資源整合礦井復(fù)采煤層堵漏風(fēng)技術(shù)應(yīng)用分析

李 陽

(霍州煤電集團(tuán) 河津薛虎溝煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 河津 043300)

霍州煤電集團(tuán)河津薛虎溝煤業(yè)有限責(zé)任公司，位于山西省河津市下化鄉(xiāng)，以山西霍州煤電集團(tuán)為主體，由原山西河津薛虎溝煤業(yè)、原麻子溝煤礦兩個煤礦整合而成，整合后礦井生產(chǎn)能力為0.9 Mt/a. 其井田南部分布的已關(guān)閉的陳家?guī)X村辦煤礦和3對私人開辦井口，均對重組井田南部地段2#、10#煤層進(jìn)行了開采，形成了大片開采破壞區(qū)。目前，礦井開采2#煤層，煤層厚度4.60～5.55 m，平均4.92 m. 2#煤層資源受原小煤窯巷采影響，造成頂板冒落，開采過程中復(fù)采煤層及頂板破碎易垮落，小煤窯對上分層巷采后，直接頂大面積垮落，垮落最大高度6 m，寬度為10 m. 由于對周邊廢棄小窯及關(guān)閉煤礦地質(zhì)資料不清，在掘進(jìn)過程中經(jīng)常揭露的小煤窯采空區(qū),平均冒落高3.5 m，寬4 m，巷道交錯復(fù)雜，有漏風(fēng)現(xiàn)象，會導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)有害氣體涌出，也有可能造成采空區(qū)內(nèi)自然發(fā)火。因此，必須及時采取漏風(fēng)封堵技術(shù)。

1 礦井掘進(jìn)工作面漏風(fēng)情況

薛虎溝煤業(yè)2017年掘進(jìn)2-1061巷、2-1062巷，掘進(jìn)工作面設(shè)計斷面為三心拱，設(shè)計巷道寬4.7 m×高3.25 m，凈寬4.2 m×凈高3.0 m，采用架設(shè)可縮性U型棚的方式進(jìn)行支護(hù)，棚距0.8 m.

1) 2-1061掘進(jìn)巷漏風(fēng)情況。

2-1061巷與相鄰的2-105綜采工作面回風(fēng)巷中部留設(shè)30 m保安煤柱，2-105工作面配風(fēng)量1 054 m3/min，2-1061巷局扇吸風(fēng)量280 m3/min，出口風(fēng)量240 m3/min，供風(fēng)距離350 m. 2-1061巷施工期間揭露大面積小窯采空區(qū)，回風(fēng)聯(lián)巷至工作面260#棚段出現(xiàn)進(jìn)風(fēng)，風(fēng)筒出口至310#棚段風(fēng)量逐漸減少；相鄰的2-1052巷360#棚至90#棚處風(fēng)量逐步增大。最終確定2-1061巷與2-1052巷中部揭露的采空區(qū)、空巷漏風(fēng)，漏風(fēng)量470 m3/min左右。2-1061巷漏風(fēng)示意圖見圖1.

圖1 2-1061巷漏風(fēng)示意圖

2) 2-1062掘進(jìn)巷漏風(fēng)情況。

2-1062巷周邊無設(shè)計巷道，未進(jìn)行采掘作業(yè)，局扇吸風(fēng)量365 m3/min，出口風(fēng)量340 m3/min，供風(fēng)距離650 m. 巷道掘進(jìn)過程中，2-1062巷中部揭露十余次小窯空巷，其中揭露原小窯井筒1次，原小窯主要巷道2次，巷道風(fēng)量逐步增大，最大時期采空區(qū)漏風(fēng)量達(dá)350 m3/min. 2-1062巷漏風(fēng)示意圖見圖2.

圖2 2-1062巷漏風(fēng)示意圖

2 堵漏風(fēng)方法及應(yīng)用

針對2個掘進(jìn)工作面漏風(fēng)問題，經(jīng)過對掘進(jìn)巷道進(jìn)行逐段風(fēng)量測定，確定了漏風(fēng)區(qū)段，采取高分子注漿、噴漿、地面廢舊井筒封堵、井下小窯巷道封堵等綜合措施進(jìn)行堵漏風(fēng)。

2.1 高分子材料注漿堵漏風(fēng)

高分子材料注漿堵漏風(fēng)是通過控制兩種高分子材料配比濃度，利用兩種材料化學(xué)反應(yīng)，生成一種易流動的膨脹泡沫，起到封閉作用。高分子材料注漿堵漏風(fēng)技術(shù)包括以下幾項內(nèi)容：

1) 觀察頂板，布置注漿孔。注漿前對漏風(fēng)區(qū)段頂板及四周進(jìn)行現(xiàn)場查看，確定漏風(fēng)來源，控制漏風(fēng)封堵范圍，定位注漿孔位置、角度、深度。

2) 通過化學(xué)反應(yīng)效果，控制材料配比?，F(xiàn)場通過高分子材料化學(xué)反應(yīng)顏色判斷高分子材料配比及膨脹流量和強(qiáng)度效果。經(jīng)過反復(fù)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，高分子材料反應(yīng)后呈黃色液體流出，高分子材料未反應(yīng)，無法膨脹充填；反應(yīng)后2 s內(nèi)瞬間呈粉紅色，高分子材料過量反應(yīng)，膨脹后泡沫膠結(jié)強(qiáng)度不夠；反應(yīng)后2 s內(nèi)瞬間呈粉黃色，高分子材料充分反應(yīng)，膨脹后泡沫膠結(jié)強(qiáng)度良好。

3) 反復(fù)注漿，確?？障冻涮铒枬M。對漏風(fēng)區(qū)段進(jìn)行封閉后，通過現(xiàn)場觀察繼續(xù)在原有充填好的膨脹泡沫上，用注漿桿捅破泡沫，利用高分子材料流動性、膠結(jié)性、膨脹性，不斷充填擠壓，將未完全充填區(qū)域進(jìn)行全部充填接實，并且增強(qiáng)充填強(qiáng)度，以膨脹泡沫從注漿孔區(qū)域四周膨脹至巷道外5 cm為宜。

4) 現(xiàn)場測定。通過通風(fēng)儀器儀表，現(xiàn)場對堵漏區(qū)域內(nèi)前后風(fēng)量、瓦斯、氧氣、一氧化碳進(jìn)行分析對比，確定堵漏效果。

高分子材料注漿堵漏風(fēng)技術(shù)具有以下優(yōu)點：a) 堵漏風(fēng)效果好，時間短，見效快。b) 材料獲取方便，容易運輸，使用無軌膠輪車即可運送至施工地點。c) 施工方式簡單、易操作，3～5人即可完成，人員勞動強(qiáng)度低。d) 無污染，對作業(yè)環(huán)境不會產(chǎn)生其他危害。但高分子材料注漿具有成本高，遇到冒落較高的采空區(qū)時，使用材料多，現(xiàn)場施工困難的缺點。

2.2 巷道噴漿堵漏風(fēng)

巷道噴漿堵漏風(fēng)就是用傳統(tǒng)的水泥砂漿對漏風(fēng)巷道進(jìn)行封堵。巷道噴漿堵漏風(fēng)技術(shù)包括以下幾項內(nèi)容：

1) 施工質(zhì)量。噴漿厚度為150 mm，初噴100 mm，復(fù)噴50 mm. 噴漿強(qiáng)度為C30. 初噴時，混凝土配比為水泥∶沙子∶石子=1∶2∶1.5. 復(fù)噴時，混凝土配比為水泥∶沙子∶石子=1∶2∶2. 速凝劑摻入量為水泥總重量的3%～5%，水灰比0.4，并預(yù)先調(diào)整水風(fēng)壓后上料，以減少回彈。

2) 噴漿方法。噴頭與受噴面盡量垂直，與受噴面的距離應(yīng)控制在0.5～1 m. 噴射砼要自上而下噴射，先頂后幫呈螺旋軌跡移動，軌跡直徑10～20 cm，噴射時要預(yù)先調(diào)整水風(fēng)壓后上料，以減少回彈，噴漿順序應(yīng)由高至低，先頂后幫。

3) 現(xiàn)場測定。通過通風(fēng)儀器儀表，現(xiàn)場對堵漏區(qū)域內(nèi)前后風(fēng)量、CH4、O2、CO進(jìn)行分析對比，確定堵漏效果。

巷道噴漿堵漏風(fēng)具有如下優(yōu)點：a) 堵漏風(fēng)效果好，同時能起到防滅火作用。b) 成本低，材料易獲取。 同時具有如下缺點：a) 施工難度大，運料比較困難，需要6～8人。b) 不能與生產(chǎn)作業(yè)同時進(jìn)行，影響正常掘進(jìn)。c) 產(chǎn)生的粉塵對作業(yè)環(huán)境危害大，對人員健康危害大。d) 回采期間噴漿層難以脫落，棚梁回收困難，還有可能造成工作面隅角懸頂面積大，影響有害氣體管理。

2.3 地面廢舊井筒封堵漏風(fēng)

地面廢舊井筒封堵漏風(fēng)主要是查找與井下相連的地面小窯井筒及裂隙，利用黃土、水泥砂漿、磚等材料進(jìn)行封堵，達(dá)到堵漏風(fēng)目的。該技術(shù)包括以下幾項內(nèi)容：

1) 通過井上下對照圖及實地查看，查找地面小窯井筒、裂隙位置，確定漏風(fēng)地點。

2) 現(xiàn)場制定堵漏風(fēng)方案，確定使用材料及材料來源。

3) 根據(jù)制定的方案，對漏風(fēng)地點進(jìn)行封堵。

4) 井下現(xiàn)場測定。通過通風(fēng)儀器儀表，現(xiàn)場對堵漏區(qū)域內(nèi)前后風(fēng)量、瓦斯、氧氣、一氧化碳進(jìn)行分析對比，確定堵漏效果。

地面廢舊井筒封堵漏風(fēng)具有以下優(yōu)點：a) 封堵漏風(fēng)的同時能防止與其相連的巷道、采空區(qū)發(fā)生煤炭自燃。b) 效果明顯，易實施。同時具有如下缺點：a) 需要有詳細(xì)的小窯井筒分布資料。b) 有時漏風(fēng)地點處于山溝或山谷中，人員、設(shè)備無法到達(dá)現(xiàn)場。c) 封堵后經(jīng)采掘活動、雨水灌溉等影響，漏風(fēng)地點可能還會漏風(fēng)。

2.4 井下小窯巷道封堵漏風(fēng)

井下小窯巷道封堵是在掘進(jìn)過程中揭露小窯巷道時，對揭露的巷道兩側(cè)用充填的方式進(jìn)行封堵，達(dá)到堵漏風(fēng)目的。該技術(shù)包括以下幾項基本內(nèi)容：

1) 全面揭露小窯空巷后，查看空巷支護(hù)情況，確定封堵位置及方法。

2) 對未完全冒落的小窯巷道原有支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)，在巷口施工閉墻或用黃土裝袋進(jìn)行封堵。

3) 現(xiàn)場測定。通過通風(fēng)儀器儀表，現(xiàn)場對堵漏區(qū)域內(nèi)前后風(fēng)量、瓦斯、氧氣、一氧化碳進(jìn)行分析對比，確定堵漏效果。

井下小窯巷道封堵具有以下優(yōu)點：a) 隨時揭露隨時封堵，保證巷道不會因長時間漏風(fēng)而造成有害氣體超限等問題。b) 封堵材料獲取容易，施工速度快，不影響掘進(jìn)作業(yè)。同時具有如下缺點：a) 揭露大面積空巷、采空區(qū)時，此方法不適用。b) 小窯巷道大多采用木棚支護(hù)，木棚經(jīng)常年腐化，支護(hù)強(qiáng)度較弱，人員在空巷周圍施工密閉期間不安全，隨時可能帶來冒頂危險。c) 小窯巷道周邊裂隙多，即使對巷道口進(jìn)行了封堵，周邊裂隙也會存在漏風(fēng)。

3 結(jié) 語

采用上述方法對掘進(jìn)巷道進(jìn)行堵漏風(fēng)各有優(yōu)缺點。在正常掘進(jìn)過程中，根據(jù)揭露巷道情況及巷道漏風(fēng)情況，采取4種措施同時使用的綜合堵漏風(fēng)方法，目前已解決了礦井采掘過程中的巷道漏風(fēng)問題，最終形成一套完整的復(fù)采煤層掘進(jìn)工作面堵漏風(fēng)技術(shù)，具體為以下幾點：

1) 加強(qiáng)揭露空巷管理，空巷揭露后及時對空巷進(jìn)行封堵；加強(qiáng)地面巡查，對發(fā)現(xiàn)的地面裂縫、廢舊井筒裂縫等進(jìn)行封堵。

2) 加強(qiáng)掘進(jìn)工作面風(fēng)量測定，每天對巷道風(fēng)量測定一次，發(fā)現(xiàn)風(fēng)量變化異常立即查找原因，制定措施，及時處理。

3) 加強(qiáng)工作面短探管理，短探時探出前方有頂鉆、卡鉆、遇空等現(xiàn)象時，即確定前方有空巷、采空區(qū)出現(xiàn)，立即對探眼內(nèi)有害氣體、漏風(fēng)情況進(jìn)行測定，確保有計劃揭露空巷。

4) 對頂板破碎、基本頂垮落等地點采取超前預(yù)注漿的方式保證破碎頂板形成膠結(jié)狀態(tài)，超前充填頂板間裂隙，達(dá)到堵漏風(fēng)目的。

5) 對已掘進(jìn)巷道發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象的，通過區(qū)段風(fēng)量測定，確定漏風(fēng)區(qū)段，采取噴漿的方式解決漏風(fēng)問題。