資源整合礦井復采煤層堵漏風技術應用分析

李 陽

(霍州煤電集團 河津薛虎溝煤業有限責任公司， 山西 河津 043300)

霍州煤電集團河津薛虎溝煤業有限責任公司，位于山西省河津市下化鄉，以山西霍州煤電集團為主體，由原山西河津薛虎溝煤業、原麻子溝煤礦兩個煤礦整合而成，整合后礦井生產能力為0.9 Mt/a. 其井田南部分布的已關閉的陳家嶺村辦煤礦和3對私人開辦井口，均對重組井田南部地段2#、10#煤層進行了開采，形成了大片開采破壞區。目前，礦井開采2#煤層，煤層厚度4.60～5.55 m，平均4.92 m. 2#煤層資源受原小煤窯巷采影響，造成頂板冒落，開采過程中復采煤層及頂板破碎易垮落，小煤窯對上分層巷采后，直接頂大面積垮落，垮落最大高度6 m，寬度為10 m. 由于對周邊廢棄小窯及關閉煤礦地質資料不清，在掘進過程中經常揭露的小煤窯采空區,平均冒落高3.5 m，寬4 m，巷道交錯復雜，有漏風現象，會導致采空區內有害氣體涌出，也有可能造成采空區內自然發火。因此，必須及時采取漏風封堵技術。

1 礦井掘進工作面漏風情況

薛虎溝煤業2017年掘進2-1061巷、2-1062巷，掘進工作面設計斷面為三心拱，設計巷道寬4.7 m×高3.25 m，凈寬4.2 m×凈高3.0 m，采用架設可縮性U型棚的方式進行支護，棚距0.8 m.

1) 2-1061掘進巷漏風情況。

2-1061巷與相鄰的2-105綜采工作面回風巷中部留設30 m保安煤柱，2-105工作面配風量1 054 m3/min，2-1061巷局扇吸風量280 m3/min，出口風量240 m3/min，供風距離350 m. 2-1061巷施工期間揭露大面積小窯采空區，回風聯巷至工作面260#棚段出現進風，風筒出口至310#棚段風量逐漸減少；相鄰的2-1052巷360#棚至90#棚處風量逐步增大。最終確定2-1061巷與2-1052巷中部揭露的采空區、空巷漏風，漏風量470 m3/min左右。2-1061巷漏風示意圖見圖1.

圖1 2-1061巷漏風示意圖

2) 2-1062掘進巷漏風情況。

2-1062巷周邊無設計巷道，未進行采掘作業，局扇吸風量365 m3/min，出口風量340 m3/min，供風距離650 m. 巷道掘進過程中，2-1062巷中部揭露十余次小窯空巷，其中揭露原小窯井筒1次，原小窯主要巷道2次，巷道風量逐步增大，最大時期采空區漏風量達350 m3/min. 2-1062巷漏風示意圖見圖2.

圖2 2-1062巷漏風示意圖

2 堵漏風方法及應用

針對2個掘進工作面漏風問題，經過對掘進巷道進行逐段風量測定，確定了漏風區段，采取高分子注漿、噴漿、地面廢舊井筒封堵、井下小窯巷道封堵等綜合措施進行堵漏風。

2.1 高分子材料注漿堵漏風

高分子材料注漿堵漏風是通過控制兩種高分子材料配比濃度，利用兩種材料化學反應，生成一種易流動的膨脹泡沫，起到封閉作用。高分子材料注漿堵漏風技術包括以下幾項內容：

1) 觀察頂板，布置注漿孔。注漿前對漏風區段頂板及四周進行現場查看，確定漏風來源，控制漏風封堵范圍，定位注漿孔位置、角度、深度。

2) 通過化學反應效果，控制材料配比?，F場通過高分子材料化學反應顏色判斷高分子材料配比及膨脹流量和強度效果。經過反復應用發現，高分子材料反應后呈黃色液體流出，高分子材料未反應，無法膨脹充填；反應后2 s內瞬間呈粉紅色，高分子材料過量反應，膨脹后泡沫膠結強度不夠；反應后2 s內瞬間呈粉黃色，高分子材料充分反應，膨脹后泡沫膠結強度良好。

3) 反復注漿，確?？障冻涮铒枬M。對漏風區段進行封閉后，通過現場觀察繼續在原有充填好的膨脹泡沫上，用注漿桿捅破泡沫，利用高分子材料流動性、膠結性、膨脹性，不斷充填擠壓，將未完全充填區域進行全部充填接實，并且增強充填強度，以膨脹泡沫從注漿孔區域四周膨脹至巷道外5 cm為宜。

4) 現場測定。通過通風儀器儀表，現場對堵漏區域內前后風量、瓦斯、氧氣、一氧化碳進行分析對比，確定堵漏效果。

高分子材料注漿堵漏風技術具有以下優點：a) 堵漏風效果好，時間短，見效快。b) 材料獲取方便，容易運輸，使用無軌膠輪車即可運送至施工地點。c) 施工方式簡單、易操作，3～5人即可完成，人員勞動強度低。d) 無污染，對作業環境不會產生其他危害。但高分子材料注漿具有成本高，遇到冒落較高的采空區時，使用材料多，現場施工困難的缺點。

2.2 巷道噴漿堵漏風

巷道噴漿堵漏風就是用傳統的水泥砂漿對漏風巷道進行封堵。巷道噴漿堵漏風技術包括以下幾項內容：

1) 施工質量。噴漿厚度為150 mm，初噴100 mm，復噴50 mm. 噴漿強度為C30. 初噴時，混凝土配比為水泥∶沙子∶石子=1∶2∶1.5. 復噴時，混凝土配比為水泥∶沙子∶石子=1∶2∶2. 速凝劑摻入量為水泥總重量的3%～5%，水灰比0.4，并預先調整水風壓后上料，以減少回彈。

2) 噴漿方法。噴頭與受噴面盡量垂直，與受噴面的距離應控制在0.5～1 m. 噴射砼要自上而下噴射，先頂后幫呈螺旋軌跡移動，軌跡直徑10～20 cm，噴射時要預先調整水風壓后上料，以減少回彈，噴漿順序應由高至低，先頂后幫。

3) 現場測定。通過通風儀器儀表，現場對堵漏區域內前后風量、CH4、O2、CO進行分析對比，確定堵漏效果。

巷道噴漿堵漏風具有如下優點：a) 堵漏風效果好，同時能起到防滅火作用。b) 成本低，材料易獲取。 同時具有如下缺點：a) 施工難度大，運料比較困難，需要6～8人。b) 不能與生產作業同時進行，影響正常掘進。c) 產生的粉塵對作業環境危害大，對人員健康危害大。d) 回采期間噴漿層難以脫落，棚梁回收困難，還有可能造成工作面隅角懸頂面積大，影響有害氣體管理。

2.3 地面廢舊井筒封堵漏風

地面廢舊井筒封堵漏風主要是查找與井下相連的地面小窯井筒及裂隙，利用黃土、水泥砂漿、磚等材料進行封堵，達到堵漏風目的。該技術包括以下幾項內容：

1) 通過井上下對照圖及實地查看，查找地面小窯井筒、裂隙位置，確定漏風地點。

2) 現場制定堵漏風方案，確定使用材料及材料來源。

3) 根據制定的方案，對漏風地點進行封堵。

4) 井下現場測定。通過通風儀器儀表，現場對堵漏區域內前后風量、瓦斯、氧氣、一氧化碳進行分析對比，確定堵漏效果。

地面廢舊井筒封堵漏風具有以下優點：a) 封堵漏風的同時能防止與其相連的巷道、采空區發生煤炭自燃。b) 效果明顯，易實施。同時具有如下缺點：a) 需要有詳細的小窯井筒分布資料。b) 有時漏風地點處于山溝或山谷中，人員、設備無法到達現場。c) 封堵后經采掘活動、雨水灌溉等影響，漏風地點可能還會漏風。

2.4 井下小窯巷道封堵漏風

井下小窯巷道封堵是在掘進過程中揭露小窯巷道時，對揭露的巷道兩側用充填的方式進行封堵，達到堵漏風目的。該技術包括以下幾項基本內容：

1) 全面揭露小窯空巷后，查看空巷支護情況，確定封堵位置及方法。

2) 對未完全冒落的小窯巷道原有支護進行加強，在巷口施工閉墻或用黃土裝袋進行封堵。

3) 現場測定。通過通風儀器儀表，現場對堵漏區域內前后風量、瓦斯、氧氣、一氧化碳進行分析對比，確定堵漏效果。

井下小窯巷道封堵具有以下優點：a) 隨時揭露隨時封堵，保證巷道不會因長時間漏風而造成有害氣體超限等問題。b) 封堵材料獲取容易，施工速度快，不影響掘進作業。同時具有如下缺點：a) 揭露大面積空巷、采空區時，此方法不適用。b) 小窯巷道大多采用木棚支護，木棚經常年腐化，支護強度較弱，人員在空巷周圍施工密閉期間不安全，隨時可能帶來冒頂危險。c) 小窯巷道周邊裂隙多，即使對巷道口進行了封堵，周邊裂隙也會存在漏風。

3 結 語

采用上述方法對掘進巷道進行堵漏風各有優缺點。在正常掘進過程中，根據揭露巷道情況及巷道漏風情況，采取4種措施同時使用的綜合堵漏風方法，目前已解決了礦井采掘過程中的巷道漏風問題，最終形成一套完整的復采煤層掘進工作面堵漏風技術，具體為以下幾點：

1) 加強揭露空巷管理，空巷揭露后及時對空巷進行封堵；加強地面巡查，對發現的地面裂縫、廢舊井筒裂縫等進行封堵。

2) 加強掘進工作面風量測定，每天對巷道風量測定一次，發現風量變化異常立即查找原因，制定措施，及時處理。

3) 加強工作面短探管理，短探時探出前方有頂鉆、卡鉆、遇空等現象時，即確定前方有空巷、采空區出現，立即對探眼內有害氣體、漏風情況進行測定，確保有計劃揭露空巷。

4) 對頂板破碎、基本頂垮落等地點采取超前預注漿的方式保證破碎頂板形成膠結狀態，超前充填頂板間裂隙，達到堵漏風目的。

5) 對已掘進巷道發現漏風現象的，通過區段風量測定，確定漏風區段，采取噴漿的方式解決漏風問題。