巷道充填固化膨脹材料技術(shù)在火區(qū)啟封中的應(yīng)用

李 興

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.大同煤礦集團(tuán)公司通風(fēng)處，山西 大同 037003）

巷道充填固化膨脹材料技術(shù)在火區(qū)啟封中的應(yīng)用

李 興1，2

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.大同煤礦集團(tuán)公司通風(fēng)處，山西 大同 037003）

礦井火區(qū)封閉后，雖已具備全面啟封形成全風(fēng)壓系統(tǒng)的條件，但縮小啟封范圍，防止火區(qū)重新供氧可能出現(xiàn)的復(fù)燃和瓦斯事故，在與封閉的熄滅火區(qū)貫通時(shí)，提出了利用巷道充填固化膨脹材料技術(shù)，對(duì)火區(qū)進(jìn)行縮封隔離，要將直接與封閉區(qū)貫通變?yōu)橄扰c固化膨脹材料墻貫通，確保了啟封與貫通的安全。

巷道充填；固化膨脹材料；火區(qū)；啟封；貫通

隨著煤礦開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展，各種新材料、新工藝、新技術(shù)、新裝備在煤礦廣泛應(yīng)用，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)、效益提高和技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用。本文介紹大同煤礦集團(tuán)公司煤峪口礦12號(hào)層307盤區(qū)采用巷道充填固化膨脹材料技術(shù)啟封火區(qū)的相關(guān)情況。

1 概況

307盤區(qū)位于煤峪口礦井田的西部，12號(hào)煤層系近水平煤層，厚度一般為5.3 m～7.8 m，采煤方法為綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采。

2007年2月21日，12號(hào)層307盤區(qū)8705工作面煤柱發(fā)生內(nèi)因火災(zāi)后，由于采取的一系列直接滅火措施無(wú)法奏效，火勢(shì)惡化，被迫于2007年3月8日將307盤區(qū)整體封閉。封閉后，對(duì)火區(qū)采取了地面注氮、黃泥灌漿、堵漏、均壓等措施進(jìn)行治理，累計(jì)注氮?dú)?730250 m3，灌漿46270 m3。

截止發(fā)火封閉為止，307盤區(qū)還剩4個(gè)工作面沒(méi)有開(kāi)采，其中：8702工作面兩順槽巷已全部到位，距貫通僅剩20 m，8703工作面距采出還有270 m，8710、8708工作面尚未開(kāi)掘，剩余儲(chǔ)量約為150萬(wàn)t。

經(jīng)過(guò)近兩年的治理及觀察，通過(guò)對(duì)火區(qū)內(nèi)氣體的取樣化驗(yàn)分析，從2007年4月起，火區(qū)內(nèi)氣體、溫度等參數(shù)已全部下降到《煤礦安全規(guī)程》第248條中規(guī)定的火區(qū)熄滅條件，同時(shí)從礦井正常采掘接替的需要出發(fā)，決定先對(duì)307火區(qū)內(nèi)12號(hào)層5702巷、2702巷實(shí)施啟封。12號(hào)、14號(hào)層307盤區(qū)上下層局部對(duì)照?qǐng)D，見(jiàn)圖1。

圖1 12號(hào)、14號(hào)層307盤區(qū)上下層局部對(duì)照?qǐng)D

2 307火區(qū)啟封的緣由

12號(hào)層與14號(hào)層的層間距為4m～11m，兩層巷道為內(nèi)錯(cuò)布置形式，根據(jù)采掘銜接計(jì)劃：14號(hào)層307盤區(qū)軌道巷、皮帶巷、回風(fēng)巷到位后，開(kāi)始布置工作面進(jìn)行回采。按照盤區(qū)后退式的開(kāi)采原則，將首采8702面，若14號(hào)層8702工作面回采后，則上覆對(duì)應(yīng)的12號(hào)層8702工作面將會(huì)蹬空，無(wú)法再進(jìn)行回采。

考慮到307火區(qū)內(nèi)火源已經(jīng)熄滅，為了減少資源浪費(fèi)、提高煤炭回收率、延長(zhǎng)礦井壽命，有必要啟封火區(qū)，將12號(hào)層剩余的4個(gè)工作面采出，同時(shí)為下覆14號(hào)層的正常開(kāi)采創(chuàng)造條件。但是，12號(hào)層307盤區(qū)由于受沖擊地壓作用，盤區(qū)巷道煤柱的完整性遭到嚴(yán)重破壞，存在大量漏風(fēng)通道，再加上封閉區(qū)內(nèi)積存有大量高濃度的瓦斯，如果啟封時(shí)利用原12號(hào)層的巷道和通風(fēng)系統(tǒng)，一旦控制不當(dāng)，很容易發(fā)生火區(qū)復(fù)燃及瓦斯爆炸事故。

現(xiàn)在，由14號(hào)層掘進(jìn)的盤區(qū)巷道已經(jīng)到了12號(hào)層8702工作面的下部，利用14號(hào)層的巷道，去開(kāi)采12號(hào)層的工作面相對(duì)合理，另外，從巷道施工進(jìn)度考慮，也已經(jīng)具備了與12號(hào)層8702工作面兩巷貫通的條件。但是由于2702巷、5702巷均與原火區(qū)相聯(lián)通，巷內(nèi)積聚了大量的有害氣體，在貫通前又無(wú)法進(jìn)入封閉區(qū)內(nèi)將有害氣體排出；所以為保證貫通工作的安全，必須制定周密詳細(xì)的火區(qū)啟封方案和相應(yīng)措施。

3 啟封及貫通

3.1 盤區(qū)開(kāi)采、火區(qū)啟封、治理方案

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）朱紅青教授對(duì)307火區(qū)內(nèi)氣體及氣壓經(jīng)過(guò)定性和定量分析后指出：307盤區(qū)雖已符合啟封條件，但由于火區(qū)情況復(fù)雜，啟封后存在復(fù)燃的可能性，在啟封火區(qū)前必須對(duì)復(fù)燃進(jìn)行預(yù)處理。據(jù)此，煤峪口礦制定了盤區(qū)開(kāi)采、火區(qū)啟封及治理方案：即：在14號(hào)層307盤區(qū)巷道到位后，先在2702、5702巷外圍分別通過(guò)灌注羅克休，使其形成一堵與上層巷道完全接頂?shù)? m長(zhǎng)的墻體，將其與原火區(qū)隔絕，對(duì)火區(qū)進(jìn)行縮封。然后再由14號(hào)層向8702下工作面掘進(jìn)部分巷道與原有巷道貫通，利用14號(hào)層307盤區(qū)構(gòu)成運(yùn)輸、出煤、通風(fēng)系統(tǒng)，不再與12號(hào)層原火區(qū)發(fā)生任何聯(lián)系。充填效果示意圖，見(jiàn)圖2。

圖2 縮封密閉充填效果示意圖

3.2 貫通方法

307火區(qū)封閉前，12號(hào)層8702工作面兩巷均與火區(qū)相通，即使采取縮封火區(qū)的方法，將8702工作面兩巷與12號(hào)層原系統(tǒng)隔絕，但因封閉時(shí)間較長(zhǎng)，2702、5702巷內(nèi)仍積聚有高濃度瓦斯。若直接由14號(hào)層掘進(jìn)巷道與2702、5702巷貫通，極易發(fā)生瓦斯爆炸事故。

為保證巷道貫通的安全，經(jīng)過(guò)研究，制訂了如下貫通方法：貫通前，先由14號(hào)層向12號(hào)層2702、5702巷貫通點(diǎn)左右7 m范圍內(nèi)，采用固化膨脹材料進(jìn)行充填；貫通時(shí)，直接進(jìn)入固化膨脹材料墻體，不與巷內(nèi)空氣接觸，以防止發(fā)生瓦斯事故。固化膨脹材料充填效果示意圖，見(jiàn)圖3。

3.3 貫通措施

圖3 貫通密閉充填效果示意圖

307火區(qū)啟封方案確定后，煤峪口礦根據(jù)方案結(jié)合采掘銜接計(jì)劃，開(kāi)始有計(jì)劃、有步驟地由14號(hào)層向12號(hào)層掘進(jìn)巷道，在14號(hào)層307盤區(qū)軌道巷、皮帶巷、回風(fēng)巷到位后，307火區(qū)啟封條件已全部具備。為保證啟封工作的安全，編制了14號(hào)層向12號(hào)層5702、2702巷貫通安全技術(shù)組織措施，措施中明確了先實(shí)施5702巷的貫通，再實(shí)施5702系統(tǒng)巷的貫通，最后實(shí)施2702巷的貫通順序。

3.3.1 貫通前的準(zhǔn)備工作

a.巷道掘進(jìn):在14號(hào)層掘進(jìn)2702巷67m、5702巷43m；由14號(hào)層向12號(hào)層2702、5702巷分別掘進(jìn)運(yùn)料系統(tǒng)巷80m，以構(gòu)成8702工作面的通風(fēng)、運(yùn)輸系統(tǒng)。

b.優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)：為保證啟封期間通風(fēng)系統(tǒng)的合理、穩(wěn)定、可靠，在14號(hào)層307盤區(qū)軌道尾、皮帶尾、5702巷分別構(gòu)筑一組調(diào)節(jié)風(fēng)門，將原設(shè)在307回風(fēng)巷、408回風(fēng)西的調(diào)節(jié)風(fēng)門拆除，使14號(hào)層307盤區(qū)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。

c.灌注固化膨脹材料（見(jiàn)表1）：根據(jù)貫通方案：由14號(hào)層巷道向12號(hào)層施工Φ69 mm的鉆孔，在5702、2702巷外圍灌注固化膨脹材料，以形成一段長(zhǎng)2 m的墻體，將5702、2702巷與307盤區(qū)原系統(tǒng)隔絕，達(dá)到縮封火區(qū)的目的；在5702、2702巷貫通點(diǎn)處灌注固化膨脹材料，以形成7 m長(zhǎng)的有效墻體，保證貫通時(shí)的安全。

表1 鉆孔工程量及固化膨脹材料使用量

3.3.2 實(shí)施貫通和啟封

巷道掘進(jìn)、火區(qū)縮封、貫注固化膨脹材料墻、其它貫通準(zhǔn)備工作到位后，依次對(duì)5702、2702巷實(shí)施了安全貫通。

a.掘進(jìn)巷道。5702巷貫通點(diǎn)處煤體厚度為6m，2702系統(tǒng)巷貫通點(diǎn)處煤體厚度為6.5 m （垂直距離）。貫通時(shí)先用炮掘的方式掘進(jìn)3m，再用風(fēng)鎬、銅錘等工具掘進(jìn)2.5 m，剩余0.5 m貫通時(shí)停掘。貫通最后3m煤墻時(shí)，以1.5m×1.5m的小斷面掘進(jìn)。

b.設(shè)備斷電。為確保安全，在貫通剩余0.5m時(shí)停掘，將14號(hào)層307盤區(qū)進(jìn)、回風(fēng)流中除局部通風(fēng)機(jī)以外的電氣設(shè)備電源全部切斷，并檢查設(shè)備的斷電情況及局部通風(fēng)機(jī)的完好情況。

c.貫通巷道。設(shè)備斷電后，由救護(hù)隊(duì)員繼續(xù)手工挖通最后0.5m煤墻，見(jiàn)到固化膨脹材料墻時(shí)停止工作。

d.偵察。由救護(hù)隊(duì)員佩戴呼吸器,將通向隔絕墻側(cè)的固化膨脹材料墻掏開(kāi)小口進(jìn)入5702、2702巷外圍,偵察巷內(nèi)氣體、溫度、支護(hù)、積水等情況。

e.排放瓦斯。巷道貫通后，經(jīng)救護(hù)隊(duì)員偵察5702、2702巷外圍支護(hù)較好、無(wú)積水存在，固化膨脹材料灌注的隔絕墻比較嚴(yán)密，無(wú)需在隔絕墻前再構(gòu)筑臨時(shí)木板閉進(jìn)行鎖風(fēng)，可直接利用風(fēng)筒排放5702、2702外圍巷道內(nèi)的瓦斯。

f.構(gòu)筑防火密閉。5702、2702外圍巷道內(nèi)的瓦斯排放完畢后，在兩巷合適的位置各構(gòu)筑一座防火密閉，將8702工作面巷道與12號(hào)層307盤區(qū)原系統(tǒng)完全隔絕。防火密閉采用片石、水泥砂漿構(gòu)筑，里外墻均厚1 m、間距0.5 m，中間2/3以下用黃土充填，上部1/3用固化膨脹材料充填。

g.排瓦斯、排水。外圍密閉構(gòu)筑完畢后，手工掏開(kāi)貫通口以里的固化膨脹材料墻體，進(jìn)入5702、2702里面巷道，采用28 kW局扇從外向里采用延接風(fēng)筒的方式，逐段排放巷道內(nèi)積存的瓦斯，在積水難以渡過(guò)時(shí)再排水，排瓦斯、排水工作依次循環(huán)進(jìn)行。2007年5月31日，2702巷積水排放完畢，307火區(qū)啟封工作結(jié)束。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐表明，應(yīng)用新型固化膨脹材料對(duì)封閉巷道進(jìn)行充填，可以充分發(fā)揮其特有的快速凝固及高膨脹性能，在火區(qū)縮封和與封閉區(qū)貫通中，能形成嚴(yán)密的隔絕墻體，起到很好的隔絕效果，為火區(qū)安全啟封創(chuàng)造了有利條件。

Application of Solidifying Expantion Materil to Reopen Fire Area

LI Xing1,2
(1.Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024;2.Vantilation office,Datong Coal Group,Datong shanxi;037003,China)

To reduce the reopening scope,prevent refirement and gas burst,a solidifying expantion material is used to fill inentries,divid fired area and qarantee the safety whil reopening the fired area.

fill in enrry;solidifying expantionmaterial;fired aredp;reopen;link up

TD75+2.2

A

1672-5050（2010）01-0077-03

2009-03-20

李興（1964—），男，山西大同人，在讀工程碩士研究生，高級(jí)工程師，從事煤礦生產(chǎn)安全技術(shù)管理工作。

劉新光