分均勻混合，通過某一采樣點A的風量為QA，示蹤氣體的濃度為CA，沿途有風流漏入，下一采樣點B的風量為QB，SF6的濃度為CB，則這兩點之間的漏風量ΔQ為：

2.1 漏風量測試設備

SF6氣體連續恒定釋放系統由示蹤氣體及鋼瓶、減壓器、穩壓器、穩流器及流量計等組成(圖4)。釋放裝置經過二級穩壓和一級穩流，保證釋放流量穩定及連續可調。流量范圍可控制在20 ml/min～250 ml/min。用氣囊在各個采樣點采氣，利用GC-4000A型氣相色譜儀檢測所采集氣的中SF6的濃度。通過分析計算可得到工作面采空區的漏風量分布及規律。

圖4 SF6示蹤氣體連續定量釋放及檢測配套裝置

2.2 10202工作面采空區漏風實測

根據10202工作面通風系統及巷道布置情況，共設置5個SF6采樣點、1個SF6釋放點，測點布置如圖5。

圖5 工作面漏風測點布置示意

SF6連續釋放流量為200 ml/min，釋放地點在工作面距進風巷口60 m；采樣點有5處，分別為：在回采工作面從釋放點下風流50 m處每隔30 m測定一個數據，共4個測點；另外在回風巷距工作面30 m處測定一個數據。釋放點與1測點相距為50 m；30 min后測點按照順序可依次檢測。

2.3 檢測結果及分析

根據以上布點方案，利用GC-4000A型氣相色譜儀測定氣體濃度，同時根據公式可計算出漏風量及漏風率，計算結果及濃度測定如下表1所示。

式中：q為SF6氣體的釋放量，ml/min；αi為巷道i段的漏風率，%；Ci+1為各點SF6的氣體濃度，%；Q總為總進風量，m3/min。

首先對漏入采空區又流出的風量進行測定，濃度測定如下表2所示。

表1 SF6氣體濃度

表2 測定結果

由表2可知，①工作面中部漏風量較大，隨后漏風量逐漸減小，主要是由于工作面中部負壓較大，漏入采空區風流在此涌出，但是整體工作面漏風量從120 m3/min降至65.02 m3/min；②地表漏風量90 m3/min降低到24 m3/min，降低了66 m3/min；③堵漏后因后部增阻，工作面漏風區段的長度增加，這說明工作面堵漏措施對抑制采空區漏風起到了很好的作用，但是地表漏風仍舊存在，這對礦井在后續地表封堵提出了更高的要求。

3 結語

磁窯溝礦10202工作面在未封堵之前，采空區漏風量較大，不利于采空區浮煤自燃防治。封堵后采空區漏風量整體降低，地表漏風量下降，封堵措施對抑制采空區漏風起到了很好的作用。