云岡礦采空區(qū)自然發(fā)火綜合治理技術(shù)實(shí)踐

李紅月

（同煤集團(tuán)云岡礦通風(fēng)區(qū)，山西 大同 037017）

1 采空區(qū)自然發(fā)火情況

云岡礦為高瓦斯礦井，煤層易自然發(fā)火，自然發(fā)火期為6～12個(gè)月。礦井現(xiàn)主采12#煤層，煤層厚壓力大，服務(wù)年限長(zhǎng)，同時(shí)受周邊小煤礦采動(dòng)影響較大，原408、406盤區(qū)都曾與小煤礦探通。加之服務(wù)年限長(zhǎng)，頂板壓力大，原回采完畢封閉采空區(qū)密閉墻周邊墻體裂隙發(fā)育較多，不利于礦井防滅火。2018年9月4日8820、8822采空區(qū)出現(xiàn)CO泄漏：12#層5820氣室墻氣室管孔口周圍CO濃度達(dá)1000ppm以上（CO便攜儀滿值）；408皮帶巷5820～5822-1段CO達(dá)300ppm，408皮帶巷5822以南CO濃度30～40ppm。

2 CO氣體外泄原因分析

12#層為厚煤層，原工作面順槽為沿底掘進(jìn)，頂部留有存煤，因受力、震動(dòng)等原因原采空區(qū)密閉墻周邊裂隙發(fā)育嚴(yán)重，存在漏風(fēng)通道；原采空區(qū)防火密閉墻采用黃土充填，存在緩慢下沉接頂不嚴(yán)的問題，造成漏風(fēng)；云岡礦為抽出式負(fù)壓通風(fēng)，礦井內(nèi)部壓力較周邊低，容易將周邊煤礦氣體抽入礦井。

3 確定治理方案

3.1 一期工程

首先，對(duì) 5820、5820-1、2820-2、5820、5822共用繞道風(fēng)橋5處CO氣體外泄嚴(yán)重的密閉段進(jìn)行粉煤灰充填治理，杜絕408皮帶巷CO氣體超限；然后，分別對(duì)508輔南墻、2820-1、2820、2822、2822-1、5822、5822-1、新508輔回尾墻、2820-1共用繞墻等9座密閉墻采用墻前清底，構(gòu)筑木板墻充填粉煤灰，配以墻體周邊注馬麗散的方法堵漏；最后，建立新地面灌漿站，通過從地面分別向8820和8822采空區(qū)古塘施工2趟直徑108mm的鉆孔配置套管，連接灌漿泵進(jìn)行地面黃土灌漿，實(shí)施采空區(qū)滅火。

3.2 二期工程

首先，對(duì)2828、2828-1、2828-2三座氣室墻進(jìn)行粉煤灰充填，其他密閉墻在墻前打木板墻，并在中間充填粉煤灰；之后對(duì)墻體周邊裂隙進(jìn)行馬麗散澆注；其次，408盤區(qū)8828、8824共用繞道交皮帶巷4座風(fēng)橋，使用風(fēng)機(jī)啟封排放巷內(nèi)氣體，有CO危害的使用羅克休將共用繞道交408皮帶巷風(fēng)橋以西封閉，再打開風(fēng)橋用風(fēng)機(jī)啟封排放巷內(nèi)氣體，排放期間下風(fēng)側(cè)斷電撤人。排放氣體完成后把風(fēng)橋全部打開，備料在風(fēng)橋交皮帶巷以西施工一道永久密閉（已有密閉的加固），并在密閉墻前打木板墻充填粉煤灰。再次，408盤區(qū)8818采空區(qū)5座風(fēng)橋，使用風(fēng)機(jī)啟封排放巷內(nèi)氣體，排放完畢后打開風(fēng)橋在風(fēng)橋以東施工一道永久密閉；8613采空區(qū)4座風(fēng)橋使用風(fēng)機(jī)啟封繞道交508回風(fēng)風(fēng)橋排放巷內(nèi)氣體，排放完畢后同時(shí)打開繞道兩座風(fēng)橋，并在風(fēng)橋以西施工一道永久密閉。最后，406盤區(qū)8603-8611段12座風(fēng)橋使用風(fēng)機(jī)啟封排放盲巷內(nèi)氣體，排放期間下風(fēng)側(cè)斷電撤人。排放氣體完成后把風(fēng)橋全部打開，備料在風(fēng)橋交軌道巷以西施工一道永久密閉（已有密閉的加固），并在密閉墻前打木板墻充填粉煤灰。附408盤區(qū)12#層通風(fēng)系統(tǒng)圖，如圖1所示。

圖1 408盤區(qū)12#層通風(fēng)系統(tǒng)圖

4 防滅火工藝

4.1 粉煤灰、馬麗散施工工藝

從408皮、408軌向12#層5820交408皮、408軌共用風(fēng)橋、8822共用繞道交408皮風(fēng)橋密閉段打孔，填管后通過管路向風(fēng)橋密閉段灌注羅克休，使羅克休充填風(fēng)橋密閉段整個(gè)空間，確保嚴(yán)密不漏風(fēng)。

首先5820交408皮、軌風(fēng)橋密閉段在風(fēng)橋腿南北1m處向密閉段打孔，孔距頂板0.5m，仰角27°、方位角315°（北部孔）、方位角225°（南部孔）、孔徑90mm，施工新鉆孔注入羅克休；8822共用繞道交408皮帶巷風(fēng)橋南北5m，距頂板0.5m開孔，仰角27°、方位角315°（北部孔）、方位角225°（南部孔）、孔徑90mm，施工新鉆孔注入羅克休。其次按設(shè)計(jì)角度向密閉周邊煤體施工鉆孔，使用注射槍將馬麗散注入鉆孔，固化頂板，充滿煤體縫隙；根據(jù)每個(gè)密閉規(guī)格，在每個(gè)密閉周圍煤體均勻布置4個(gè)鉆孔，幫煤每側(cè)2個(gè)，開孔點(diǎn)距密閉0.3m，側(cè)孔間距1m，所有孔深5m、直徑42mm，每個(gè)密閉頂孔方位角270°、仰角30°；南側(cè)孔方位角240°、仰角30°；北側(cè)孔方位角300°、仰角30°。效果圖如圖2所示。

圖2 效果圖

4.2 地面灌漿工藝

建立新地面灌漿站，通過從地面分別向8820和8822采空區(qū)古塘施工2趟直徑108mm的鉆孔配置套管，連接灌漿泵進(jìn)行地面黃土灌漿，實(shí)施采空區(qū)滅火。

4.2.1 灌漿量的確定

按有自然發(fā)火隱患的工作面采空區(qū)到巷口密閉空間注滿計(jì)算，計(jì)算所需黃土量的計(jì)算公式為：

式中：

Q停采區(qū)-停采區(qū)用黃土量，m3；

K-灌漿系數(shù)；

M-工作面采高，m；

L-灌漿區(qū)走向長(zhǎng)度，m；

H-灌漿區(qū)傾向長(zhǎng)度，m；

C-回采率，%。

4.2.2 地面灌漿系統(tǒng)

取土場(chǎng)→泥漿池→注漿池→注漿管道→注漿孔→井下注漿區(qū)域。

5 治理效果

截至2018年10月1日為止，云岡礦采空區(qū)自然發(fā)火治理取得了良好效果，采空區(qū)及進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)CO氣體已全部消除。施工后CO監(jiān)測(cè)數(shù)值前后對(duì)比如表1所示。

表1 施工后CO監(jiān)測(cè)數(shù)值前后對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

（1）通過建立地面灌漿系統(tǒng)，從地面打鉆孔向采空區(qū)灌注黃泥漿，從根本上解決采空區(qū)遺煤自燃的可能。

（2）通過為采空區(qū)防火密閉中間填充粉煤灰及在密閉周圍打孔充填馬麗散的方法堵塞漏風(fēng)通道，減少采空區(qū)遺煤自燃的可能性。

（3）通過綜合施策治理采空區(qū)自然發(fā)火，形成了科學(xué)有效的自然發(fā)火防治方法和技術(shù)體系，為云岡礦和類似條件的礦井自然發(fā)火防治提供了經(jīng)驗(yàn)。