云岡礦采空區自然發火綜合治理技術實踐

李紅月

（同煤集團云岡礦通風區，山西 大同 037017）

1 采空區自然發火情況

云岡礦為高瓦斯礦井，煤層易自然發火，自然發火期為6～12個月。礦井現主采12#煤層，煤層厚壓力大，服務年限長，同時受周邊小煤礦采動影響較大，原408、406盤區都曾與小煤礦探通。加之服務年限長，頂板壓力大，原回采完畢封閉采空區密閉墻周邊墻體裂隙發育較多，不利于礦井防滅火。2018年9月4日8820、8822采空區出現CO泄漏：12#層5820氣室墻氣室管孔口周圍CO濃度達1000ppm以上（CO便攜儀滿值）；408皮帶巷5820～5822-1段CO達300ppm，408皮帶巷5822以南CO濃度30～40ppm。

2 CO氣體外泄原因分析

12#層為厚煤層，原工作面順槽為沿底掘進，頂部留有存煤，因受力、震動等原因原采空區密閉墻周邊裂隙發育嚴重，存在漏風通道；原采空區防火密閉墻采用黃土充填，存在緩慢下沉接頂不嚴的問題，造成漏風；云岡礦為抽出式負壓通風，礦井內部壓力較周邊低，容易將周邊煤礦氣體抽入礦井。

3 確定治理方案

3.1 一期工程

首先，對 5820、5820-1、2820-2、5820、5822共用繞道風橋5處CO氣體外泄嚴重的密閉段進行粉煤灰充填治理，杜絕408皮帶巷CO氣體超限；然后，分別對508輔南墻、2820-1、2820、2822、2822-1、5822、5822-1、新508輔回尾墻、2820-1共用繞墻等9座密閉墻采用墻前清底，構筑木板墻充填粉煤灰，配以墻體周邊注馬麗散的方法堵漏；最后，建立新地面灌漿站，通過從地面分別向8820和8822采空區古塘施工2趟直徑108mm的鉆孔配置套管，連接灌漿泵進行地面黃土灌漿，實施采空區滅火。

3.2 二期工程

首先，對2828、2828-1、2828-2三座氣室墻進行粉煤灰充填，其他密閉墻在墻前打木板墻，并在中間充填粉煤灰；之后對墻體周邊裂隙進行馬麗散澆注；其次，408盤區8828、8824共用繞道交皮帶巷4座風橋，使用風機啟封排放巷內氣體，有CO危害的使用羅克休將共用繞道交408皮帶巷風橋以西封閉，再打開風橋用風機啟封排放巷內氣體，排放期間下風側斷電撤人。排放氣體完成后把風橋全部打開，備料在風橋交皮帶巷以西施工一道永久密閉（已有密閉的加固），并在密閉墻前打木板墻充填粉煤灰。再次，408盤區8818采空區5座風橋，使用風機啟封排放巷內氣體，排放完畢后打開風橋在風橋以東施工一道永久密閉；8613采空區4座風橋使用風機啟封繞道交508回風風橋排放巷內氣體，排放完畢后同時打開繞道兩座風橋，并在風橋以西施工一道永久密閉。最后，406盤區8603-8611段12座風橋使用風機啟封排放盲巷內氣體，排放期間下風側斷電撤人。排放氣體完成后把風橋全部打開，備料在風橋交軌道巷以西施工一道永久密閉（已有密閉的加固），并在密閉墻前打木板墻充填粉煤灰。附408盤區12#層通風系統圖，如圖1所示。

圖1 408盤區12#層通風系統圖

4 防滅火工藝

4.1 粉煤灰、馬麗散施工工藝

從408皮、408軌向12#層5820交408皮、408軌共用風橋、8822共用繞道交408皮風橋密閉段打孔，填管后通過管路向風橋密閉段灌注羅克休，使羅克休充填風橋密閉段整個空間，確保嚴密不漏風。

首先5820交408皮、軌風橋密閉段在風橋腿南北1m處向密閉段打孔，孔距頂板0.5m，仰角27°、方位角315°（北部孔）、方位角225°（南部孔）、孔徑90mm，施工新鉆孔注入羅克休；8822共用繞道交408皮帶巷風橋南北5m，距頂板0.5m開孔，仰角27°、方位角315°（北部孔）、方位角225°（南部孔）、孔徑90mm，施工新鉆孔注入羅克休。其次按設計角度向密閉周邊煤體施工鉆孔，使用注射槍將馬麗散注入鉆孔，固化頂板，充滿煤體縫隙；根據每個密閉規格，在每個密閉周圍煤體均勻布置4個鉆孔，幫煤每側2個，開孔點距密閉0.3m，側孔間距1m，所有孔深5m、直徑42mm，每個密閉頂孔方位角270°、仰角30°；南側孔方位角240°、仰角30°；北側孔方位角300°、仰角30°。效果圖如圖2所示。

圖2 效果圖

4.2 地面灌漿工藝

建立新地面灌漿站，通過從地面分別向8820和8822采空區古塘施工2趟直徑108mm的鉆孔配置套管，連接灌漿泵進行地面黃土灌漿，實施采空區滅火。

4.2.1 灌漿量的確定

按有自然發火隱患的工作面采空區到巷口密閉空間注滿計算，計算所需黃土量的計算公式為：

式中：

Q停采區-停采區用黃土量，m3；

K-灌漿系數；

M-工作面采高，m；

L-灌漿區走向長度，m；

H-灌漿區傾向長度，m；

C-回采率，%。

4.2.2 地面灌漿系統

取土場→泥漿池→注漿池→注漿管道→注漿孔→井下注漿區域。

5 治理效果

截至2018年10月1日為止，云岡礦采空區自然發火治理取得了良好效果，采空區及進風巷內CO氣體已全部消除。施工后CO監測數值前后對比如表1所示。

表1 施工后CO監測數值前后對比

6 結語

（1）通過建立地面灌漿系統，從地面打鉆孔向采空區灌注黃泥漿，從根本上解決采空區遺煤自燃的可能。

（2）通過為采空區防火密閉中間填充粉煤灰及在密閉周圍打孔充填馬麗散的方法堵塞漏風通道，減少采空區遺煤自燃的可能性。

（3）通過綜合施策治理采空區自然發火，形成了科學有效的自然發火防治方法和技術體系，為云岡礦和類似條件的礦井自然發火防治提供了經驗。