堵漏風瓦斯綜合防滅火技術的應用研究

謝國棟

摘 要：以杜家溝礦208綜采工作面火災防治為背景，在對工作面自然發火危險性進行深入分析的基礎上，闡述了工作面火災防治的重點是抑制采空區漏風，提出了進回風巷端頭封堵和聯絡巷密閉封堵相結合的堵漏風措施，尤以后者為重點，結合數值模擬，詳細論述了密閉位置、密閉墻體結構、充填材料和墻體厚度。應用結果表明：堵漏風防滅火技術實施后，有效抑制了采空區自燃發火，工作面未發生火災事故，保證礦井安全開采。

關鍵詞：堵漏風;數值模擬;采空區;防滅火

1 前言

受賦存條件制約，拒不完全統計，我國約60%的礦井存在自然發火的危險，自燃火災約占礦井火災的70%。自燃火災既會造成資源浪費、井下設備物資損壞，也潛在引發人員中毒、瓦斯爆炸等危害，給廣大人民群眾的生命財產安全帶來巨大威脅，是影響礦井安全生產的常見五大災害之一。采空區自燃是具有傾向性在適宜的供氧、蓄熱環境和時間積累作用下發生物理化學變化的結果，其中，采空區漏風是造成回采工作面自燃發火的主要原因之一，其最有效的方法是隔絕或減少供氧量、抑制氧化蓄熱，從而使其達不到著火點。因此，本文以杜家溝礦208綜采工作面為例，開展堵漏風防滅火技術的實踐應用研究，以期為其他類似礦井的火災治理工作提供參考。

2 工作面概況

杜家溝礦位于河津市清澗街道辦杜家溝村西北約3km處，礦井井田面積8.79km2，開采2#，核定生產能力60萬t/a。208綜采工作面開采的層具有自然發火傾向性，平均厚度3.90m，傾角0～5°，含0-1層夾矸，夾矸厚度0.30m左右，頂板為泥巖、砂質泥巖，底板為砂質泥巖、粉砂巖，鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.02145d-1，滲透系數為0.07983m2/（MPa2·d），屬于難抽采。工作面東鄰1207工作面，西鄰1204采空區，南邊鄰近井田邊界構造保護柱，工作面走向長度1500m，傾斜長度240m，采用綜合機械化開采技術一次性采全高，軌道順槽、皮帶順槽、工作面開切眼巷道斷面形狀均為矩形，面積分別為14.75m2、15.49m2、25.26m2，采用“U”型通風系統，皮帶順槽進風，軌道順槽回風，工作面最大風量1363m3/min。

3 礦井自燃因素分析

杜家溝礦開采層埋藏較淺，地面凹凸不平，覆蓋層厚度變化大，受采掘擾動影響易與地表形成塌通，形成地表漏風通道，促進采空區自燃。工作面兩順槽端頭處回采率較低，綜采支移走后，端頭未采的堆積成松散狀，間隙帶，形成漏風通道，為采空區自燃創造條件。208工作面上下區段之間留有30m寬的保護煤柱，每間隔一段距離留設聯絡巷，當回采下區段工作面時，要與上區段相鄰的聯絡巷進行密閉封堵，由于封堵斷面積大，在礦山壓力的影響下，容易造成封閉不嚴實而引起漏風形成漏風源。

由于208綜采工作面屬于難抽采層，且開采期間瓦斯涌出量較大，在采取上隅角埋管負壓抽放采空區瓦斯后，勢必會改變采空區內氣體流態，工作面新鮮風流會借助于漏風通道進入采空區，加大采空區漏風，創造了自燃條件，增加自燃危險。

4 工作面堵漏風防滅火技術

4.1 進回風巷端頭封堵防滅火

杜家溝礦針對208綜采工作面兩順槽端頭不嚴實、向采空區漏風的現象，如圖1所示，沿著兩順槽走向，每隔15～20m，構筑堵漏風墻進行封堵，致使進風流在墻體壁面出現繞流效應，有效增大漏風風阻，減少漏風量，縮小采空區自燃“三帶”范圍和寬度，降低自燃危險性。其中，封堵材料選用粉煤灰，堵漏墻厚度設計為2～3m，墻體兩側與相鄰的支架尾梁以及巷道壁面、頂板結合處嚴實密封。

4.2 聯絡巷密閉堵漏風防滅火

1203工作面回采后，需對1203工作面軌道順槽與208工作面皮帶順槽之間的聯絡巷進行密閉，以切斷采空區與208工作面之間的空氣流動，其密封質量的好壞直接關系到采空區自燃防治效果，影響聯絡巷密閉穩定性的主要因素包括區段穩定性、密閉墻位置、采動影響、開采條件和密閉材料等。

4.2.1 密閉位置和墻體結構

不同的密閉位置會導致其受到的采掘影響迥然不同，關于合理密閉位置的選取，國內外的工程實踐中應遵循：遠離應力增高帶;不構筑在底板標高最低的位置;應避開地質異常點;躲開周期來壓影響區的原則。

根據杜家溝礦的地質條件和巖石力學參數，構建巖層結構模型，運用FLAC3D軟件模擬聯絡巷不同斷面處的圍巖應力分布，斷面距1203工作面采空區邊界不同距離的模擬結果顯示：巷道未支護狀態下，斷面的底板移近量分別為26mm;巷道未支護狀態下，斷面的底板移近量分別為19mm。由此可知，在頂底板移近量最小處，頂板支承壓力最小，圍巖穩定性好，最適合構置密閉。

傳統的磚混單墻結構因其具有簡單易操作、經濟實惠、強度大、耐高溫等特性，常作為礦井下密閉的構筑形式，但同時存在墻體與巷幫及頂板接觸密封不實、封閉有效性差等缺點，尤其當剛性墻體受到較大應力的影響易致裂，墻體四周圍巖裂隙發育，漏風情況突出。鑒于這一弊端，結合國外新的研究成果，采用雙墻體充填方式構筑208工作面聯絡巷密閉，如圖2所示，密閉兩側墻體用磚、混凝土等剛性材料砌筑，墻體接頂上部選用有一定的壓縮性能與抗壓強度封堵材料，以防頂板來壓將密閉墻體壓垮。

4.2.2 充填材料與充填墻體厚度

密閉墻應具有良好的氣密性，采用羅克休作為208工作面聯絡巷密閉墻之間的充填材料。該材料凝結時間快，接頂嚴實，氣密性好，能夠保證隔斷采空區有害氣體與礦井新鮮風流的連通，避免出現瓦斯積聚和采空區火災隱患，并且具有彈性，讓壓效果明顯。

密閉墻是由剛性墻體和充填材料構建而成，剛性墻體厚度的確定要滿足密閉良好承載力、抗沖擊性和整體性。參考土建領域關于梁的沖擊破壞試驗經驗公式，計算密閉遭損毀壞時的臨界沖力，進而推算出剛性墻體厚度約為0.5m。為了密閉的橫向穩定性，墻體總厚度應達到巷道高度的50%～60%，所以，確定混凝土剛性墻體厚度為1.0 m，中間填充厚度3 m。

5 結論

①208工作面實施上述堵漏風措施后，經現場采空區束管監測，采空區內的自然發火指標性氣體濃度均處于正常值范圍內，直至回采結束，未出現自燃跡象，確保了工作面的安全順利回采，為本礦其他工作面的防滅火工作提供參考;②鑒于井下火災具有多重誘因，在不同工況條件下，要結合礦井（工作面）實際情況進行具體分析研究，從而選擇合適的防滅火技術措施。此外，要注重采取注氮、灌漿、噴灑阻化劑、堵漏風、均壓調節等多種方法相結合的方式，以便達到更好的防滅火效果。

參考文獻：

[1]褚廷湘，余明高，楊勝強，等.煤巖裂隙發育誘導采空區漏風及自燃防治研究[J].采礦與安全工程學報，2010，27 （1）：87-93.