大淑村礦172107工作面防滅火密閉技術(shù)的應(yīng)用研究

趙曉崗

（冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司，河北 邯鄲056000）

1 概 況

冀中能源峰峰集團(tuán)大淑村礦為煤與瓦斯突出礦井，目前主要開采2號(hào)和4號(hào)煤層。172107工作面位于一采區(qū)深部，標(biāo)高為-510—-570 m，開采的煤層屬于2號(hào)煤層，平均煤厚5.6 m，采用放頂煤工藝，2號(hào)煤層煤塵具有爆炸性，屬于三類不易自燃煤層，該工作面于2018年11月25日結(jié)束。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，大淑村礦2號(hào)煤層放頂煤開采工藝采空區(qū)仍具有自燃危險(xiǎn)。如何防止172107工作面采空區(qū)自燃成為此次研究的主要目的。

2 防滅火密閉技術(shù)實(shí)施

172107工作面結(jié)束后，為杜絕工作面采空區(qū)漏風(fēng)，防止采空區(qū)自然發(fā)火，大淑村礦采取了密閉墻+MA礦用無機(jī)復(fù)合發(fā)泡材料措施。

（1）采用徐州易創(chuàng)煤礦安全科技有限公司研發(fā)的MA礦用無機(jī)復(fù)合發(fā)泡材料，該材料與水混合，經(jīng)發(fā)泡后可形成泡沫狀漿液，并在短時(shí)間內(nèi)凝固成型，凝聚后具有一定的柔性承壓能力，體積不收縮不會(huì)出現(xiàn)一些材料注入后因凝固而縮小體積，出現(xiàn)充填不嚴(yán)密等缺陷。充填后，半小時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)度，凝固成型后，可承受0.4～1.2 MPa的壓力，其重量較輕，密度較低，該材料無毒、無污染、無腐蝕，不燃燒且不助燃，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，工藝簡(jiǎn)單，較易操作。

（2）在172107工作面上、下順槽距采空區(qū)停采線往外15 m位置分別建筑2道防滅火密閉墻，每道密閉墻厚1 m，兩道墻間距為2 m。構(gòu)筑時(shí)首先構(gòu)筑里道防滅火密閉墻并噴漿，然后構(gòu)筑外道密閉墻，密閉墻上部留0.3～0.5 m空隙，利用氣動(dòng)注漿泵往兩道密閉墻間注MA礦用無機(jī)復(fù)合發(fā)泡材料（水和發(fā)泡材料配比為1∶0.4～0.7），待兩道墻體之間注滿材料后，立即密閉，密閉后將墻體噴漿。密閉墻墻體留設(shè)通往采空區(qū)的注漿管路，并吊掛至采空區(qū)停采位置巷道頂部。

3 試驗(yàn)過程與結(jié)果

3.1 防滅火工作概況

圖1 172107工作面上順槽A、下順槽B密閉墻布置情況如圖1和圖2所示。根據(jù)172107工作面巷道布置實(shí)際情況及停采線位置，共設(shè)計(jì)8道（4組）密閉墻，密閉墻前后5 m范圍對(duì)巷道進(jìn)行噴漿，建墻處煤巷必須注漿加固。

圖1 172107工作面上順槽A密閉墻布置及斷面示意Fig.1 Arrangement and section of sealing wall along roadway A on 172107 working face

圖2 172107工作面下順槽B密閉墻布置及斷面示意Fig.2 Arrangement and section of airtight wall B under 172107 working face

（1）在172107工作面上順槽214號(hào)點(diǎn)以里9.6 m處構(gòu)筑一道防滅火密閉墻，往里間隔2 m構(gòu)筑另一道防滅火密閉墻；上順槽208號(hào)點(diǎn)以里5 m處（距巷道口不大于5 m）構(gòu)防爆筑密閉墻一道，往里間隔3 m構(gòu)筑另一道密閉墻。

（2）在172107工作面下順槽14號(hào)點(diǎn)以里13.4 m處構(gòu)筑一道防滅火密閉墻，往里間隔2 m構(gòu)筑另一道防滅火密閉墻；下順槽8號(hào)點(diǎn)以里5 m處（距巷道口不大于5 m）構(gòu)筑防爆密閉墻一道，往里間隔3 m構(gòu)筑另一道密閉墻。

3.2 防火密閉墻結(jié)構(gòu)

所有密閉墻墻體用紅磚砌筑，水泥勾縫抹面，防火密閉墻墻體厚度為1.0 m，密閉墻墻體厚度不小于0.8 m，在防火密閉墻內(nèi)側(cè)0.15～0.2 m擺木垛，木垛必須接頂嚴(yán)密，密閉墻建筑前后必須將墻體前后2 m范圍巷幫進(jìn)行噴漿，墻體四周掏槽不少于0.5 m，見實(shí)幫實(shí)底，防止巷道周邊來壓或注漿時(shí)壓力過大損壞墻體所有在煤巷構(gòu)筑的密閉墻，在建墻前對(duì)建墻及墻間巷道進(jìn)行注漿加固，防止煤體酥軟漏風(fēng)。

A、B密閉墻結(jié)構(gòu)剖面如圖3所示，C、D防火墻結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 A、B密閉墻結(jié)構(gòu)剖面Fig.3 Structural profiles of enclosed walls A and B

圖4 C、D防火墻結(jié)構(gòu)剖面示意Fig.4 Firewall structure section of C and D

（1）172107工作面上、下順槽構(gòu)筑防滅火密閉墻時(shí)，即CD處防滅火密閉，首先構(gòu)筑里道防滅火密閉墻并噴漿，然后構(gòu)筑外道密閉墻，密閉墻上部留0.3～0.5 m空隙，利用氣動(dòng)注漿泵往兩道密閉墻間注MA礦用無機(jī)復(fù)合發(fā)泡材料（水和發(fā)泡材料配比為1∶0.4～0.7），待兩道墻體間注滿材料后，立即密閉，密閉后將墻體噴漿。D密閉墻墻體留設(shè)通往采空區(qū)的注漿管路，并吊掛至采空區(qū)停采位置巷道頂部。

（2）172107工作面上、下順槽構(gòu)筑防爆密閉墻時(shí)即AB處密閉，首先構(gòu)筑里道密閉墻并噴漿，然后構(gòu)筑外道密閉墻，外道墻構(gòu)筑一半時(shí)，往兩道墻體間填黃泥，待兩道墻體間填滿黃泥后密閉，密閉之后利用氣動(dòng)注漿泵往兩道墻體間注發(fā)泡材料，注滿為止。里道密閉墻墻體留設(shè)抽采管路、觀測(cè)孔；外道密閉墻墻體留設(shè)注漿管、返漿管、抽采管、觀測(cè)孔等管路。

密閉墻具體參數(shù)如下：

3.3 施工工藝

（1）防火密閉墻具體施工順序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備—掏槽—噴漿—第一道墻槽前后2 m壁后注漿—砌第一道墻（墻面噴漿）—墻面噴漿—布管（孔）—充填—砌第二道墻—噴漿—注漿加固。

（2）施工準(zhǔn)備階段包括支護(hù)、材料運(yùn)輸、管路鋪設(shè)等。密閉墻砌筑前，巷道四周掏槽。掏槽深度煤層不小于0.5 m，巖層不小于0.3 m，并見實(shí)頂、實(shí)幫、實(shí)底，不得有裂縫。

3.4 密閉墻體及圍巖加固

（1）注漿加固鉆孔為φ42 mm，第一排注漿孔位于防火密閉墻與巷道的交線上，孔深2 m，注漿加固孔布置在巷道的底部和兩側(cè)，注漿孔共5個(gè)。退后2 m布置1排注漿孔，孔深2 m。采用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)或錨索鉆機(jī)打注漿鉆孔至設(shè)計(jì)孔深，鉆孔直徑28 mm。鉆孔深度誤差控制在50 mm以內(nèi)。巷道注漿孔布置如圖5所示。

圖5 巷道注漿孔布置示意Fig.5 Arrangement of grouting holes in roadway

（2）當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，退出鉆桿，換φ42 mm鉆頭掃孔1.0 m，安裝封孔器。

（3）檢查鉆孔是否符合要求，否則重新施工鉆孔。

（4）每鉆完1孔，立即打入注漿管1套（下管長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況決定），管節(jié)之間用管箍相連。下管要快速，防止塌孔。

（5）安裝封孔器，封孔器距孔口不大于0.5 m。連接注漿泵等管路、設(shè)備。

（6）首先注漿泵必須放置水平，保證工作缸與地面垂直；其次連接管路系統(tǒng)時(shí)，確保連接牢固。最后對(duì)設(shè)備和管路系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，確認(rèn)無誤后，方可進(jìn)行注漿作業(yè)。

（7）開始注漿時(shí)要低壓，然后逐漸加壓進(jìn)行，注漿過程中根據(jù)漿液的滲透情況，遵循勻速、緩慢、停頓等原則，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行注漿施工。如果出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象，要及時(shí)采取降低注漿壓力、間歇注漿等措施。注漿期間，應(yīng)注意觀察巷道頂、幫的變化情況，嚴(yán)格控制注漿壓力，防止因注漿過大而造成頂、幫大面積開裂和脫落。

（8）當(dāng)注漿壓力達(dá)到6 MPa以上，或注漿流量小于5 L/min時(shí)，應(yīng)停止注漿。遵循先卸壓后拆除的原則拆除注漿混合器。（9）每孔注漿結(jié)束后，要有專人觀察漿液的凝固效果和注漿效果30 min，其余人員立即用清洗液清洗注漿泵的管路系統(tǒng)，必要時(shí)拆卸清洗。

3.5 密閉墻內(nèi)空間充填

A、B兩道防爆密閉墻之間必須先用黃土填滿填實(shí)，再用MA礦用無機(jī)復(fù)合發(fā)泡材料充填注實(shí)，C、D兩道防滅火密閉墻間直接注滿MA礦用無機(jī)復(fù)合發(fā)泡材料充填注實(shí)，水和發(fā)泡材料配比為1∶0.4～0.7，充填作業(yè)前首先按照如下順序進(jìn)行施工準(zhǔn)備。

（1）172107工作面上、下順槽構(gòu)筑防滅火密閉墻時(shí)，即C、D兩處密閉，首先構(gòu)筑里道防滅火密閉墻并噴漿，然后構(gòu)筑外道密閉墻，密閉墻上部留0.3～0.5 m空隙，利用氣動(dòng)注漿泵往兩道密閉墻間注MA礦用無機(jī)復(fù)合發(fā)泡材料（水和發(fā)泡材料配比為1∶0.4～0.7），待兩道墻體間注滿材料后，立即密閉，密閉后將墻體噴漿。D密閉墻墻體留設(shè)通往采空區(qū)的注漿管路，并吊掛至采空區(qū)停采位置巷道頂部。

（2）172107工作面上、下順槽構(gòu)筑防爆密閉墻時(shí)，即A、B處密閉，首先構(gòu)筑里道密閉墻并噴漿，然后構(gòu)筑外道密閉墻，外道墻構(gòu)筑一半時(shí)，往兩道墻體間填黃泥，待兩道墻體間填滿黃泥后密閉，密閉后利用氣動(dòng)注漿泵往兩道墻體間注發(fā)泡材料，注滿為止。里道密閉墻墻體留設(shè)抽采管路、觀測(cè)孔；外道密閉墻墻體留設(shè)注漿管、返漿管、抽采管、觀測(cè)孔等管路。

（3）密閉墻體管路要求抽采管路規(guī)格為φ100 mm鐵管；注漿管、返漿管、觀測(cè)管規(guī)格均為φ50 mm鐵管，且墻內(nèi)留設(shè)管路必須吊掛在巷頂部并固定牢靠。

（4）巷道密閉后及時(shí)進(jìn)行抽采和注漿工作，并在抽采管路上安裝流量計(jì)。在密閉墻外按規(guī)定安設(shè)相應(yīng)傳感器。

3.6 密閉效果分析

172107工作面上、下順槽于2018年12月30日完成密閉。通過172107工作面上順槽密閉墻外各項(xiàng)參數(shù)可以看出，密閉墻處瓦斯很小且很穩(wěn)定，近一個(gè)月來密閉墻外均無一氧化碳、瓦斯等有害氣體，說明172107工作面上順槽密閉嚴(yán)密，防止了采空區(qū)漏風(fēng)，杜絕了采空區(qū)自燃。172107工作面密閉起到了很好的密閉效果。

4 結(jié) 論

針對(duì)172107工作面埋藏深、礦壓大，存在采空區(qū)自然發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)的問題，大淑村礦通過引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和材料，積極和科研機(jī)構(gòu)展開合作，制定了一系列的防滅火管理措施，杜絕了工作面密閉墻漏風(fēng)和采空區(qū)自然發(fā)火，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。實(shí)踐表明“密閉墻+MA礦用無機(jī)復(fù)合發(fā)泡材料技術(shù)”可以適用于以下情況。

（1）適用于所有開采具有煤層自然性的礦井，用于采空區(qū)密閉杜絕采空區(qū)自燃發(fā)火。

（2）適用于煤與瓦斯突出礦井的采空區(qū)密閉，杜絕瓦斯涌出造成瓦斯超限。

（3）適用于具有突水的礦井，封堵老空水。

（4）適用于采空區(qū)的充填，鉆孔的封堵冒落帶灌漿等應(yīng)用廣泛，可大力推廣。