邵光磊，唐耀勇，劉煥石

（兗礦集團有限公司楊村煤礦，山東 濟寧272118）

1 概況

楊村煤礦315工作面所采煤層為3層煤，煤層厚度為8.57m，煤層具有自燃傾向性，自然發(fā)火期為60天，屬容易自燃煤層；煤塵具有較強的爆炸性，煤塵爆炸指數(shù)為40.63%；礦井歷年瓦斯等級鑒定均為低瓦斯礦井。

現(xiàn)階段楊村煤礦進行礦井開采后期，工作面多為回收煤柱工作面，掘進期間與老空巷道貫通頻繁，老空巷道貫通后因與采空區(qū)聯(lián)通，打破了原封閉工作面內(nèi)的氣候環(huán)境，容易發(fā)生煤炭自燃情況，如何對工作面進行高效快速封閉，進行預(yù)先處理，是現(xiàn)階段礦井面對的主要難題，楊村煤礦通過不斷實踐、總結(jié)、優(yōu)化，形成了一整套針對沿空掘巷預(yù)處理的方案。

2 掘進工作面與采空區(qū)巷道貫通預(yù)處理

2.1 巷道貫通期間采取措施

掘進工作面施工至老空巷道處時，根據(jù)老空巷道不同的情況進行處理：

1）對于原老空巷道外封閉長度較短，未采取混凝土墻方式構(gòu)筑的，提前對安設(shè)局部通風(fēng)對采空區(qū)進行排放瓦斯，瓦斯排放結(jié)束后由地測部門標(biāo)示處貫通點位置后，立即采取封閉。

2）對于老空巷道采取充填或施工混凝土墻的情況，采取施工鉆孔排放瓦斯的方式，當(dāng)掘進位置距貫通點5m時，由掘進迎頭向貫通點施工鉆孔，取樣分析貫通點內(nèi)的氣體情況，埋設(shè)管路，利用壓風(fēng)向貫通點壓風(fēng)排放貫通區(qū)域氣體，控制壓風(fēng)量，在排出氣體中CH4濃度小于0.5%、O2濃度大于18%、CO濃度小于24ppm、CO2濃度小于1.5%，且穩(wěn)定30分鐘后，進行掘進貫通。

2.2 貫通后的封閉施工

貫通后，楊村煤礦提出一種剛?cè)釓?fù)合封閉方法，達(dá)到了快速封閉、有效封堵漏風(fēng)、抗沖擊性能良好的封閉目的，采取了板閉、涂膠帆布、粉煤灰袋、高分子發(fā)泡材料、鋼筋混凝土復(fù)合充填的方式（見圖1）：

圖1 臨空老巷剛?cè)釓?fù)合封閉示意圖

2.2.1 快速封閉

首先在揭露的沿空老巷內(nèi)使用木板簡單架設(shè)骨架，木板上覆蓋涂膠帆布，形成板閉，然后在板閉上立即噴射0.5m厚高分子發(fā)泡材料，起到快速封閉的目的。該方式構(gòu)筑板閉用料便捷、架設(shè)快速，現(xiàn)場一般兩個小時便能構(gòu)筑完畢，能夠快速隔離采空區(qū)，減少因啟封造成的采空區(qū)漏風(fēng)情況，達(dá)到快封閉的目的。

該墻涂膠帆布本身可起到防止漏風(fēng)的作用，高分子發(fā)泡材料一般選用賽福特、羅克休等材料，發(fā)泡迅速、噴涂方便，受壓后不宜干裂的特點，起到了快速封閉采空區(qū)、防止煤層自燃以及有毒有害氣體外溢的作用。

2.2.2 緩沖墻

高分子發(fā)泡材料往外構(gòu)筑3m粉煤灰袋墻，墻體兩側(cè)掛網(wǎng)防倒，砂袋垛兩側(cè)接幫，上部接頂，底部清除浮矸，確保封堵嚴(yán)密。

該墻粉煤灰袋具有支撐寬度大、不易變形、材料廉價的特點，起到了支撐巷道、減少巷道變形，當(dāng)采空區(qū)內(nèi)發(fā)生沖擊時具有一定的緩沖作用，確保掘進及采煤期間的安全。

2.2.3 鋼筋混凝土墻

在最外面構(gòu)筑1m厚鋼筋混凝土墻，在距高分子發(fā)泡材料往外每隔250mm施工一組錨桿，共計施工三組，每組錨桿底板、頂板等距施工6根錨桿，兩幫等距施工4根錨桿，每組錨桿上覆蓋全斷面鐵絲菱形網(wǎng)，菱形網(wǎng)通過錨桿托盤固定在錨桿上，且每一道菱形網(wǎng)縱橫各使用不少于2道鋼筋梯固定，然后采取澆筑或噴漿機噴漿的方式構(gòu)筑鋼筋混凝土墻，共計厚度1m（見圖2）。其特點是：混凝土墻強度大、抗沖擊，起到了支撐巷道、防止采空區(qū)沖擊的作用。

圖2 鋼筋混凝土墻施工方式

3 沿空硐室預(yù)處理方案

工作面回采期間，需要在順槽巷幫施工部分硐室作為絞車硐室、信號硐室、皮帶機頭硐室等，若下一步需在其一側(cè)布置新工作面時，這些已處于采空區(qū)的硐室區(qū)域留設(shè)的煤柱將小于設(shè)計尺寸，或直接貫通老空區(qū)，如處理不得當(dāng)，該區(qū)域?qū)⑿纬陕╋L(fēng)通道，加快采空區(qū)的氧化速度，給采空區(qū)及沿空區(qū)域煤柱自然發(fā)火防治帶來壓力，通過實踐，楊村煤礦采取了沿空硐室預(yù)處理技術(shù)，取得的良好效果。

工作面臨空順槽硐室充填分為深度小于2.5m硐室和深度大于2.5m硐室兩種（如圖3），均采用爐渣袋、賽福特（羅克休）、舊風(fēng)筒布、金屬網(wǎng)等進行剛?cè)釓?fù)合充填封閉。

圖3 工作面臨空順槽硐室

3.1 深度小于2.5m硐室充填方案

工作面臨空順槽硐室充填時自里往外的施工順序是：

1）在工作面臨空順槽硐室里側(cè)先掛舊風(fēng)筒布以提高封閉效果，風(fēng)筒布要展平，覆蓋硐室全斷面，接茬壓邊嚴(yán)密，周邊與硐室頂幫連接好。

2）緊貼風(fēng)筒布構(gòu)筑0.7m厚的爐渣袋承壓墻。

3）在爐渣袋墻外側(cè)再懸掛舊風(fēng)筒布，覆蓋硐室全斷面。

4）在風(fēng)筒布上噴射0.5m厚的賽福特（或羅克休）柔性密閉墻，受壓變形但不產(chǎn)生裂隙，確保封閉效果。

5）柔性賽福特密閉墻外側(cè)再構(gòu)筑爐渣袋墻，厚度與巷道巷幫平齊，充填滿整個硐室。

6）爐渣袋墻最外側(cè)掛菱形金屬網(wǎng)防倒，菱形網(wǎng)與硐室周邊金屬網(wǎng)連接牢固。

3.2 深度大于2.5m硐室充填方案

工作面臨空順槽硐室充填時自里往外的施工順序是：

1）在工作面臨空順槽硐室里側(cè)先掛舊風(fēng)筒布以提高封閉效果，風(fēng)筒布要展平，并覆蓋硐室全斷面，接茬壓邊嚴(yán)密，周邊與硐室頂幫連接好；

2）緊貼風(fēng)筒布構(gòu)筑1.0m厚的爐渣袋承壓墻；

3）在爐渣袋墻外側(cè)再懸掛舊風(fēng)筒布，并覆蓋硐室全斷面；

4）在風(fēng)筒布上噴射0.5m厚的賽福特（或羅克休）柔性密閉墻，受壓變形但不產(chǎn)生裂隙，確保封閉效果；

5）柔性賽福特密閉墻外側(cè)再構(gòu)筑爐渣袋墻，厚度與巷道幫平齊，充填滿整個硐室；

6）爐渣袋墻最外側(cè)懸掛菱形金屬網(wǎng)防倒，菱形網(wǎng)與硐室周邊金屬網(wǎng)連接牢固。

4 沿空封閉區(qū)域日常管理方法

4.1 留設(shè)注漿管路

墻體構(gòu)筑時提前預(yù)留1路4寸注漿管路，并在墻外加截止閥，以便壓注惰性氣體或膠體泥漿，并埋設(shè)溫度傳感器預(yù)留4路束管，束管末端吊在巷道頂部，一路利用束管監(jiān)測系統(tǒng)抽取采空區(qū)氣樣進行在線檢測，一路人工取樣，一路接氣壓管，一路備用；對于墻體位置較低有積水情況時，在墻體下部留設(shè)2路4寸排水管，排水管外加設(shè)閥門。

4.2 壓注膠體

墻體構(gòu)筑完畢后，為進一步封堵漏風(fēng)，對密閉墻周邊，及墻體里側(cè)施工鉆孔或留設(shè)的措施孔，壓注膠體，進一步封堵漏風(fēng)。

4.3 封閉后的檢測

1）利用埋設(shè)的束管，每天一次利用JSG-7束管檢測系統(tǒng)做好自然發(fā)火的預(yù)測預(yù)報工作，分析內(nèi)容為：CH4、CO2、CO、O2、N2、C2H2、C2H4。

2）人工取樣，每周至少一次人工對采空區(qū)內(nèi)的氣體進行取樣分析，出現(xiàn)異常時及時通知有關(guān)部門進行處理。

5 效果分析

該技術(shù)的應(yīng)用針對煤礦臨空老巷煤體破碎易形成漏風(fēng)通道造成煤層自燃，采空區(qū)有毒有害氣體溢出造成瓦斯爆炸、人員窒息等問題，提出一種板閉、涂膠帆布、爐渣袋、高分子發(fā)泡材料、鋼筋混凝土復(fù)合封閉方法，經(jīng)過在楊村煤礦現(xiàn)場施工，達(dá)到了快速封閉、有效封堵漏風(fēng)、抗沖擊性能良好的封閉目的，杜絕了采空區(qū)有毒有害氣體外溢，同時通過對封閉后采空區(qū)的氣體取樣分析結(jié)果與以往數(shù)據(jù)進行對比，可以看出該方法施工后的采空區(qū)，自然發(fā)火概率大大降低，保證了臨空作業(yè)地點的施工安全。