已封閉采空區氣體異常治理技術

侯會偉 李棟梁 秦 鵬

（山東省天安礦業集團有限公司，山東 曲阜 273100）

Abstract:Aiming at the present situation of gas anomaly in the closed goaf of Xingcun Coal Mine, accompanied by the difficulties of scrapping three holes in the closed wall, water loss of fly ash slurry filled in the goaf and frequent vibration in the closed area, measures are taken to fill the airtight periphery with inorganic foaming materials, which effectively solves the abnormal gas situation in the airtight, improves the mine sealing treatment level, and ensures the mine safety.

Key words:goaf; gas anomaly; treatment technology?

1 概述

星村煤礦主采3 煤，經自燃傾向性和自然發火期鑒定，礦井3煤為自燃煤層，最短自然發火期24 d，自然發火的治理成為礦井安全生產的難題及重點。

為了有效管控采空區內自然發火、瓦斯、沖擊地壓重大風險，三采區巷道封閉后均進行了雙墻夾墻充填施工及空巷充填處理。

星村煤礦3307 工作面2017 年6 月回采結束后按照規程要求進行了封閉，后進行了充填粉煤灰漿液處理。由于封閉時間較長，3307 封閉區受巷道地壓影響，密閉部分頂板及幫部出現裂隙，封閉區漏風通道增加，導致封閉區氣體不穩定，出現異常。

2 封閉充填采空區概況

3307 工作面回采結束后在運煤巷以里兩順槽開門口位置均施工了一道500 mm 磚墻，3307 軌道順槽聯絡巷和運輸順槽聯絡巷開門口向里不大于6 m位置分別施工了雙墻夾墻，里墻厚度370 mm，外側墻體厚度500 mm，墻體中間預留500 mm 充填無機發泡材料。

3307 軌道順槽開門口向里為平巷，充填距離20 m，充填空間約為800 m3，累計充填粉煤灰為2400 m3；3307 運順開門口向里約9 m 平巷，13°上山長度約18 m，7°上山長度約20 m，以液面最低點至7°上山起坡處計算充填空間約640 m3，累計充填2000 m3。3307工作面封閉充填示意圖如圖1。

圖1 3307 工作面封閉充填示意圖

3307 工作面由于充填導致兩順槽及運煤巷以里束管全部報廢，僅留有運順開門口密閉以里15 m單只束管可以正常采樣。

2020 年10 月7 日每周對密閉墻進行取樣分析時發現3307 運順密閉里15 m 氣樣一氧化碳濃度達到131 ppm，通過留設的三孔進行注水后發現管路堵塞，密閉墻存在喘息現象，漏風通道增加，三孔報廢增加了治理難度。密閉束管分析見表1。

表1 密閉束管分析表

3 封閉充填采空區氣體異常治理技術

由于密閉預留的三孔均報廢無法使用，采取密閉周邊打眼堵漏充填無機發泡材料的措施來治理封閉區氣體異常。鉆孔施工示意圖如圖2、圖3。

圖2 3307 運輸順槽鉆孔施工圖

圖3 3307 軌道順槽鉆孔施工圖

3.1 密閉周邊打眼充填無機發泡材料

（1）采用氣動雙液泵對密閉周邊打孔區域充填無機發泡材料。該材料為單一粉料加水，水料比控制在1:0.4～0.8，并根據效果進行調整，發泡倍數可達8 倍左右，最終形成的物體細密性較好，強度不少于0.1 MPa，可以有效地進行封堵。

（2）密閉鉆孔距底板約1.7 m，角度約21°，深度約4 m 或至頂板位置，具體位置、角度及深度根據現場情況適當調整。在密閉及周邊重新施工鉆孔并充填封閉漏風通道；在密閉中部施工鉆孔，鉆孔傾向采空區鉆至密閉里側頂板處進行充填堵漏處理；在密閉周邊施工鉆孔對幫部裂隙進行充填堵漏處理。

（3）定眼時，鉆工和點眼人員相互配合，鉆工站在風動扳手的后側面，平握把手，調整鉆腿到適當的高度，點眼人員要站在一側，避開司機視線，手握鉆桿，把鉆頭放在眼窩上。

（4）開鉆時要先給水，后給風。鉆眼過程中，給水量要均勻適當。更換鉆桿時，要先停風再停水。

（5）鉆工扶鉆時，要躲開眼口的方向，兩腿前后錯開，腳蹬實底，以防鉆桿折斷時風動扳手撲倒或斷釬傷人。遇有突然停風、停水時，應將風動扳手取下，拔出鉆桿，停止鉆眼。

（6）鉆孔施工完畢后，對施工的鉆桿長度做好標記，將一次性鉆桿插入鉆孔中，外側使用棉紗等進行封孔處理。對密閉墻外側周邊及底板施工鉆孔，鉆孔深度約1 m，根據現場情況適當調整施工鉆孔的數量及深度。鉆孔施工完畢后對周邊破碎區域注充填材料處理。

3.2 充填技術

（1）將氣動泵運至施工地點，將Φ13 mm 高壓膠管和兩出料口用一個三通連接，混合前端連接1～2 根Φ13 mm 膠管，與留設的一次性鉆桿或原措施孔連接。

（2）Φ25 mm 高壓膠管一端與風管路連接，打開進風閥門，吹干凈管內殘留物后與泵體連接。

（3）將兩空桶盛水（若無閑桶則用一個），把兩吸料軟管分別放入桶內，打開進氣閥門，查看管路是否暢通，若有問題及時處理。

（4）將高壓膠管和混合器連接后，打開進氣閥，檢查注膠管路是否暢通。

（5）一切正常后，將兩拌料桶刷干凈，按照一定的比例配置漿液（充填時水料比1:0.4～0.8），將兩桶基料配好，輪流使用。

（6）充填時，觀察充填區域密閉周邊情況，漏液嚴重時，及時沖刷管路停止充填。

（7）當注漿泵壓力上升時，停止充填，查看是否堵管，持槍人在保證槍頭前方無人的情況下，用清水沖洗管路。

（8）充填完畢后，及時用清水沖洗管路，防止管路堵塞。

4 治理效果分析

經過治理后對密閉內進行為期一周的取樣分析，每天一次。束管分析見表2。

表2 治理后束管分析表

通過束管分析可以看出，密閉內一氧化碳濃度消減為0 ppm，氧氣濃度下降到2%以下，封閉采空區內氣體異常情況得到了有效處理。

5 總結

通過實施對已封閉采空區密閉周邊打孔充填技術，采空區氣體得到了有效的控制，消除了封閉區氣體異常的隱患，總結出了粉煤灰漿液充填的空巷水分流失后形成空間的再次充填方法，為今后礦井已封閉區域處理氣體異常隱患積累了技術經驗。