三聚盛煤業(yè)揭露老空區(qū)煤層自然發(fā)火防治研究

張建山

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)太原有限公司，山西 太原 030006）

三聚盛煤業(yè)為兼并重組礦井，井田內(nèi)揭露多處老窯和老空區(qū)，從地面漏風(fēng)至小窯巷道及老空區(qū)內(nèi)，容易造成煤層自然發(fā)火，由于小窯巷道與老空區(qū)聯(lián)通較好，有可能造成大面積火災(zāi)事故，且滅火難度較大，會給礦工造成生命安全威脅，影響礦井的正常建設(shè)生產(chǎn)。因此，需要切斷漏風(fēng)通道，采取綜合防治措施，防止小窯巷道與老空區(qū)內(nèi)發(fā)生自燃火災(zāi)。

1 工程概況

三聚盛煤業(yè)為資源整合礦井，井田范圍內(nèi)小窯、老空區(qū)密布，且開采的9#煤層自燃傾向Ⅱ級，屬自燃煤層。在前期現(xiàn)場施工過程中，巷道揭露、穿過老空區(qū)破壞程度較為復(fù)雜，范圍較大，巷道在采用架U型鋼棚、噴漿支護(hù)的情況下，仍無法避免采空區(qū)漏風(fēng)，極易引起煤層自燃。

老空區(qū)有以下基本特點(diǎn)：（1）小窯開采區(qū)域埋深較淺，采空區(qū)上部裂隙與地表貫通；（2）小窯空區(qū)、巷道大部分沒有垮落冒實(shí)，彼此互相聯(lián)接；（3）通過揭露的小窯巷道及老空區(qū)的情況看，其遺煤較多，大部分都已粉化；（4）小窯巷道結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一旦漏風(fēng)，一些獨(dú)頭巷道容易形成較好的蓄熱條件；（5）大部分小窯巷道內(nèi)沒有明水，較為干燥。

2 綜合治理技術(shù)方案確定及工程設(shè)計(jì)

2.1 綜合治理技術(shù)方案的確定

根據(jù)調(diào)查，井下不僅存在體積較大的采空區(qū)和舊巷，同時(shí)這些采空區(qū)與舊巷中伴隨著大量的裂縫、裂隙。針對這種復(fù)雜多樣的漏風(fēng)通道，經(jīng)過多次研究，確定綜合治理技術(shù)方案為：對采空區(qū)采取防火密閉加黃泥灌漿填充和舊巷等空區(qū)空間進(jìn)行防火密閉，對煤壁裂隙和巷道松動圈等體積小的縫隙部位進(jìn)行注漿堵漏。

2.2 綜合治理方案的工程設(shè)計(jì)

（1）灌漿材料選擇

目前煤礦常用的灌漿材料主要有高水材料、膏體材料、高濃度材料、黃土、電廠粉煤灰、煤矸石粉、頁巖、尾礦等。

膏體材料和高濃度材料的水灰比較小，可注性較差，注漿半徑過小，其對煤-煤、煤-矸、矸-矸的膠結(jié)效果較差，需用材料多，輔助運(yùn)輸能力要求大，因此不太適合作為老空充填。高水材料成本相對較高。

由于三聚盛煤業(yè)有限公司地表被大面積黃土覆蓋，取土較為方便，灌漿材料選用黃土，挖掘機(jī)運(yùn)抵制漿站，因此是填充老空區(qū)的首選。

（2）施工地點(diǎn)確定

主井、回風(fēng)井周圍小窯巷道及空區(qū)，副井及行人井通往探水巷的兩個(gè)入口，探水巷溜煤眼，一采區(qū)皮帶上山揭露的老巷。見圖1。

小窯巷道、老空區(qū)的主要充填范圍為井筒煤層段及其煤層平巷段。該區(qū)域內(nèi)主井主要巷道有：①主井左側(cè)沿井筒方向有一條大概3m×2.5m（局部寬度超過4m）的小窯巷道，該巷道垂直井筒方向有5條小窯巷道（根據(jù)密閉聯(lián)系單推測），其中主井端已密閉，相反端延伸至采空區(qū)；② 主井右側(cè)3m左右也有一條沿井筒的小窯巷道，其延伸方向和距離不明。

圖1 主井、回風(fēng)井已知小窯分布圖

回風(fēng)井右側(cè)小窯巷道沒有進(jìn)行充填，只打設(shè)密閉。風(fēng)井左側(cè)小窯巷道主要是主井的右側(cè)區(qū)域內(nèi)小窯巷道和風(fēng)井迎頭的小窯巷道的延伸段。

（3）小窯巷道充填密閉參數(shù)

① 充填料配比方案

根據(jù)三聚盛煤業(yè)有限公司灌漿的輸送距離、煤層傾角、灌漿方式及灌漿材料，并參照其他礦井的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，泥漿土水比暫定為1:3，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際操作效果進(jìn)行調(diào)整。

② 密閉充填體的厚度

自燃煤層中所有煤柱的設(shè)計(jì)都要考慮防火的要求，煤柱寬度一般不應(yīng)小于6m。根據(jù)晉能集團(tuán)規(guī)定要求，將新掘巷道周圍6m范圍的小窯巷道和老空區(qū)進(jìn)行充填，保證新掘巷道6m保護(hù)煤柱的完整性，即達(dá)到安全要求。如圖2為密閉充填體示意圖。

圖2 充填體的密封

③ 充填體的密閉墻體厚度

黃土材料漿體有一定的流動性，因此需要在充填體的兩端構(gòu)筑密閉墻體，防止?jié){體流串，減少成本。根據(jù)晉能集團(tuán)2018年1月下發(fā)的《一通三防管理工作標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中規(guī)定，巷高3.0m以下，采用紅磚砌閉墻體厚度為0.7m，采用料石砌閉墻體厚度為1m；巷高3.0～3.5m，采用紅磚砌閉墻體厚度為1m，采用料石砌閉墻體厚度為1.5m；巷高3.5m以上，采用紅磚砌閉墻體厚度1.5m，采用料石砌閉墻體厚度2m。

（4）小窯巷道充填密閉工藝

① 采用密閉空間，機(jī)械攪拌制漿，管道輸送灌漿充填的循環(huán)操作方式進(jìn)行。

整體工作流程：小窯巷道密閉處掏槽→壘設(shè)磚墻（一般一次5～6層磚）→ 制漿充填→磚墻接頂→漿體接頂。

漿體制備流程：加水 →倒過篩黃土至制漿池→ 攪拌 → 將漿體輸送進(jìn)入密閉空間。

② 小窯巷道與新掘巷道空間關(guān)系。該區(qū)域小窯巷道四通八達(dá)，小窯的層位變化較多，有的小窯巷道沿煤層下部夾矸推進(jìn)，有的向頂板方向掘進(jìn)，有的向下掘進(jìn)，有的沿煤層位平掘，小窯巷道與目前新掘進(jìn)巷道的空間位置較為復(fù)雜，因此需要分不同情況進(jìn)行密閉與充填。

（5）主井、風(fēng)井充填密閉方式

主井、風(fēng)井附近的小煤窯四通八達(dá)，尤其是主井附近，如果進(jìn)行簡單由上而下的灌注，會造成漿體流串，且可能灌注至大采空區(qū)范圍，會造成充填密閉成本增加和充填密閉工期的延長。

控制漿體流串范圍，主要是對小煤窯充填范圍以外的空區(qū)巷道進(jìn)行封閉，因此充填的前提主要是對主井、風(fēng)井附近的小窯巷道進(jìn)行調(diào)查，及時(shí)對小窯巷道進(jìn)行密閉，減少跑漿，降低成本。

如圖3所示，兩個(gè)井筒都已經(jīng)開掘到位，從兩個(gè)井筒及井筒煤層延伸段重新開掘巷道揭露小窯不太現(xiàn)實(shí)。目前總回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷橫穿井筒煤柱及主井右側(cè)煤柱，利用該條巷道揭露主井風(fēng)井之間、主井右側(cè)的小窯巷道較為便利。巷道6m寬范圍內(nèi)的小窯巷道空區(qū)進(jìn)行充填，其范圍如圖4所示。具體充填密閉工程需要做專門的安全技術(shù)措施。

圖3 通過總回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷揭露小窯巷道空間位置

圖4 主井、回風(fēng)井小窯充填范圍

3 小窯巷道充填量測算及密閉充填效果預(yù)測

根據(jù)以上綜合防滅火技術(shù)方案，初步測算充填工程量如下：

主井、風(fēng)井底部石門及繞道區(qū)域充填工程量為2652m3，一采區(qū)皮帶上山充填工程量為2774m3，探水巷須對溜煤眼及副井、行人井通往探水巷的兩個(gè)入口處進(jìn)行充填，充填工程量為204m3，充填合計(jì)工程量為5630m3。

工程施工結(jié)束后，應(yīng)對充填治理過的小窯巷道設(shè)點(diǎn)觀測，對封堵治理效果進(jìn)行驗(yàn)證，如不漏風(fēng)則治理結(jié)束，如發(fā)現(xiàn)還有漏風(fēng)，則進(jìn)行再次注漿治理。

由于本次工程還未施工結(jié)束，缺少后續(xù)對小窯巷道的監(jiān)測數(shù)據(jù)。因此，密閉充填效果尚待今后進(jìn)行分析驗(yàn)證。

4 結(jié)論

本文以三聚盛煤業(yè)對老窯和老空區(qū)煤層自燃進(jìn)行綜合治理為研究背景，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件，研究制定防滅火治理技術(shù)方案。

（1）針對該礦復(fù)雜多樣的漏風(fēng)通道，選擇對采空區(qū)采取防火密閉加黃泥灌漿填充和舊巷等空區(qū)空間進(jìn)行防火密閉，對煤壁裂隙和巷道松動圈等體積小的縫隙部位進(jìn)行注漿堵漏的綜合治理技術(shù)方案，并制定相對應(yīng)的施工工藝參數(shù)。

（2）對本次綜合防滅火技術(shù)方案的充填工程量進(jìn)行測算，合計(jì)充填工程量為5630m3。在工程施工結(jié)束后，將對充填治理過的小窯巷道設(shè)點(diǎn)觀測，驗(yàn)證本次封堵治理效果。