礦井老舊密閉墻加固及有害氣體防治技術研究

祁 琪

（汾西礦業集團安全管理部，山西 介休 032000）

隨著煤炭開采深度以及開采范圍增加，在生產過程中需要不斷等封堵采空區并調整通風系統[1]。密閉墻是實現采空區密閉、防治采空區內有害氣體外溢的主要屏障。由于煤礦井下環境惡劣且復雜，密閉墻在采掘動壓、長期使用等因素綜合影響下會出現一定程度破碎，當通風調整時采空區內有害氣體會隨著密閉墻裂隙涌出，嚴重時甚至會導致安全事故[2-5]?，F階段礦井常用的密閉墻處理措施包括有密閉墻重新砌筑、表面噴漿、墻體內充填等措施[6-7]。文中就在結合以往施工經驗以及研究成果，針對山西某礦現場實際條件提出密閉墻體加固以及有害氣體防治技術措施，以期能更好的促進礦井生產。

1 現場情況概述

山西某礦井田開采面積為25.62 km2，迄今礦井回采時間已超過60 年，井田淺部的賦存條件較好的侏羅紀煤層已基本回采完畢，現階段礦井生產逐漸向深度的二疊系煤層。礦井淺部的煤層采空區采用密閉墻密閉。根據礦井開采方案，掘進的材料斜井需與淺部煤層采空區向聯通，需要布置的密閉墻共計8 處，其中斷面積最大的密閉墻為侏羅紀4 號煤層回風大巷密閉墻，墻體面積達到20 m2。

礦井密閉墻體原采用磚石砌筑，在2 道墻體間填筑黃土并通過澆筑水泥封頂。現場勘查發現，礦井已有密閉墻出現不同程度破碎情況，同時部分位置還監測到CO 涌出情況。現場實測發現，不同厚度密閉墻出現破碎時CO 涌出量有所差異，具體現場測定的CO 涌出量與密閉墻封堵厚度間關系見圖1 所示。

圖1 CO 涌出量與密閉墻封堵厚度關系曲線

從圖1 中看出，隨著密閉墻體封堵厚度增加，密閉墻出口處CO 濃度有所降低，但是發現當密閉墻封堵厚度在10 m 以內時，密閉墻破碎導致的CO 涌出量超標，而密閉墻封堵厚度在10 m 以上時即便出現破碎CO 涌出量仍在《煤礦安全規程》允許范圍內。

2 密閉墻加固技術方案

2.1 加固技術措施選擇

礦井材料斜井密閉墻數量較多且均為永久密閉，若采用拆除重建方式不僅存在較大的安全風險而且重建過程中使用的砂漿、磚石等材料運輸困難，同時若將所有的密閉墻重新拆除砌筑需要耗時在5個月以上，會嚴重影響礦井后續生產。

為降低密閉加固對礦井生產影響，文中結合以往研究成果以及密閉墻加固經驗，提出延伸密閉墻體結構長度方式對密閉墻進行加固，具體措施為：將所有的密閉墻封堵厚度均延伸至10 m 以上，并采用注漿法封堵密閉墻以及周邊巖體裂隙內的漏風通道，避免密閉墻體內有害氣體外溢。

2.2 密閉墻延伸加固

密閉墻延伸加固包括兩個部分，分別為在密閉墻一側布置遠端封閉、在遠端封閉與密閉墻間布置阻隔帶。具體密閉墻延伸加固方案見下頁圖2 所示。

圖2 密閉墻延伸加固示意圖

在原有的密閉墻體內側8 m 位置通過注入高膨脹材料構筑遠端封閉，遠端封閉類似于擋漿墻，可在阻隔帶施工期間降低漿液外溢量。遠端封閉設計厚度為1.0 m。具體遠端封閉施工方案為：在現有的密閉墻頂部布置注漿鉆孔，鉆孔與兩側巷道壁間隔均為1.0 m、與密閉墻頂部間隔0.3 m，注漿鉆孔施工完畢后分別插入兩根長度分別為10 m、12 m 的注漿管。通過注漿孔A、注漿孔B 分別向阻隔帶內注入膨脹材料，選用的膨脹材料具有膨脹性能好、反應時間可調以及強度高等優點。

在遠端封閉與原密閉墻中間的阻隔帶施工采用注漿方式實現。根據阻隔帶功能需要，采用的注漿材料以水泥單液漿為主，并采用高分子材料實現阻隔帶接頂。選擇使用的水泥單液漿水灰比為1∶1；高分子材料為雙組分材料，具有強度高優點，材料反應后可與墻面及四周巖體嚴密貼合，確保阻隔帶嚴密接頂。阻隔帶施工按照分層方式進行，具體鉆孔布置方式見圖3 所示，其中第1—第3 鉆孔用以注入水泥單液漿，鉆孔間隔均為1.5 m；在距離密閉頂0.2 m處布置第4 鉆孔，用以入高分子材料灌注。

圖3 阻隔帶充填鉆孔布置示意圖

3 密閉墻體周邊漏風裂隙封堵

采用注漿方式對密閉墻體周邊漏風裂隙進行封堵，結合現有的密閉墻體結構以及延伸部分長度，確定的密閉墻體漏風通道注漿鉆孔長度為5.0 m。由于漏風裂隙多為小縫隙裂隙，采用大顆粒注漿材料難以實現裂隙有效封堵，為此文中選擇采用可注性好、黏度低、強度高的高分子固結材料（MK-1 型）。該種注漿材料包含A、B 兩種組分材料，按照1∶1 的質量配比混合并通過注漿泵將高分子材料注入到漏風裂隙中，通過材料在漏風裂隙中反應即可實現裂隙封堵。根據以往注漿封堵經驗，確定注漿漿液擴散半徑為1.0 m，注漿壓力選擇為1.0 MPa。

注漿鉆孔設計時應綜合包括注漿半徑、注漿范圍等，確保注漿后可在密閉墻周邊形成嚴密的防護帷幕。為此，設計的注漿鉆孔布置方案見圖4 所示，在密閉墻兩側及頂板位置各布置2 排注漿鉆孔，鉆孔布置呈梅花樁形式，內圈鉆孔、外圈鉆孔與密閉墻間水平距離分別為1.0 m、2.0 m、分別布置8 個、11個。鉆孔均為二開結構，一開長度500 mm、孔徑94 mm 并下方75 mm 鋼套管，二開長度4 500 mm、孔徑50 mm。

圖4 漏風裂隙注漿鉆孔布置示意圖

4 現場應用效果

礦井密閉墻加固以及漏風裂隙封堵等工作共計耗時60 d，再完成加固后對密閉墻體封閉采空區內溢出的有害氣體進行巡檢。在后續巡檢過程中均未發現密閉墻及周邊出現縫隙，對CO 濃度進行監測，發現CO 濃度監測濃度均0。

通過對密閉墻進行延伸加固并封堵周邊漏風通道，可實現老舊采空區有效密閉，同時采用的加固措施耗時短、安全系數高以及作業人員勞動強度較低。

5 結論

老舊采空區內積聚有大量的有毒有害氣體，采空區密閉是實現通風系統正常運行并避免采空區內有害氣體外溢的主要措施。受到采動動壓以及部分密閉時間過長等因素影響，密閉墻體及周邊巖體出現漏風裂隙，如何實現密閉墻加固以及漏風裂隙封堵是礦井生產過程中需重點解決問題。

文中針對礦井老舊密閉墻體厚度小、密閉效果差等問題，提出采用密閉墻體延伸加固、注漿封堵漏風裂隙等方式降低采空區內有害氣體外溢，并具體對加固技術方案進行設計?，F場應用后，密閉墻體封堵效果得以明顯提升，密閉墻體外未再監測到CO，取得較好的密閉加固效果。