劉大虎 秦 鵬 孔 雷

（山東省天安礦業(yè)集團業(yè)有限公司，山東 曲阜 273100）

1 概述

星村煤礦3 煤層為易自燃煤層，實驗最短自然發(fā)火期為24d。以往工作面回采及回撤過程中時常會出現(xiàn)自然發(fā)火隱患，防火密閉墻內(nèi)由于服務(wù)年限較長會出現(xiàn)高氧氣、高一氧化碳情況。中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室對三采區(qū)3煤巖層進行了沖擊傾向性鑒定，結(jié)論為強沖擊傾向性煤層。星村煤礦掘進煤巷及回采綜放工作面均發(fā)生過沖擊地壓事故。沖擊地壓重大風(fēng)險與自然發(fā)火重大風(fēng)險并存。

礦井按照《煤礦安全規(guī)程》要求對所有永久性密閉墻每周進行一次人工束管抽樣分析，分析結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)異常。2019 年9 月25 日束管采樣分析3303 軌道順槽密閉墻內(nèi)氣體時出現(xiàn)高濃度一氧化碳（1156ppm）、乙烯（27.10ppm）、乙烷（2347ppm）情況。

2 防沖卸壓爆破與密閉墻氣體異常耦合分析研究

2.1 3303 軌道順槽密閉墻簡介

（1）3303 軌道順槽（集中輔助進風(fēng)巷至運煤巷）沿3 煤頂板布置，采用錨網(wǎng)索+鋼帶聯(lián)合支護。3 煤上距2 煤22.2 ～38.8m，平均26.0m。2 煤平均厚度0.5m，沉積不穩(wěn)定。工作面回采結(jié)束后根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求及煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化要求在45d 內(nèi)完成了最外側(cè)兩順槽密閉（與集中輔助進風(fēng)巷交叉地點去往兩順槽不大于6m 地點）。密閉采用磚墻施工，掏槽臥底300mm，密閉墻厚度500mm，密閉施工完成后對墻體進行噴涂新型材料堵漏處理。

（2）鑒于星村煤礦存在沖擊地壓及自然發(fā)火重大風(fēng)險，為了有效消除采空區(qū)自然發(fā)火重大風(fēng)險及沖擊地壓重大風(fēng)險，礦井對采空區(qū)空巷采取充填的方式進行處理。充填材料主要為超高水材料、粉煤灰等。據(jù)統(tǒng)計3303 軌道順槽密閉內(nèi)空巷累計充填超高水材料23.65t、粉煤灰1180m3，充填空間估算535m3，基本上3303 兩順槽空巷已經(jīng)充滿。

（3）前期每周一次3303 順槽密閉墻采樣分析數(shù)據(jù)正常，一氧化碳濃度維持在10ppm 以下，氧氣維持在2%以下，未出現(xiàn)乙烯氣體。

2.2 3303 軌道順槽密閉墻處煤體卸壓爆破

由于集中輔助進風(fēng)巷布置在煤巷中，留有一定頂煤，根據(jù)礦井卸壓需要，集中輔助進風(fēng)巷頂板需要實施深孔爆破卸壓。如圖1 所示。

圖1 爆破卸壓裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

（1）鉆孔間距為10m（不得超過10m），每組2 個鉆孔，鉆孔直徑90mm，鉆孔垂直于巷幫，分別在頂板兩側(cè)肩窩處開孔，與水平方向夾角60°(±5°)，深度不小于30m。

（2）每孔裝藥量：每孔裝90 卷煤礦許用二級水膠炸藥，共27kg，裝藥長度12m。炸藥規(guī)格：使用煤礦許用二級水膠炸藥，Φ27mm×400mm×300g。

（3）藥卷包裹：每3 卷炸藥綁扎成一捆（使用腳線或膠帶），將成捆炸藥放入PE 管中，裝藥時PE 管兩端要用水泥藥卷或炮泥封堵嚴(yán)，封堵長度不小于400mm。

2.3 耦合分析

根據(jù)9 月25 日3303 軌道順槽密閉墻內(nèi)束管分析報表：密閉墻內(nèi)出現(xiàn)高濃度一氧化碳（1156ppm）、乙烯（27.10ppm）、乙烷（2347ppm），但二氧化碳 （0.04%）、氧氣(1.06%)數(shù)值極小，判斷在氧氣低于3%下不可能發(fā)生煤層自燃隱患。集中輔助進風(fēng)巷正在實施頂板深孔卸壓爆破，且出現(xiàn)抽炮、鄰近空眼出現(xiàn)氣體的現(xiàn)象，沖擊地壓卸壓爆破與密閉墻內(nèi)氣體異常形成耦合因素造成上述結(jié)果。

（1）集中輔助進風(fēng)巷在3303 軌順順槽中間位置施工一頂板深孔卸壓孔，水平方向距開門點26.4m，垂直方向炸藥距巷道頂板最小距離14.12m。此處巷道支護錨索長度6m（端頭錨固），距支護空隙8m 多，且單孔裝藥量達27kg。此自由面距爆破孔段較弱，容易破壞。爆破導(dǎo)致裂隙造成漏風(fēng)通道，抽炮殘留氣體隨漏風(fēng)通道進入密閉墻內(nèi)。如圖2 所示。

圖2 深孔卸壓孔與巷道距離示意圖

（2）3303 軌道順槽施工時間較長，密閉墻服務(wù)年限超過3 年，密閉內(nèi)空巷周圍頂板下沉產(chǎn)生裂隙，密閉內(nèi)充填的超高水材料承壓低，后期充填粉煤灰含大量水。且此段巷道基本為水平巷道，水分浸泡頂板和水的流失都造成密閉內(nèi)局部地點存在孔隙，為爆破產(chǎn)生的氣體、抽炮產(chǎn)生的氣體涌出提供了通道。

（3）9 月25 日束管采樣時檢測人員未發(fā)現(xiàn)3303 軌道順槽密閉墻出現(xiàn)煙霧且無明顯漏風(fēng)等自然發(fā)火跡象，同時發(fā)現(xiàn)密閉墻內(nèi)空氣壓差顯示外側(cè)高，數(shù)據(jù)顯示氣體與密閉內(nèi)自然發(fā)火指標(biāo)氣體不同，氧氣濃度小于2%，二氧化碳濃度0.04%。

3 治理過程及效果

3.1 治理過程

由于判定上述密閉墻內(nèi)氣體異常情況在氧氣低于3%下不可能發(fā)生煤層自燃隱患。集中輔助進風(fēng)巷的頂板深孔卸壓為爆破產(chǎn)生的氣體、抽炮產(chǎn)生的氣體涌出提供了裂隙通道，沖擊地壓卸壓爆破與密閉墻內(nèi)自然發(fā)火隱患形成耦合因素造成上述結(jié)果。

（1）對3303 軌道順槽密閉墻間歇性注充填材料（超高水材料、粉煤灰、其他充填材料等），對密閉墻體進一步噴涂堵漏處理。

（2）密閉墻周圍施工的深孔卸壓爆破孔已經(jīng)完成，每班安排專人加強密閉墻周邊抽炮區(qū)域、異常區(qū)域的采樣分析。

（3）安排專人每天三班對密閉墻進行抽樣分析直至氣體采樣結(jié)果正常。

3.2 治理效果

9 月25 日至10 月4 日軌道順槽密閉墻內(nèi)束管分析報表如表1 所示。

表1 束管分析報表

4 結(jié)語

防沖卸壓爆破應(yīng)盡可能地減少對采空區(qū)防治自然發(fā)火的影響。

（1）沖擊地壓礦井應(yīng)從整體采區(qū)及工作面設(shè)計上將綜放工作面停采線外巷道、集中巷等主要風(fēng)巷布置在巖層中，避免布置在煤層中因卸壓造成的自然發(fā)火干擾因素。

（2）永久性密閉墻布置在煤巷中的應(yīng)采取以下措施防止卸壓與密閉內(nèi)自然發(fā)火耦合。

① 永久性密閉墻附近不應(yīng)有爆破活動，卸壓造成的空洞應(yīng)及時采取措施進行封堵，否則應(yīng)考慮爆破對周邊巷道的破壞以及可能產(chǎn)生新的裂隙造成漏風(fēng)，采取措施防止采空區(qū)發(fā)火、瓦斯爆炸、沖毀密閉墻。

② 永久性密閉墻內(nèi)空巷充填后仍存在一些空隙，密閉墻外巷道失修，采用錨網(wǎng)支護修復(fù)后需采取噴漿封閉圍巖，防止漏風(fēng)。

③ 永久性密閉墻附近施工卸壓大孔等活動，應(yīng)避開巷道壓力和支護影響區(qū)域，防止大孔與巷道裂隙溝通產(chǎn)生漏風(fēng)。

④ 與采空區(qū)連通的密閉墻布置在煤層中時充填空巷長度不低于20m，且應(yīng)充實頂板破碎區(qū)。

（3）深部礦產(chǎn)資源的開采面臨著沖擊地壓、自然發(fā)火、高溫等難題。沖擊地壓防治與管控大部分通過煤體卸壓的手段來實施，但卸壓爆破作業(yè)殘留的氣體極易與煤體自然發(fā)火的指標(biāo)性氣體混淆。沖擊地壓礦井密閉墻內(nèi)忽然出現(xiàn)高濃度一氧化碳及乙烯等自然發(fā)火指標(biāo)性氣體時應(yīng)進行認(rèn)真分析，優(yōu)先考慮卸壓爆破的影響。