煤礦廢棄立井井筒封堵方案研究與探討

祁新波 毛維林

（鄭煤集團超化煤礦，河南 新密 452385）

鄭州煤電超化煤礦位于河南省新密市超化鎮，礦井于1993年建成投產，生產能力150Mt/a，主采二疊系山西組二1煤。隨著礦井開采，礦區煤炭資源逐步枯竭。2015年進行技改，利用原西風井兩個斜井筒作為主、副井出煤、上下人員及材料運輸。2016年對原工業廣場進行報廢處理，隨后對工業廣場保護煤柱進行開采。為確保礦井安全生產，必須對工廣煤柱內的主、副立井井筒進行封堵處理，以消除安全隱患。

1 概況

超化煤礦主、副立井位于原工業廣場區域，間距55m。技改之后，根據礦生產部署，準備在其所在區域布置22031綜采工作面。為不影響工作面安全回采，計劃對井筒進行封填處理。主井井口標高+186m，井筒直徑4m，井底標高-104m，井深290m，落底在二1煤層頂板砂巖上，下距二1煤層頂板8.75m，井筒位置第四系厚41.35m，井壁為混凝土結構，-100水平連接主井底繞巷，用于清理箕斗倉底部殘煤，箕斗倉深24m，箕斗倉上口處連接定量裝載皮帶巷，井壁淋水約5m3/h。付井井口標高+185m，井筒直徑6m，井底標高-113m，井深約298m，落底為二1煤層，第四系厚40.3m，井壁為混凝土結構，-100水平連接南北碼運料行人巷，井壁滴淋水約2m3/h。

2 主副立井井筒封堵設計方案

2.1 主副立井井筒封堵方案

借鑒其他煤礦報廢井筒處理方案，礦井報廢后，立井井筒封閉處理方式一般有兩種，一種是井蓋封閉法，另一種是全井筒回填封閉法。

（1）井蓋封閉法

井蓋封閉法是將報廢立井井筒的設備拆除后，以立井井筒為中心向四周挖掘半徑為20m左右的環形坑，將水泥混凝土井蓋置于坑內。從礦井防治水角度看，井蓋封閉法關鍵之處在于井蓋與井筒接觸部位的密閉防滲處理。

（2）全井筒回填封閉法

全井筒回填封閉法是在礦井井筒報廢后，用料石、粘土、水泥混凝土等材料將整個井筒完全充填。從礦井防治水角度看，全部充填法關鍵之處在于充填材料搭配的合理性，以確保充填體具有良好的防滲能力。

2.2 方案選用及參數

根據采掘接替情況，主、副立井位于目前設計的22031工作面回采范圍之內，該工作面計劃回采方式為綜采放頂煤，回采時頂板管理為全部頂板陷落法，主副立井附近補9孔煤厚12.25m，根據規定：

頂板冒落帶最大高度計算公式為 ：

頂板導水裂隙帶（包括冒落帶）最大高度計算公式為：

式中：

M-煤層累計厚度，m；

n-煤分層層數。

頂板冒落帶最大高度計算：

Hc=（3～4）×12.25=36.75～49m；

頂板導水裂隙帶（包括冒落帶）最大高度計算：

H=100M/(3.3n+3.8)+5.1=177.6m

工業廣場主、副立井井筒封閉的防治水源主要是地表水、第四系礫層孔隙含水層水以及頂板砂巖裂隙水，防止導水通道及下滲通道的形成主要在于對井壁做特殊防滲與加固處理。

為保證22031工作面回采的安全，減小工作面回采后地面塌陷對附近規劃工作面的影響，經論證確定采用分階段全井筒充填法對該礦主、副立井進行充填。首先根據主、副立井保護煤柱情況，在22031工作面回采至距井筒150m以前，先對主、副井筒進行初期處理，防止工作面回采期間潰水和漏風，工作面回采過去主、副立井100m之后再對兩個立井井筒進行全井筒充填處理。

3 方案實施

3.1 主、副井立井井筒封堵施工

（1）人工頂阻水段處理。立井內設備拆除后，對于主立井，首先通過主井底繞巷沿巷底對主井全斷面用廢舊工字鋼梁橫豎間隔500mm搭設工字鋼梁支撐篦子。支撐篦子必須鑲入主井井壁不小于500mm，然后在繞巷內距立井井壁0.5m位置建設一道厚度不小于800mm厚的擋矸墻。在建墻同時，在繞巷內埋設一根兩寸的注漿管。最后從平地通過鏟車用直徑5～15mm的碎石將箕斗倉充填至定量皮帶巷巷底位置。再利用平地注漿系統對已充填碎石的箕斗倉注水泥漿，漿液比重控制在1.3～1.5，形成人工假頂。該段填充深度為24m。

副井部分，首先在副井底用廢舊工字鋼梁橫豎間隔500mm搭設工字鋼支撐篦子，并在井洼內用鋼筋或鋼絲繩做八道豎筋，上端固定在工字鋼支撐篦子上，下端垂至付井井洼底部。每根豎筋下端均需安設一個用廢舊鐵軌枕做成的托板，然后用礦碴將井洼充填，充填的同時在井洼底部預埋一根兩寸的注漿管。最后利用平地注漿系統對已充填礦碴的井洼進行注水泥漿處理，漿液比重控制在1.3～1.5，形成人工假頂。該段填充深度為13m。

（2）井筒淋水處理。其中主立井在定量皮帶巷內，副立井在南北馬頭門和管子巷內，分別在距井筒0.5m位置建設一道厚度不小于800mm厚的擋矸墻，在建墻同時，埋設兩根四寸的排水管。排水管在井筒內部分加工成花管，并做好防堵塞處理，確保井底巷道封閉后，井筒內淋水能從預埋排水管流出。

（3）對平地井口處理。為防止工作面回采期間漏風、漏雨及人物墜落，平地井口要用工字鋼梁或廢舊道軌搭設篦子，并在上面鋪設鋼筋網片，同時在鋼筋網上鋪設雨布密封，最后要在井口周圍用1.5m高的柵欄進行圍擋，并在明顯位置設置警示標志。

（4）矸石填充。工作面回采過主、副立井100m后，從平地通過鏟車向主、副立井井筒內傾倒煤矸石，對主、副立井筒進行充填，充填至第四系下界面以下20m位置。其中，主立井段填充深度為204.4m，副立井段充填深度為225.5m。

（5）第四系阻水段填充。阻水段即從第四系下界面以下20m位置向上至地面用三七土進行回填。三七土由石灰和土以體積比3：7混合而成。灰土用的石灰選用磨細的石灰粉，或塊灰澆以適量的水，經放置24h成粉狀的消石灰；土選用粘性土。其中主立井段回填深度61.6m，副立井段回填深度為59.5m。如圖1、圖2所示。

3.2 技術要求

（1）施工前必須制定各階段專項安全技術措施，確保施工安全，特別是井口回填碎石、礦碴階段。

（2）每個階段必須經過驗收，確保工程質量達標后方可進行下一步工作。主、副井封堵第四步充填至距井口分別為61.6m、59.5m處，經實測符合要求后再進行第五步充填。回填封堵過程中，要在井口附近明顯位置設置警示標識。

圖1 主立井井筒封堵設計示意圖

（3）必須將主、副井井筒淋水用水管引出，防止淋水在井筒內及井底附近聚集威脅22031工作面安全回采。同時在22031工作面回采過井筒期間，要加強對兩個井筒排水管水量的觀測，發現異常，及時采取措施。

（4）主、副井封堵第五步充填要高于當地歷年最高洪水位，并經常巡視，發現充填物低于當地歷年最高洪水位時，要及時再次充填。

圖2 副立井井筒封堵設計示意圖

4 結語

煤礦廢棄立井井筒的回填是確保井筒煤柱安全開采的前提，只有采取穩妥的回填方案，對報廢井筒進行合理處理，消除隱患，才能安全解放煤柱資源，確保礦井高產高效。