礦井沿空掘進老巷預處理技術應用

邵光磊，唐耀勇，劉煥石

（兗礦集團有限公司楊村煤礦，山東 濟寧272118）

1 概況

楊村煤礦315工作面所采煤層為3層煤，煤層厚度為8.57m，煤層具有自燃傾向性，自然發火期為60天，屬容易自燃煤層；煤塵具有較強的爆炸性，煤塵爆炸指數為40.63%；礦井歷年瓦斯等級鑒定均為低瓦斯礦井。

現階段楊村煤礦進行礦井開采后期，工作面多為回收煤柱工作面，掘進期間與老空巷道貫通頻繁，老空巷道貫通后因與采空區聯通，打破了原封閉工作面內的氣候環境，容易發生煤炭自燃情況，如何對工作面進行高效快速封閉，進行預先處理，是現階段礦井面對的主要難題，楊村煤礦通過不斷實踐、總結、優化，形成了一整套針對沿空掘巷預處理的方案。

2 掘進工作面與采空區巷道貫通預處理

2.1 巷道貫通期間采取措施

掘進工作面施工至老空巷道處時，根據老空巷道不同的情況進行處理：

1）對于原老空巷道外封閉長度較短，未采取混凝土墻方式構筑的，提前對安設局部通風對采空區進行排放瓦斯，瓦斯排放結束后由地測部門標示處貫通點位置后，立即采取封閉。

2）對于老空巷道采取充填或施工混凝土墻的情況，采取施工鉆孔排放瓦斯的方式，當掘進位置距貫通點5m時，由掘進迎頭向貫通點施工鉆孔，取樣分析貫通點內的氣體情況，埋設管路，利用壓風向貫通點壓風排放貫通區域氣體，控制壓風量，在排出氣體中CH4濃度小于0.5%、O2濃度大于18%、CO濃度小于24ppm、CO2濃度小于1.5%，且穩定30分鐘后，進行掘進貫通。

2.2 貫通后的封閉施工

貫通后，楊村煤礦提出一種剛柔復合封閉方法，達到了快速封閉、有效封堵漏風、抗沖擊性能良好的封閉目的，采取了板閉、涂膠帆布、粉煤灰袋、高分子發泡材料、鋼筋混凝土復合充填的方式（見圖1）：

圖1 臨空老巷剛柔復合封閉示意圖

2.2.1 快速封閉

首先在揭露的沿空老巷內使用木板簡單架設骨架，木板上覆蓋涂膠帆布，形成板閉，然后在板閉上立即噴射0.5m厚高分子發泡材料，起到快速封閉的目的。該方式構筑板閉用料便捷、架設快速，現場一般兩個小時便能構筑完畢，能夠快速隔離采空區，減少因啟封造成的采空區漏風情況，達到快封閉的目的。

該墻涂膠帆布本身可起到防止漏風的作用，高分子發泡材料一般選用賽福特、羅克休等材料，發泡迅速、噴涂方便，受壓后不宜干裂的特點，起到了快速封閉采空區、防止煤層自燃以及有毒有害氣體外溢的作用。

2.2.2 緩沖墻

高分子發泡材料往外構筑3m粉煤灰袋墻，墻體兩側掛網防倒，砂袋垛兩側接幫，上部接頂，底部清除浮矸，確保封堵嚴密。

該墻粉煤灰袋具有支撐寬度大、不易變形、材料廉價的特點，起到了支撐巷道、減少巷道變形，當采空區內發生沖擊時具有一定的緩沖作用，確保掘進及采煤期間的安全。

2.2.3 鋼筋混凝土墻

在最外面構筑1m厚鋼筋混凝土墻，在距高分子發泡材料往外每隔250mm施工一組錨桿，共計施工三組，每組錨桿底板、頂板等距施工6根錨桿，兩幫等距施工4根錨桿，每組錨桿上覆蓋全斷面鐵絲菱形網，菱形網通過錨桿托盤固定在錨桿上，且每一道菱形網縱橫各使用不少于2道鋼筋梯固定，然后采取澆筑或噴漿機噴漿的方式構筑鋼筋混凝土墻，共計厚度1m（見圖2）。其特點是：混凝土墻強度大、抗沖擊，起到了支撐巷道、防止采空區沖擊的作用。

圖2 鋼筋混凝土墻施工方式

3 沿空硐室預處理方案

工作面回采期間，需要在順槽巷幫施工部分硐室作為絞車硐室、信號硐室、皮帶機頭硐室等，若下一步需在其一側布置新工作面時，這些已處于采空區的硐室區域留設的煤柱將小于設計尺寸，或直接貫通老空區，如處理不得當，該區域將形成漏風通道，加快采空區的氧化速度，給采空區及沿空區域煤柱自然發火防治帶來壓力，通過實踐，楊村煤礦采取了沿空硐室預處理技術，取得的良好效果。

工作面臨空順槽硐室充填分為深度小于2.5m硐室和深度大于2.5m硐室兩種（如圖3），均采用爐渣袋、賽福特（羅克休）、舊風筒布、金屬網等進行剛柔復合充填封閉。

圖3 工作面臨空順槽硐室

3.1 深度小于2.5m硐室充填方案

工作面臨空順槽硐室充填時自里往外的施工順序是：

1）在工作面臨空順槽硐室里側先掛舊風筒布以提高封閉效果，風筒布要展平，覆蓋硐室全斷面，接茬壓邊嚴密，周邊與硐室頂幫連接好。

2）緊貼風筒布構筑0.7m厚的爐渣袋承壓墻。

3）在爐渣袋墻外側再懸掛舊風筒布，覆蓋硐室全斷面。

4）在風筒布上噴射0.5m厚的賽福特（或羅克休）柔性密閉墻，受壓變形但不產生裂隙，確保封閉效果。

5）柔性賽福特密閉墻外側再構筑爐渣袋墻，厚度與巷道巷幫平齊，充填滿整個硐室。

6）爐渣袋墻最外側掛菱形金屬網防倒，菱形網與硐室周邊金屬網連接牢固。

3.2 深度大于2.5m硐室充填方案

工作面臨空順槽硐室充填時自里往外的施工順序是：

1）在工作面臨空順槽硐室里側先掛舊風筒布以提高封閉效果，風筒布要展平，并覆蓋硐室全斷面，接茬壓邊嚴密，周邊與硐室頂幫連接好；

2）緊貼風筒布構筑1.0m厚的爐渣袋承壓墻；

3）在爐渣袋墻外側再懸掛舊風筒布，并覆蓋硐室全斷面；

4）在風筒布上噴射0.5m厚的賽福特（或羅克休）柔性密閉墻，受壓變形但不產生裂隙，確保封閉效果；

5）柔性賽福特密閉墻外側再構筑爐渣袋墻，厚度與巷道幫平齊，充填滿整個硐室；

6）爐渣袋墻最外側懸掛菱形金屬網防倒，菱形網與硐室周邊金屬網連接牢固。

4 沿空封閉區域日常管理方法

4.1 留設注漿管路

墻體構筑時提前預留1路4寸注漿管路，并在墻外加截止閥，以便壓注惰性氣體或膠體泥漿，并埋設溫度傳感器預留4路束管，束管末端吊在巷道頂部，一路利用束管監測系統抽取采空區氣樣進行在線檢測，一路人工取樣，一路接氣壓管，一路備用；對于墻體位置較低有積水情況時，在墻體下部留設2路4寸排水管，排水管外加設閥門。

4.2 壓注膠體

墻體構筑完畢后，為進一步封堵漏風，對密閉墻周邊，及墻體里側施工鉆孔或留設的措施孔，壓注膠體，進一步封堵漏風。

4.3 封閉后的檢測

1）利用埋設的束管，每天一次利用JSG-7束管檢測系統做好自然發火的預測預報工作，分析內容為：CH4、CO2、CO、O2、N2、C2H2、C2H4。

2）人工取樣，每周至少一次人工對采空區內的氣體進行取樣分析，出現異常時及時通知有關部門進行處理。

5 效果分析

該技術的應用針對煤礦臨空老巷煤體破碎易形成漏風通道造成煤層自燃，采空區有毒有害氣體溢出造成瓦斯爆炸、人員窒息等問題，提出一種板閉、涂膠帆布、爐渣袋、高分子發泡材料、鋼筋混凝土復合封閉方法，經過在楊村煤礦現場施工，達到了快速封閉、有效封堵漏風、抗沖擊性能良好的封閉目的，杜絕了采空區有毒有害氣體外溢，同時通過對封閉后采空區的氣體取樣分析結果與以往數據進行對比，可以看出該方法施工后的采空區，自然發火概率大大降低，保證了臨空作業地點的施工安全。