三聚盛煤業揭露老空區煤層自然發火防治研究

張建山

（山西煤炭運銷集團太原有限公司，山西 太原 030006）

三聚盛煤業為兼并重組礦井，井田內揭露多處老窯和老空區，從地面漏風至小窯巷道及老空區內，容易造成煤層自然發火，由于小窯巷道與老空區聯通較好，有可能造成大面積火災事故，且滅火難度較大，會給礦工造成生命安全威脅，影響礦井的正常建設生產。因此，需要切斷漏風通道，采取綜合防治措施，防止小窯巷道與老空區內發生自燃火災。

1 工程概況

三聚盛煤業為資源整合礦井，井田范圍內小窯、老空區密布，且開采的9#煤層自燃傾向Ⅱ級，屬自燃煤層。在前期現場施工過程中，巷道揭露、穿過老空區破壞程度較為復雜，范圍較大，巷道在采用架U型鋼棚、噴漿支護的情況下，仍無法避免采空區漏風，極易引起煤層自燃。

老空區有以下基本特點：（1）小窯開采區域埋深較淺，采空區上部裂隙與地表貫通；（2）小窯空區、巷道大部分沒有垮落冒實，彼此互相聯接；（3）通過揭露的小窯巷道及老空區的情況看，其遺煤較多，大部分都已粉化；（4）小窯巷道結構較為復雜，一旦漏風，一些獨頭巷道容易形成較好的蓄熱條件；（5）大部分小窯巷道內沒有明水，較為干燥。

2 綜合治理技術方案確定及工程設計

2.1 綜合治理技術方案的確定

根據調查，井下不僅存在體積較大的采空區和舊巷，同時這些采空區與舊巷中伴隨著大量的裂縫、裂隙。針對這種復雜多樣的漏風通道，經過多次研究，確定綜合治理技術方案為：對采空區采取防火密閉加黃泥灌漿填充和舊巷等空區空間進行防火密閉，對煤壁裂隙和巷道松動圈等體積小的縫隙部位進行注漿堵漏。

2.2 綜合治理方案的工程設計

（1）灌漿材料選擇

目前煤礦常用的灌漿材料主要有高水材料、膏體材料、高濃度材料、黃土、電廠粉煤灰、煤矸石粉、頁巖、尾礦等。

膏體材料和高濃度材料的水灰比較小，可注性較差，注漿半徑過小，其對煤-煤、煤-矸、矸-矸的膠結效果較差，需用材料多，輔助運輸能力要求大，因此不太適合作為老空充填。高水材料成本相對較高。

由于三聚盛煤業有限公司地表被大面積黃土覆蓋，取土較為方便，灌漿材料選用黃土，挖掘機運抵制漿站，因此是填充老空區的首選。

（2）施工地點確定

主井、回風井周圍小窯巷道及空區，副井及行人井通往探水巷的兩個入口，探水巷溜煤眼，一采區皮帶上山揭露的老巷。見圖1。

小窯巷道、老空區的主要充填范圍為井筒煤層段及其煤層平巷段。該區域內主井主要巷道有：①主井左側沿井筒方向有一條大概3m×2.5m（局部寬度超過4m）的小窯巷道，該巷道垂直井筒方向有5條小窯巷道（根據密閉聯系單推測），其中主井端已密閉，相反端延伸至采空區；② 主井右側3m左右也有一條沿井筒的小窯巷道，其延伸方向和距離不明。

圖1 主井、回風井已知小窯分布圖

回風井右側小窯巷道沒有進行充填，只打設密閉。風井左側小窯巷道主要是主井的右側區域內小窯巷道和風井迎頭的小窯巷道的延伸段。

（3）小窯巷道充填密閉參數

① 充填料配比方案

根據三聚盛煤業有限公司灌漿的輸送距離、煤層傾角、灌漿方式及灌漿材料，并參照其他礦井的實際經驗，泥漿土水比暫定為1:3，并在此基礎上根據實際操作效果進行調整。

② 密閉充填體的厚度

自燃煤層中所有煤柱的設計都要考慮防火的要求，煤柱寬度一般不應小于6m。根據晉能集團規定要求，將新掘巷道周圍6m范圍的小窯巷道和老空區進行充填，保證新掘巷道6m保護煤柱的完整性，即達到安全要求。如圖2為密閉充填體示意圖。

圖2 充填體的密封

③ 充填體的密閉墻體厚度

黃土材料漿體有一定的流動性，因此需要在充填體的兩端構筑密閉墻體，防止漿體流串，減少成本。根據晉能集團2018年1月下發的《一通三防管理工作標準（試行）》中規定，巷高3.0m以下，采用紅磚砌閉墻體厚度為0.7m，采用料石砌閉墻體厚度為1m；巷高3.0～3.5m，采用紅磚砌閉墻體厚度為1m，采用料石砌閉墻體厚度為1.5m；巷高3.5m以上，采用紅磚砌閉墻體厚度1.5m，采用料石砌閉墻體厚度2m。

（4）小窯巷道充填密閉工藝

① 采用密閉空間，機械攪拌制漿，管道輸送灌漿充填的循環操作方式進行。

整體工作流程：小窯巷道密閉處掏槽→壘設磚墻（一般一次5～6層磚）→ 制漿充填→磚墻接頂→漿體接頂。

漿體制備流程：加水 →倒過篩黃土至制漿池→ 攪拌 → 將漿體輸送進入密閉空間。

② 小窯巷道與新掘巷道空間關系。該區域小窯巷道四通八達，小窯的層位變化較多，有的小窯巷道沿煤層下部夾矸推進，有的向頂板方向掘進，有的向下掘進，有的沿煤層位平掘，小窯巷道與目前新掘進巷道的空間位置較為復雜，因此需要分不同情況進行密閉與充填。

（5）主井、風井充填密閉方式

主井、風井附近的小煤窯四通八達，尤其是主井附近，如果進行簡單由上而下的灌注，會造成漿體流串，且可能灌注至大采空區范圍，會造成充填密閉成本增加和充填密閉工期的延長。

控制漿體流串范圍，主要是對小煤窯充填范圍以外的空區巷道進行封閉，因此充填的前提主要是對主井、風井附近的小窯巷道進行調查，及時對小窯巷道進行密閉，減少跑漿，降低成本。

如圖3所示，兩個井筒都已經開掘到位，從兩個井筒及井筒煤層延伸段重新開掘巷道揭露小窯不太現實。目前總回風聯絡巷橫穿井筒煤柱及主井右側煤柱，利用該條巷道揭露主井風井之間、主井右側的小窯巷道較為便利。巷道6m寬范圍內的小窯巷道空區進行充填，其范圍如圖4所示。具體充填密閉工程需要做專門的安全技術措施。

圖3 通過總回風聯絡巷揭露小窯巷道空間位置

圖4 主井、回風井小窯充填范圍

3 小窯巷道充填量測算及密閉充填效果預測

根據以上綜合防滅火技術方案，初步測算充填工程量如下：

主井、風井底部石門及繞道區域充填工程量為2652m3，一采區皮帶上山充填工程量為2774m3，探水巷須對溜煤眼及副井、行人井通往探水巷的兩個入口處進行充填，充填工程量為204m3，充填合計工程量為5630m3。

工程施工結束后，應對充填治理過的小窯巷道設點觀測，對封堵治理效果進行驗證，如不漏風則治理結束，如發現還有漏風，則進行再次注漿治理。

由于本次工程還未施工結束，缺少后續對小窯巷道的監測數據。因此，密閉充填效果尚待今后進行分析驗證。

4 結論

本文以三聚盛煤業對老窯和老空區煤層自燃進行綜合治理為研究背景，根據實際地質條件，研究制定防滅火治理技術方案。

（1）針對該礦復雜多樣的漏風通道，選擇對采空區采取防火密閉加黃泥灌漿填充和舊巷等空區空間進行防火密閉，對煤壁裂隙和巷道松動圈等體積小的縫隙部位進行注漿堵漏的綜合治理技術方案，并制定相對應的施工工藝參數。

（2）對本次綜合防滅火技術方案的充填工程量進行測算，合計充填工程量為5630m3。在工程施工結束后，將對充填治理過的小窯巷道設點觀測，驗證本次封堵治理效果。