淺埋深煤層礦井高負(fù)壓區(qū)巷道堵漏風(fēng)技術(shù)研究

張青松

(中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037)

淺埋深煤層礦井高負(fù)壓區(qū)巷道堵漏風(fēng)技術(shù)研究

張青松

(中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037)

板定梁塔煤井田外圍存在大范圍露天開挖煤層自燃火區(qū)，與原礦井老采空區(qū)相互溝通，在礦井負(fù)壓通風(fēng)的影響下，促進火區(qū)的發(fā)展及蔓延，并將大量的CO氣體引到板定梁塔煤礦井田范圍內(nèi)，嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)。通過對礦井高負(fù)壓區(qū)巷道漏風(fēng)特點進行分析，選擇天固充填材料對巷道漏風(fēng)通道進行封堵，并針對巷道淺表漏風(fēng)通道和巷道深部漏風(fēng)通道分別采取不同的治理方案，最終實現(xiàn)漏風(fēng)通道的封堵，為板定梁塔煤礦的安全生產(chǎn)提供保障。

自燃；高負(fù)壓區(qū)；漏風(fēng)通道；充填材料

1 礦井概況

板定梁塔煤礦位于神木縣中雞鎮(zhèn)，屬于改擴建礦井，原礦井采用房柱式炮采方式進行生產(chǎn)，采空區(qū)相互連通。礦井主要開采1-2上、1-2、2-2、3-1四層煤層，目前正在回采1-2上煤層，煤層埋深受地表地形地貌的影響，埋深在30～150m范圍內(nèi)。井田北部以陜蒙邊界為界，井田東北部存在大范圍露天開挖煤層自燃火區(qū)，新建的井巷穿越1-2上煤層采空區(qū)，與原老采空區(qū)存在多處溝通，而且與井田外圍自燃火區(qū)相溝通，在礦井負(fù)壓通風(fēng)的影響下，將周圍煤自燃產(chǎn)生的大量CO氣體引到板定梁塔煤礦井田范圍內(nèi)，嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)。

2 回風(fēng)斜井巷道漏風(fēng)情況

礦井新建的回風(fēng)斜井位于井田東部，在井巷構(gòu)筑過程中回風(fēng)斜井過1-2上煤層采空區(qū)段采用碎石片堆砌抹面的構(gòu)筑形式，在礦壓、放炮震動及礦井淋水等條件的影響下，巷道表面噴漿部分出現(xiàn)大面積脫落現(xiàn)象。由于煤層埋深較淺，工作面回采后，地表存在不同程度的塌陷，并且新建的三條井巷均穿越1-2上煤層原老采空區(qū)，因此礦井巷道與外圍煤自燃火區(qū)存在大范圍漏風(fēng)通道，另外回風(fēng)斜井距離井田外圍煤自燃火區(qū)較近，且處于整個礦井的最高負(fù)壓區(qū)，在礦井負(fù)壓通風(fēng)條件下，進一步促進火區(qū)的發(fā)展及蔓延，并將大量的CO氣體引到板定梁塔煤礦井田范圍內(nèi)。

在對回風(fēng)斜井進行堵漏施工前，為保障井下安全生產(chǎn)，防止礦井內(nèi)CO超限，主要是利用位于井田邊界的原礦井風(fēng)機將從火區(qū)溢流過來的CO進行攔截，同時控制礦井主風(fēng)機的電機頻率(一級電機頻率40Hz)減少礦井通風(fēng)負(fù)壓，控制CO向井田內(nèi)的流動量。但由于回風(fēng)斜井處于整個礦井的最高負(fù)壓區(qū)，主扇通風(fēng)負(fù)壓遠(yuǎn)大于老井風(fēng)機通風(fēng)負(fù)壓，而且回風(fēng)斜井穿越1-2上煤層采空區(qū)段存在大量漏風(fēng)通道，回風(fēng)斜井風(fēng)流中CO氣體監(jiān)測濃度在60～70 ppm之間(圖1)，靠近巷道壁漏風(fēng)點CO氣體濃度達(dá)數(shù)千ppm。在實際生產(chǎn)過程中，一旦老井風(fēng)機停止運轉(zhuǎn)，在短時間內(nèi)整個礦井內(nèi)會出現(xiàn)CO嚴(yán)重超限，嚴(yán)重影響煤礦的安全生產(chǎn)。

圖1 回風(fēng)斜井風(fēng)流中CO濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)(治理前)

3 堵漏材料施工工藝

天固充填材料主要用于采空區(qū)充填堵漏風(fēng)，由兩種液體按照一定比例混合，反應(yīng)成形前以液體形式存在，兩種液體材料均勻混合反應(yīng)后，發(fā)泡倍數(shù)達(dá)25～30倍，初始反應(yīng)時間為50～150s，根據(jù)現(xiàn)場使用情況進行調(diào)整。注漿施工過程中采用氣動注漿泵進行施工，其施工工藝流程如圖2所示，該材料地面堆積試驗效果如圖3所示。

圖2 注漿工藝流程圖

圖3 天固充填材料地面堆積試驗

4 巷道堵漏風(fēng)施工工藝

由于回風(fēng)斜井穿過 1-2上煤層采空區(qū)，并受礦壓、放炮震動及礦井淋水等條件的影響，回風(fēng)斜井巷道存在不同埋深的漏風(fēng)裂隙通道，針對巷道表面漏風(fēng)通道和巷道深部漏風(fēng)通道分別采取不同的治理方案。

4.1 巷道壁表面漏風(fēng)通道噴涂堵漏風(fēng)施工

由于回風(fēng)斜井巷道壁漏風(fēng)點CO達(dá)數(shù)千ppm，為保證作業(yè)人員具備安全的施工環(huán)境，防止施工過程中由于大量CO涌出造成人員CO中毒事故，在回風(fēng)斜井鉆孔注漿施工前，首先利用噴涂設(shè)備對漏風(fēng)最為嚴(yán)重的巷道下半部表面漏風(fēng)通道進行噴涂堵漏。對巷道淺表漏風(fēng)通道采用噴涂技術(shù)措施一方面可以大大降低巷道內(nèi)CO濃度，創(chuàng)造一個安全的施工環(huán)境，另一方面噴涂能夠封堵一部分采空區(qū)裂隙，可以減少注漿施工過程漿液材料的流失，節(jié)約注漿封堵成本。回風(fēng)斜井漏風(fēng)點噴涂效果如圖4所示。

圖4 回風(fēng)斜井噴涂效果圖

4.2 巷道深部漏風(fēng)通道鉆孔注漿封堵

由于回風(fēng)斜井穿越1-2上煤層采空區(qū)，巷道壁內(nèi)部存在大量深部漏風(fēng)通道，并且分布在穿越采空區(qū)段巷道的整個斷面，因此需要對巷道全斷面進行布置注漿鉆孔。由于巷道底板水泥硬化質(zhì)量較好，底板沒有檢測出漏風(fēng)通道，漏風(fēng)點主要集中在巷道側(cè)壁、頂板及側(cè)壁與底板交接處。為加強注漿效果并節(jié)約鉆孔工程量，需要對鉆孔布置進行合理優(yōu)化，將兩個巷道斷面布置的鉆孔設(shè)為一組，進行間隔布置。在第一個巷道斷面?zhèn)缺诓贾?個中位孔，鉆孔向上傾角15°；第二個巷道斷面布置4個鉆孔，其中巷道頂板布置兩個高位鉆孔，鉆孔傾角向上45°，在巷道側(cè)壁與底板交接處布置兩個下行孔，鉆孔傾角8°，每個鉆孔施工斷面間隔2m，如此循環(huán)。施工過程中，設(shè)計鉆孔深度為2.5m，由于充填材料具有一定的流動性，材料的擴散半徑約為3m，因此該工藝能夠?qū)嚯x巷道壁5m范圍內(nèi)的深部漏風(fēng)通道進行封堵。天固充填材料在深部漏風(fēng)通道流動過程中，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并逐步膨脹封堵漏風(fēng)通道，其內(nèi)部壓力也逐漸增加，并從巷道壁的漏風(fēng)流出，將所有漏風(fēng)通道封堵，充填材料從深部漏風(fēng)裂隙向巷道壁溢出。

5 治理效果

巷道堵漏風(fēng)施工完成后，為了考察治理效果，將原用于攔截CO的老井風(fēng)機停止運轉(zhuǎn)，并將礦井風(fēng)井風(fēng)速調(diào)到最大的條件下，利用CO傳感器在線實時監(jiān)測和人工攜帶CO便攜儀現(xiàn)場檢測相結(jié)合的方法進行檢測。為了加強檢驗堵漏風(fēng)效果，將礦井通風(fēng)負(fù)壓調(diào)整至最大，在礦井正常生產(chǎn)條件下，礦井主扇只需啟動一級電機，頻率為40Hz即可滿足礦井通風(fēng)需求，風(fēng)井風(fēng)速為7～8m/s，效果考察過程中，啟動礦井主扇兩級電機并將頻率調(diào)到最大50Hz，風(fēng)井風(fēng)速最大值達(dá)到12.77m/s，堵漏風(fēng)效果檢驗前后及檢驗過程中回風(fēng)井風(fēng)速監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖5所示，同時將礦井進風(fēng)井風(fēng)門通風(fēng)斷面縮小一半，以增加礦井通風(fēng)風(fēng)阻，提高礦井通風(fēng)負(fù)壓。

巷道堵漏風(fēng)施工完成后，利用CO傳感器在線實時監(jiān)測回風(fēng)斜井風(fēng)流中CO濃度，其監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖6所示，在沒有安設(shè)CO監(jiān)測探頭的施工地點及巷道壁原有漏風(fēng)點附近主要利用CO便攜儀進行人工現(xiàn)場檢測，檢測結(jié)果為所有施工地點無CO超限現(xiàn)象，工程治理效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，為板定梁塔煤礦生產(chǎn)提供了安全保障。

圖5 回風(fēng)井風(fēng)速監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖6 回風(fēng)斜井監(jiān)測數(shù)據(jù)(治理后)

[1] 郭興明，徐精彩,惠世恩.巷道煤體漏風(fēng)規(guī)律研究[J].西安大學(xué)學(xué)報，2001(3):239-243.

[2] 吳中立.礦井通風(fēng)與安全[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1992.[3] 郭玉森.采空區(qū)漏風(fēng)規(guī)律的研究[J].煤礦開采,2001(3):66-67.[4] 周心權(quán)，吳兵.礦井火災(zāi)救災(zāi)理論與實踐 [M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1996.

[5] 王省身，張國樞.礦井火災(zāi)防治[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1990.

Study on blocking wind leaking of the high negative pressure area of the tunnel of the shallow coal seam mine

ZHANG Qing-song

(China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute,Chongqing 400037，China)

The periphery of the bandingliangta coal mine has a large outdoor area of self-ignition coal，and it connect the gob.Under the influence of the negative pressure ventilation of the mine，the fire zone spreaded，and produce mass CO gas.It restrict the mine’s safety production.By analyzeing the trait of the tunnel wind leaking of the high negative pressure area，we choose thetiangu filling material to blocking the wind leaking area of the tunnel，and use different treatment scheme to blocking the shallow and the deep wind leaking tunnel.It makes the bandinglingta coal mine produced safely.

spontaneous combustion；the high negative pressure area；leakage channel；filling material

2014-03-17

重慶市基礎(chǔ)與前沿研究計劃杰青項目資助(編號：cstc2013jcyjjq90001)；重慶市煤礦安全生產(chǎn)科技項目資助(編號：渝(煤)[2014]-kj-02)

張青松(1982-)，男，江蘇徐州人，碩士，現(xiàn)在中煤科工集團重慶研究院從事礦井火災(zāi)防治工作。 E-mail：zhang8277139@163.com。

TD724

A

1004-4051(2015)02-0103-03