采煤工作面囊袋封堵漏風技術研究

董 建

(大同煤礦集團鐵峰煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

煤自燃現象嚴重威脅我國礦井安全生產，成為了我國礦井開采的重大災害之一。煤自燃發(fā)生區(qū)域通常在綜合工作面的采空區(qū)，封堵是防治煤自燃的重要措施，因此工作面的封堵便成了礦井開采的重點工作，為避免煤層自燃或有害氣體擴散對礦井的安全生產造成影響，可采用木板、磚塊、水泥等材料進行砌密閉墻，以此將有害氣體源和易燃區(qū)域進行隔離，墻體具體使用時間需要根據砌筑部位以及現場情況進行確定[2]。對于在動壓下造成的管道出現裂縫以及破碎的情況，封堵效果通常不佳，在經過多次封堵破碎巖體內漏風裂縫嘗試，對相應的封堵技術和材料不斷改善，從而提出囊袋塑性封堵技術。

1 案例工程概況

囊袋塑性材料填充技術的應用在逐步發(fā)展，其中位于內蒙古鄂爾多斯市的龍王溝煤礦較為典型，本文將以此為例，對其囊袋塑性填充技術的原理及實際運用進行充分說明。61601工作面作為該項目的首采工作面，其工作面推采長度為615 m，傾斜長度為25 m，礦井主要采集厚度為23.83 m的6號煤層，采用放頂煤工藝開采，放頂高度17.73 m，采高5.1 m，且該工作面煤層屬于易自燃煤層。該工作面四周均是實體煤巖且完整性好，推采途中進風、回風兩巷的頂板垮落難以形成，從而導致采空區(qū)漏風量大，氧氣濃度增加，增大了礦區(qū)工作的危險系數。因此，針對其工作面的實施囊袋塑性封堵是該項目重點。

2 囊袋塑性填充封堵技術

就目前而言，現有封填技術通常為表面噴涂聚氨酯類發(fā)泡材料、內部填充普通凝膠類材料或對塑性膠泥材料進行壓注等，以上材料雖具有一定密封性，但封閉效果不佳。表面噴涂太過局部，未能涉及內部管道漏風；普通材料凝膠的材料流量小，容易造成管道堵塞，硬結固化之后容易形成其他漏風；塑性凝膠材料因為自身特性的限制，無法進行大面積填充。因此，囊袋塑性填充封堵技術的出現將大大改善礦區(qū)工作面的封堵效果[3]。

2.1 囊袋填充技術

囊袋填充的主要目的在于將兩巷之間的采空區(qū)以及垮落不全面的三角漏風區(qū)域進行填充封堵[4]。施工過程中，通過開切眼以及上下管道的斷面面積制定囊袋，在袋子上預留注漿口，且將其置于后封堵區(qū)域，其后連接注漿管路注入塑性填充材料。具體操作示意圖如圖1。

圖1 囊袋填充示意圖

2.2 塑性充填材料的形成機理

由于礦井之下環(huán)境特殊，因此材料選擇時必須充分考慮其阻燃性、強度以及可變性。在狹小的且周圍均為易燃物質的空間，其填充細節(jié)必須嚴格把控，從而確保其安全性及可行性。塑性材料作為新型填充材料，其材料成分有高分子聚合物、引發(fā)劑和增效劑。高分子聚合物在引發(fā)劑的作用下，分子內部出現水合作用，同時發(fā)生靜電排斥，分子結構發(fā)生改變，由卷曲狀態(tài)轉變?yōu)樯煺範顟B(tài)，大量水分子被吸附，逐漸形成膠合狀，空間網狀結構也因此形成。同時，所用高分子聚合物和引發(fā)劑均有粉狀材料，在粉料摻入的過程中，空間結構中的網狀聚合物將對粉料進行緊實的包裹吸附，促進空間網狀結構更加密實和廣闊，增大塑性材料黏稠度?？臻g結構在達到一定程度時，分子間存在的斥力和引力將會達到平衡，結構不會再次發(fā)生改變，此時所形成的黏度確保有效封堵縫隙，同時也保證了塑性流動的擴散，從而保證了封堵效果的持久性。

3 囊袋塑性填充實際應用

3.1 囊袋的設計與吊掛

該工作面當中兩巷寬度設計分別為5 m和4 m。根據現場進風和出風及兩巷垮塌情況確定其囊袋設計尺寸，其囊袋尺寸確定為5 m×4 m×2 m，同時必須確保囊袋充滿之后可以將其為塌落空間覆蓋。囊袋材料的選擇必須滿足阻燃性及抗靜電性，且具備一定強度和韌性。至于懸掛囊袋，囊袋頂端四面都需要預留吊帶，間隔為1 m，同時需要配備掛鉤，布置在工作面上的囊袋間隔為6 m。吊掛囊袋時，利用特定掛鉤將囊袋放置于巷道封堵位置的頂板金屬網上，囊袋吊掛之后，分別沿工作面、橫向、高度傾斜5 m、2 m和4 m，并且囊袋正面必須預留注口。

3.2 囊袋塑性填充

囊袋吊掛好之后將進行普瑞特Ⅱ號材料填充。采用ZQBS-10/3氣動雙液注漿泵進行注漿施工，施工過程中的具體參數見表1。實際操作過程中，可提前將氣動泵吊掛在端頭架下，使兩者一起移動，隨后按要求連接注漿裝置。最后將塑性材料中的高分子聚合物以及引發(fā)劑按照1∶1的比例投入氣動雙液注漿泵中，經由注漿泵輸送到前端的發(fā)泡成膠裝置中混合發(fā)泡，再將其混合物通過軟管注入囊袋[1]。具體囊袋注漿工藝如圖2所示。

表1 ZBQS-10/3氣動雙液注漿泵技術參數

圖2 囊袋注漿工藝圖示

3.3 封堵效果

61601工作面兩巷頂煤推進均在20 m以上，垮落現象不明顯，中部區(qū)域存在部分垮落遺煤堆積，堆積截面少于巷道截面的1/4，通過對預留管道中氣體監(jiān)測分析可得，架后百米之內采空區(qū)中氧氣濃度基本維持在12%之上，為其煤氧化反應提供充足氧分。采用囊袋塑性進行封堵，在其填充過程中囊袋不受地面遺煤堆積的影響，且囊袋會在煤塊、地面的連接處進行塑性，最終形成不規(guī)則結構對其漏風空間進行密封[5]。

61601的采空區(qū)域頂煤垮落效果不佳，單純依靠工作面采空區(qū)中三角區(qū)域將極大地限制后續(xù)工作，在之后推采中，大量垮落的遺煤將會對該區(qū)域進行擠壓，同時囊袋在受到外界壓力之后，將會出現變形現象，與地面和煤塊的契合度更高，封堵更嚴密[6]。在進風、回風兩巷架后同時進行囊袋封堵，檢測結果表明采空區(qū)域氧氣濃度大幅降低，以此表明囊袋封堵技術對其降低采空區(qū)域氧氣濃度效果明顯，在縮短煤自燃氧化范圍的同時，也降低了氧氣及CO氣體的濃度。

4 結語

綜上所述，采空區(qū)域中氧氣濃度過高，將加大煤自燃現象產生的概率，危險系數也隨之增加，因此在采煤工作中，對工作面進行封堵的技術和材料都必須嚴格把控。通過囊袋塑性封堵技術在61601工作面中實際運用效果分析可以充分肯定囊袋塑封技術對其采煤工作面封堵效果極佳，大大降低了采空區(qū)域的氧氣濃度，減少和預防了煤自燃現象的發(fā)生，降低了礦區(qū)工作的危險性，為工作面安全推采提供了極大的保障，也為我國采煤工作面封堵工作以及防止煤自燃提供了新的技術手段和材料。