焦鳳凱

（山西晉神沙坪煤業(yè)有限公司）

0 引言

磁窯溝礦工作面淺埋大采高的開采條件，一方面采空區(qū)上覆裂隙與地面大氣貫通采空區(qū)漏風(fēng)增大；另一方面磁窯溝礦10-2煤層屬于Ⅱ類自燃。采空區(qū)深處浮煤有好的蓄熱環(huán)境，再加上充足的新鮮氧氣供給（漏風(fēng)），這極易造成采空區(qū)浮煤發(fā)生氧化自燃。針對此情況，磁窯溝礦工作面采取注漿、注氮、注阻化劑外加堵漏等措施。通過防滅火措施的實(shí)施，工作面采空區(qū)自燃防治取得了一定成效，主要表現(xiàn)在工作面漏風(fēng)減少，采空區(qū)自燃“三帶”中氧化帶寬度降低等。

1 工作面漏風(fēng)情況

工作面采空區(qū)漏風(fēng)來源主要為：工作面上下隅角漏風(fēng)、工作面沿程漏風(fēng)、采空區(qū)上覆裂隙地面漏風(fēng)等。針對此漏風(fēng)情況采取一系列堵漏措施：工作面上下隅角堵漏、采空區(qū)堵漏，地面裂隙堵漏。

1.1 高強(qiáng)復(fù)合發(fā)泡封堵材料

泡沫的性能如下：

（1）泡沫穩(wěn)定性：質(zhì)量好的水泥泡沫劑所制取的泡沫，其液膜堅韌，機(jī)械強(qiáng)度好，不易在漿體擠壓下破滅或過度變形。另外，它有自我保水性，液膜上的水分不易在重力作用及表面張力作用下流失可長時間保持泡沫液膜的厚度和完整性，從而可使泡沫長間不破滅。

（2）泡沫均勻性：制取的泡沫的泡徑不可能完全相同，但基本相近，泡徑范圍應(yīng)盡可能小，最好在0.1 mm～1 mm之間。

（3）泌水率：泡沫自制出后，就逐漸向外泌水。泡沫的泌水率低，才能更好地保證泡沫中的氣泡數(shù)量和泡沫混凝土的氣孔率，即保證泡沫混凝土的密度。

（4）膠凝材料的負(fù)作用：膠凝材料是泡沫混凝土強(qiáng)度的主要來源，有些泡沫劑所制取的泡沫穩(wěn)定性非常好，但加入膠凝材料后，會降低泡沫混凝土的強(qiáng)度，甚至喪失強(qiáng)度，所以要選用制取泡沫不對膠凝產(chǎn)生負(fù)作用的泡沫劑。

1.2 高強(qiáng)復(fù)合發(fā)泡系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)設(shè)備

計量磅1臺；攪拌機(jī)4臺；混合漿料輸送機(jī)（或注漿泵）1臺；空氣壓縮機(jī)（或用井下壓縮空氣代替）1臺，注漿管50 m。

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（2）高強(qiáng)復(fù)合發(fā)泡材料

高強(qiáng)水泥；復(fù)合發(fā)泡劑；穩(wěn)定劑；調(diào)凝劑；減水劑；其它輔料。實(shí)驗發(fā)泡效果如圖1及成型如圖2所示。

圖1 實(shí)驗發(fā)泡效果

圖2 實(shí)驗發(fā)泡成型示意

（3）高強(qiáng)復(fù)合發(fā)泡施工工藝

防火高強(qiáng)復(fù)合發(fā)泡封堵材料漿體配制和注漿工藝如圖3。

圖3 高強(qiáng)復(fù)合發(fā)泡封堵材料施工工藝

1.3 高強(qiáng)復(fù)合發(fā)泡封堵材料主要指標(biāo)

（1）發(fā)泡倍數(shù)5～10倍；（2）適用溫度≥15℃；（3）失去流動性時間為10 min～30 min，凝固時間為90 min～200 min（可控制）；（4）發(fā)泡材料膨脹性適中，封堵嚴(yán)密；（5）對發(fā)火區(qū)域封堵效果好，質(zhì)量高。封堵材料與煤壁之間具有優(yōu)良的潤濕、附著性能；（6）材料不燃性能好，強(qiáng)度高的特點(diǎn)；（7）抗壓、抗拉強(qiáng)度高?？箟簭?qiáng)度≥0.3 MPa，封堵強(qiáng)度達(dá)到防火要求，無漏氣、滲水現(xiàn)象；（8）性價比高，成本較低；（9）封堵施工速度快、方便，發(fā)泡速度適中，凝固時間可控。

1.4 工作面上下隅角及采空區(qū)堵漏技術(shù)

在采空區(qū)上下隅角應(yīng)用高強(qiáng)度復(fù)合硅酸鹽發(fā)泡材料快速堵漏，該產(chǎn)品具有良好的膨脹能力，使用量少，抗靜電，使用簡單經(jīng)濟(jì)。對采空區(qū)上下隅角、橫川填充封閉從而有效地隔絕采空區(qū)的漏風(fēng)，縮短氧化帶[1-3]。

為防止工作面推過后采空區(qū)后方橫川漏風(fēng)，采用高強(qiáng)復(fù)合發(fā)泡封堵系統(tǒng)，以袋墻為框架填充高強(qiáng)度發(fā)泡混凝土。堵漏墻不僅起到堵漏作用，還起到加固煤柱，減少粹煤的產(chǎn)生。若該方法應(yīng)用于磁窯溝礦，將對采空區(qū)的堵漏發(fā)揮重要作用。

2 SF6示蹤氣體采空區(qū)漏風(fēng)測定

利用示蹤氣體測量巷道風(fēng)量是利用一種精密的示蹤氣體恒流釋放裝置，在已知釋放流量和釋放濃度下，通過在巷道風(fēng)流中精密檢測示蹤氣體的濃度值，進(jìn)而換算出巷道風(fēng)量。由于這種方法的測量參數(shù)可以達(dá)到很高的精確度，故可以滿足巷道風(fēng)量精確測量要求。

示蹤技術(shù)測量礦井風(fēng)量的基本原理為示蹤氣體質(zhì)量守恒。示蹤氣體釋放后與巷內(nèi)空氣迅速而充分混合，巷道內(nèi)空氣密度不發(fā)生變化；若巷道風(fēng)量一定，那么在一定時間后，接收點(diǎn)的示蹤氣體濃度將為1個常數(shù)。

連續(xù)恒量釋放法是在某一段測試巷道進(jìn)風(fēng)風(fēng)流中，恒定連續(xù)釋放SF6，然后分別在所測巷道的下風(fēng)流方向設(shè)置的采樣點(diǎn)收集氣體。若沿途各測點(diǎn)風(fēng)流中的SF6氣體濃度恒定不變，則沿途向外漏風(fēng)或不漏風(fēng)；若沿途各測點(diǎn)風(fēng)流中氣體濃度呈下降趨勢，則有漏風(fēng)涌入，通過對比分析，求得沿途漏風(fēng)量，找出漏風(fēng)規(guī)律。

示蹤氣體的釋放速率為q，假定采樣時示蹤氣體已與空氣充分均勻混合，通過某一采樣點(diǎn)A的風(fēng)量為QA，示蹤氣體的濃度為CA，沿途有風(fēng)流漏入，下一采樣點(diǎn)B的風(fēng)量為QB，SF6的濃度為CB，則這兩點(diǎn)之間的漏風(fēng)量ΔQ為：

2.1 漏風(fēng)量測試設(shè)備

SF6氣體連續(xù)恒定釋放系統(tǒng)由示蹤氣體及鋼瓶、減壓器、穩(wěn)壓器、穩(wěn)流器及流量計等組成(圖4)。釋放裝置經(jīng)過二級穩(wěn)壓和一級穩(wěn)流，保證釋放流量穩(wěn)定及連續(xù)可調(diào)。流量范圍可控制在20 ml/min～250 ml/min。用氣囊在各個采樣點(diǎn)采氣，利用GC-4000A型氣相色譜儀檢測所采集氣的中SF6的濃度。通過分析計算可得到工作面采空區(qū)的漏風(fēng)量分布及規(guī)律。

圖4 SF6示蹤氣體連續(xù)定量釋放及檢測配套裝置

2.2 10202工作面采空區(qū)漏風(fēng)實(shí)測

根據(jù)10202工作面通風(fēng)系統(tǒng)及巷道布置情況，共設(shè)置5個SF6采樣點(diǎn)、1個SF6釋放點(diǎn)，測點(diǎn)布置如圖5。

圖5 工作面漏風(fēng)測點(diǎn)布置示意

SF6連續(xù)釋放流量為200 ml/min，釋放地點(diǎn)在工作面距進(jìn)風(fēng)巷口60 m；采樣點(diǎn)有5處，分別為：在回采工作面從釋放點(diǎn)下風(fēng)流50 m處每隔30 m測定一個數(shù)據(jù)，共4個測點(diǎn)；另外在回風(fēng)巷距工作面30 m處測定一個數(shù)據(jù)。釋放點(diǎn)與1測點(diǎn)相距為50 m；30 min后測點(diǎn)按照順序可依次檢測。

2.3 檢測結(jié)果及分析

根據(jù)以上布點(diǎn)方案，利用GC-4000A型氣相色譜儀測定氣體濃度，同時根據(jù)公式可計算出漏風(fēng)量及漏風(fēng)率，計算結(jié)果及濃度測定如下表1所示。

式中：q為SF6氣體的釋放量，ml/min；αi為巷道i段的漏風(fēng)率，%；Ci+1為各點(diǎn)SF6的氣體濃度，%；Q總為總進(jìn)風(fēng)量，m3/min。

首先對漏入采空區(qū)又流出的風(fēng)量進(jìn)行測定，濃度測定如下表2所示。

表1 SF6氣體濃度

表2 測定結(jié)果

由表2可知，①工作面中部漏風(fēng)量較大，隨后漏風(fēng)量逐漸減小，主要是由于工作面中部負(fù)壓較大，漏入采空區(qū)風(fēng)流在此涌出，但是整體工作面漏風(fēng)量從120 m3/min降至65.02 m3/min；②地表漏風(fēng)量90 m3/min降低到24 m3/min，降低了66 m3/min；③堵漏后因后部增阻，工作面漏風(fēng)區(qū)段的長度增加，這說明工作面堵漏措施對抑制采空區(qū)漏風(fēng)起到了很好的作用，但是地表漏風(fēng)仍舊存在，這對礦井在后續(xù)地表封堵提出了更高的要求。

3 結(jié)語

磁窯溝礦10202工作面在未封堵之前，采空區(qū)漏風(fēng)量較大，不利于采空區(qū)浮煤自燃防治。封堵后采空區(qū)漏風(fēng)量整體降低，地表漏風(fēng)量下降，封堵措施對抑制采空區(qū)漏風(fēng)起到了很好的作用。