大淑村礦172107工作面防滅火密閉技術的應用研究

趙曉崗

（冀中能源峰峰集團有限公司，河北 邯鄲056000）

1 概 況

冀中能源峰峰集團大淑村礦為煤與瓦斯突出礦井，目前主要開采2號和4號煤層。172107工作面位于一采區深部，標高為-510—-570 m，開采的煤層屬于2號煤層，平均煤厚5.6 m，采用放頂煤工藝，2號煤層煤塵具有爆炸性，屬于三類不易自燃煤層，該工作面于2018年11月25日結束。實踐經驗表明，大淑村礦2號煤層放頂煤開采工藝采空區仍具有自燃危險。如何防止172107工作面采空區自燃成為此次研究的主要目的。

2 防滅火密閉技術實施

172107工作面結束后，為杜絕工作面采空區漏風，防止采空區自然發火，大淑村礦采取了密閉墻+MA礦用無機復合發泡材料措施。

（1）采用徐州易創煤礦安全科技有限公司研發的MA礦用無機復合發泡材料，該材料與水混合，經發泡后可形成泡沫狀漿液，并在短時間內凝固成型，凝聚后具有一定的柔性承壓能力，體積不收縮不會出現一些材料注入后因凝固而縮小體積，出現充填不嚴密等缺陷。充填后，半小時產生強度，凝固成型后，可承受0.4～1.2 MPa的壓力，其重量較輕，密度較低，該材料無毒、無污染、無腐蝕，不燃燒且不助燃，經濟實用，工藝簡單，較易操作。

（2）在172107工作面上、下順槽距采空區停采線往外15 m位置分別建筑2道防滅火密閉墻，每道密閉墻厚1 m，兩道墻間距為2 m。構筑時首先構筑里道防滅火密閉墻并噴漿，然后構筑外道密閉墻，密閉墻上部留0.3～0.5 m空隙，利用氣動注漿泵往兩道密閉墻間注MA礦用無機復合發泡材料（水和發泡材料配比為1∶0.4～0.7），待兩道墻體之間注滿材料后，立即密閉，密閉后將墻體噴漿。密閉墻墻體留設通往采空區的注漿管路，并吊掛至采空區停采位置巷道頂部。

3 試驗過程與結果

3.1 防滅火工作概況

圖1 172107工作面上順槽A、下順槽B密閉墻布置情況如圖1和圖2所示。根據172107工作面巷道布置實際情況及停采線位置，共設計8道（4組）密閉墻，密閉墻前后5 m范圍對巷道進行噴漿，建墻處煤巷必須注漿加固。

圖1 172107工作面上順槽A密閉墻布置及斷面示意Fig.1 Arrangement and section of sealing wall along roadway A on 172107 working face

圖2 172107工作面下順槽B密閉墻布置及斷面示意Fig.2 Arrangement and section of airtight wall B under 172107 working face

（1）在172107工作面上順槽214號點以里9.6 m處構筑一道防滅火密閉墻，往里間隔2 m構筑另一道防滅火密閉墻；上順槽208號點以里5 m處（距巷道口不大于5 m）構防爆筑密閉墻一道，往里間隔3 m構筑另一道密閉墻。

（2）在172107工作面下順槽14號點以里13.4 m處構筑一道防滅火密閉墻，往里間隔2 m構筑另一道防滅火密閉墻；下順槽8號點以里5 m處（距巷道口不大于5 m）構筑防爆密閉墻一道，往里間隔3 m構筑另一道密閉墻。

3.2 防火密閉墻結構

所有密閉墻墻體用紅磚砌筑，水泥勾縫抹面，防火密閉墻墻體厚度為1.0 m，密閉墻墻體厚度不小于0.8 m，在防火密閉墻內側0.15～0.2 m擺木垛，木垛必須接頂嚴密，密閉墻建筑前后必須將墻體前后2 m范圍巷幫進行噴漿，墻體四周掏槽不少于0.5 m，見實幫實底，防止巷道周邊來壓或注漿時壓力過大損壞墻體所有在煤巷構筑的密閉墻，在建墻前對建墻及墻間巷道進行注漿加固，防止煤體酥軟漏風。

A、B密閉墻結構剖面如圖3所示，C、D防火墻結構如圖4所示。

圖3 A、B密閉墻結構剖面Fig.3 Structural profiles of enclosed walls A and B

圖4 C、D防火墻結構剖面示意Fig.4 Firewall structure section of C and D

（1）172107工作面上、下順槽構筑防滅火密閉墻時，即CD處防滅火密閉，首先構筑里道防滅火密閉墻并噴漿，然后構筑外道密閉墻，密閉墻上部留0.3～0.5 m空隙，利用氣動注漿泵往兩道密閉墻間注MA礦用無機復合發泡材料（水和發泡材料配比為1∶0.4～0.7），待兩道墻體間注滿材料后，立即密閉，密閉后將墻體噴漿。D密閉墻墻體留設通往采空區的注漿管路，并吊掛至采空區停采位置巷道頂部。

（2）172107工作面上、下順槽構筑防爆密閉墻時即AB處密閉，首先構筑里道密閉墻并噴漿，然后構筑外道密閉墻，外道墻構筑一半時，往兩道墻體間填黃泥，待兩道墻體間填滿黃泥后密閉，密閉之后利用氣動注漿泵往兩道墻體間注發泡材料，注滿為止。里道密閉墻墻體留設抽采管路、觀測孔；外道密閉墻墻體留設注漿管、返漿管、抽采管、觀測孔等管路。

密閉墻具體參數如下：

3.3 施工工藝

（1）防火密閉墻具體施工順序為：施工準備—掏槽—噴漿—第一道墻槽前后2 m壁后注漿—砌第一道墻（墻面噴漿）—墻面噴漿—布管（孔）—充填—砌第二道墻—噴漿—注漿加固。

（2）施工準備階段包括支護、材料運輸、管路鋪設等。密閉墻砌筑前，巷道四周掏槽。掏槽深度煤層不小于0.5 m，巖層不小于0.3 m，并見實頂、實幫、實底，不得有裂縫。

3.4 密閉墻體及圍巖加固

（1）注漿加固鉆孔為φ42 mm，第一排注漿孔位于防火密閉墻與巷道的交線上，孔深2 m，注漿加固孔布置在巷道的底部和兩側，注漿孔共5個。退后2 m布置1排注漿孔，孔深2 m。采用風動鉆機或錨索鉆機打注漿鉆孔至設計孔深，鉆孔直徑28 mm。鉆孔深度誤差控制在50 mm以內。巷道注漿孔布置如圖5所示。

圖5 巷道注漿孔布置示意Fig.5 Arrangement of grouting holes in roadway

（2）當鉆進至設計深度后，退出鉆桿，換φ42 mm鉆頭掃孔1.0 m，安裝封孔器。

（3）檢查鉆孔是否符合要求，否則重新施工鉆孔。

（4）每鉆完1孔，立即打入注漿管1套（下管長度根據實際情況決定），管節之間用管箍相連。下管要快速，防止塌孔。

（5）安裝封孔器，封孔器距孔口不大于0.5 m。連接注漿泵等管路、設備。

（6）首先注漿泵必須放置水平，保證工作缸與地面垂直；其次連接管路系統時，確保連接牢固。最后對設備和管路系統進行聯合調試，確認無誤后，方可進行注漿作業。

（7）開始注漿時要低壓，然后逐漸加壓進行，注漿過程中根據漿液的滲透情況，遵循勻速、緩慢、停頓等原則，嚴格按照操作規程進行注漿施工。如果出現跑漿現象，要及時采取降低注漿壓力、間歇注漿等措施。注漿期間，應注意觀察巷道頂、幫的變化情況，嚴格控制注漿壓力，防止因注漿過大而造成頂、幫大面積開裂和脫落。

（8）當注漿壓力達到6 MPa以上，或注漿流量小于5 L/min時，應停止注漿。遵循先卸壓后拆除的原則拆除注漿混合器。（9）每孔注漿結束后，要有專人觀察漿液的凝固效果和注漿效果30 min，其余人員立即用清洗液清洗注漿泵的管路系統，必要時拆卸清洗。

3.5 密閉墻內空間充填

A、B兩道防爆密閉墻之間必須先用黃土填滿填實，再用MA礦用無機復合發泡材料充填注實，C、D兩道防滅火密閉墻間直接注滿MA礦用無機復合發泡材料充填注實，水和發泡材料配比為1∶0.4～0.7，充填作業前首先按照如下順序進行施工準備。

（1）172107工作面上、下順槽構筑防滅火密閉墻時，即C、D兩處密閉，首先構筑里道防滅火密閉墻并噴漿，然后構筑外道密閉墻，密閉墻上部留0.3～0.5 m空隙，利用氣動注漿泵往兩道密閉墻間注MA礦用無機復合發泡材料（水和發泡材料配比為1∶0.4～0.7），待兩道墻體間注滿材料后，立即密閉，密閉后將墻體噴漿。D密閉墻墻體留設通往采空區的注漿管路，并吊掛至采空區停采位置巷道頂部。

（2）172107工作面上、下順槽構筑防爆密閉墻時，即A、B處密閉，首先構筑里道密閉墻并噴漿，然后構筑外道密閉墻，外道墻構筑一半時，往兩道墻體間填黃泥，待兩道墻體間填滿黃泥后密閉，密閉后利用氣動注漿泵往兩道墻體間注發泡材料，注滿為止。里道密閉墻墻體留設抽采管路、觀測孔；外道密閉墻墻體留設注漿管、返漿管、抽采管、觀測孔等管路。

（3）密閉墻體管路要求抽采管路規格為φ100 mm鐵管；注漿管、返漿管、觀測管規格均為φ50 mm鐵管，且墻內留設管路必須吊掛在巷頂部并固定牢靠。

（4）巷道密閉后及時進行抽采和注漿工作，并在抽采管路上安裝流量計。在密閉墻外按規定安設相應傳感器。

3.6 密閉效果分析

172107工作面上、下順槽于2018年12月30日完成密閉。通過172107工作面上順槽密閉墻外各項參數可以看出，密閉墻處瓦斯很小且很穩定，近一個月來密閉墻外均無一氧化碳、瓦斯等有害氣體，說明172107工作面上順槽密閉嚴密，防止了采空區漏風，杜絕了采空區自燃。172107工作面密閉起到了很好的密閉效果。

4 結 論

針對172107工作面埋藏深、礦壓大，存在采空區自然發火風險的問題，大淑村礦通過引進先進技術和材料，積極和科研機構展開合作，制定了一系列的防滅火管理措施，杜絕了工作面密閉墻漏風和采空區自然發火，取得了良好的經濟效益和安全效益。實踐表明“密閉墻+MA礦用無機復合發泡材料技術”可以適用于以下情況。

（1）適用于所有開采具有煤層自然性的礦井，用于采空區密閉杜絕采空區自燃發火。

（2）適用于煤與瓦斯突出礦井的采空區密閉，杜絕瓦斯涌出造成瓦斯超限。

（3）適用于具有突水的礦井，封堵老空水。

（4）適用于采空區的充填，鉆孔的封堵冒落帶灌漿等應用廣泛，可大力推廣。