堵漏風(fēng)瓦斯綜合防滅火技術(shù)的應(yīng)用研究

謝國棟

摘 要：以杜家溝礦208綜采工作面火災(zāi)防治為背景，在對工作面自然發(fā)火危險(xiǎn)性進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，闡述了工作面火災(zāi)防治的重點(diǎn)是抑制采空區(qū)漏風(fēng)，提出了進(jìn)回風(fēng)巷端頭封堵和聯(lián)絡(luò)巷密閉封堵相結(jié)合的堵漏風(fēng)措施，尤以后者為重點(diǎn)，結(jié)合數(shù)值模擬，詳細(xì)論述了密閉位置、密閉墻體結(jié)構(gòu)、充填材料和墻體厚度。應(yīng)用結(jié)果表明：堵漏風(fēng)防滅火技術(shù)實(shí)施后，有效抑制了采空區(qū)自燃發(fā)火，工作面未發(fā)生火災(zāi)事故，保證礦井安全開采。

關(guān)鍵詞：堵漏風(fēng);數(shù)值模擬;采空區(qū);防滅火

1 前言

受賦存條件制約，拒不完全統(tǒng)計(jì)，我國約60%的礦井存在自然發(fā)火的危險(xiǎn)，自燃火災(zāi)約占礦井火災(zāi)的70%。自燃火災(zāi)既會造成資源浪費(fèi)、井下設(shè)備物資損壞，也潛在引發(fā)人員中毒、瓦斯爆炸等危害，給廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大威脅，是影響礦井安全生產(chǎn)的常見五大災(zāi)害之一。采空區(qū)自燃是具有傾向性在適宜的供氧、蓄熱環(huán)境和時(shí)間積累作用下發(fā)生物理化學(xué)變化的結(jié)果，其中，采空區(qū)漏風(fēng)是造成回采工作面自燃發(fā)火的主要原因之一，其最有效的方法是隔絕或減少供氧量、抑制氧化蓄熱，從而使其達(dá)不到著火點(diǎn)。因此，本文以杜家溝礦208綜采工作面為例，開展堵漏風(fēng)防滅火技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用研究，以期為其他類似礦井的火災(zāi)治理工作提供參考。

2 工作面概況

杜家溝礦位于河津市清澗街道辦杜家溝村西北約3km處，礦井井田面積8.79km2，開采2#，核定生產(chǎn)能力60萬t/a。208綜采工作面開采的層具有自然發(fā)火傾向性，平均厚度3.90m，傾角0～5°，含0-1層夾矸，夾矸厚度0.30m左右，頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.02145d-1，滲透系數(shù)為0.07983m2/（MPa2·d），屬于難抽采。工作面東鄰1207工作面，西鄰1204采空區(qū)，南邊鄰近井田邊界構(gòu)造保護(hù)柱，工作面走向長度1500m，傾斜長度240m，采用綜合機(jī)械化開采技術(shù)一次性采全高，軌道順槽、皮帶順槽、工作面開切眼巷道斷面形狀均為矩形，面積分別為14.75m2、15.49m2、25.26m2，采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，皮帶順槽進(jìn)風(fēng)，軌道順槽回風(fēng)，工作面最大風(fēng)量1363m3/min。

3 礦井自燃因素分析

杜家溝礦開采層埋藏較淺，地面凹凸不平，覆蓋層厚度變化大，受采掘擾動影響易與地表形成塌通，形成地表漏風(fēng)通道，促進(jìn)采空區(qū)自燃。工作面兩順槽端頭處回采率較低，綜采支移走后，端頭未采的堆積成松散狀，間隙帶，形成漏風(fēng)通道，為采空區(qū)自燃創(chuàng)造條件。208工作面上下區(qū)段之間留有30m寬的保護(hù)煤柱，每間隔一段距離留設(shè)聯(lián)絡(luò)巷，當(dāng)回采下區(qū)段工作面時(shí)，要與上區(qū)段相鄰的聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行密閉封堵，由于封堵斷面積大，在礦山壓力的影響下，容易造成封閉不嚴(yán)實(shí)而引起漏風(fēng)形成漏風(fēng)源。

由于208綜采工作面屬于難抽采層，且開采期間瓦斯涌出量較大，在采取上隅角埋管負(fù)壓抽放采空區(qū)瓦斯后，勢必會改變采空區(qū)內(nèi)氣體流態(tài)，工作面新鮮風(fēng)流會借助于漏風(fēng)通道進(jìn)入采空區(qū)，加大采空區(qū)漏風(fēng)，創(chuàng)造了自燃條件，增加自燃危險(xiǎn)。

4 工作面堵漏風(fēng)防滅火技術(shù)

4.1 進(jìn)回風(fēng)巷端頭封堵防滅火

杜家溝礦針對208綜采工作面兩順槽端頭不嚴(yán)實(shí)、向采空區(qū)漏風(fēng)的現(xiàn)象，如圖1所示，沿著兩順槽走向，每隔15～20m，構(gòu)筑堵漏風(fēng)墻進(jìn)行封堵，致使進(jìn)風(fēng)流在墻體壁面出現(xiàn)繞流效應(yīng)，有效增大漏風(fēng)風(fēng)阻，減少漏風(fēng)量，縮小采空區(qū)自燃“三帶”范圍和寬度，降低自燃危險(xiǎn)性。其中，封堵材料選用粉煤灰，堵漏墻厚度設(shè)計(jì)為2～3m，墻體兩側(cè)與相鄰的支架尾梁以及巷道壁面、頂板結(jié)合處嚴(yán)實(shí)密封。

4.2 聯(lián)絡(luò)巷密閉堵漏風(fēng)防滅火

1203工作面回采后，需對1203工作面軌道順槽與208工作面皮帶順槽之間的聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行密閉，以切斷采空區(qū)與208工作面之間的空氣流動，其密封質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到采空區(qū)自燃防治效果，影響聯(lián)絡(luò)巷密閉穩(wěn)定性的主要因素包括區(qū)段穩(wěn)定性、密閉墻位置、采動影響、開采條件和密閉材料等。

4.2.1 密閉位置和墻體結(jié)構(gòu)

不同的密閉位置會導(dǎo)致其受到的采掘影響迥然不同，關(guān)于合理密閉位置的選取，國內(nèi)外的工程實(shí)踐中應(yīng)遵循：遠(yuǎn)離應(yīng)力增高帶;不構(gòu)筑在底板標(biāo)高最低的位置;應(yīng)避開地質(zhì)異常點(diǎn);躲開周期來壓影響區(qū)的原則。

根據(jù)杜家溝礦的地質(zhì)條件和巖石力學(xué)參數(shù)，構(gòu)建巖層結(jié)構(gòu)模型，運(yùn)用FLAC3D軟件模擬聯(lián)絡(luò)巷不同斷面處的圍巖應(yīng)力分布，斷面距1203工作面采空區(qū)邊界不同距離的模擬結(jié)果顯示：巷道未支護(hù)狀態(tài)下，斷面的底板移近量分別為26mm;巷道未支護(hù)狀態(tài)下，斷面的底板移近量分別為19mm。由此可知，在頂?shù)装逡平孔钚√?，頂板支承壓力最小，圍巖穩(wěn)定性好，最適合構(gòu)置密閉。

傳統(tǒng)的磚混單墻結(jié)構(gòu)因其具有簡單易操作、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、強(qiáng)度大、耐高溫等特性，常作為礦井下密閉的構(gòu)筑形式，但同時(shí)存在墻體與巷幫及頂板接觸密封不實(shí)、封閉有效性差等缺點(diǎn)，尤其當(dāng)剛性墻體受到較大應(yīng)力的影響易致裂，墻體四周圍巖裂隙發(fā)育，漏風(fēng)情況突出。鑒于這一弊端，結(jié)合國外新的研究成果，采用雙墻體充填方式構(gòu)筑208工作面聯(lián)絡(luò)巷密閉，如圖2所示，密閉兩側(cè)墻體用磚、混凝土等剛性材料砌筑，墻體接頂上部選用有一定的壓縮性能與抗壓強(qiáng)度封堵材料，以防頂板來壓將密閉墻體壓垮。

4.2.2 充填材料與充填墻體厚度

密閉墻應(yīng)具有良好的氣密性，采用羅克休作為208工作面聯(lián)絡(luò)巷密閉墻之間的充填材料。該材料凝結(jié)時(shí)間快，接頂嚴(yán)實(shí)，氣密性好，能夠保證隔斷采空區(qū)有害氣體與礦井新鮮風(fēng)流的連通，避免出現(xiàn)瓦斯積聚和采空區(qū)火災(zāi)隱患，并且具有彈性，讓壓效果明顯。

密閉墻是由剛性墻體和充填材料構(gòu)建而成，剛性墻體厚度的確定要滿足密閉良好承載力、抗沖擊性和整體性。參考土建領(lǐng)域關(guān)于梁的沖擊破壞試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算密閉遭損毀壞時(shí)的臨界沖力，進(jìn)而推算出剛性墻體厚度約為0.5m。為了密閉的橫向穩(wěn)定性，墻體總厚度應(yīng)達(dá)到巷道高度的50%～60%，所以，確定混凝土剛性墻體厚度為1.0 m，中間填充厚度3 m。

5 結(jié)論

①208工作面實(shí)施上述堵漏風(fēng)措施后，經(jīng)現(xiàn)場采空區(qū)束管監(jiān)測，采空區(qū)內(nèi)的自然發(fā)火指標(biāo)性氣體濃度均處于正常值范圍內(nèi)，直至回采結(jié)束，未出現(xiàn)自燃跡象，確保了工作面的安全順利回采，為本礦其他工作面的防滅火工作提供參考;②鑒于井下火災(zāi)具有多重誘因，在不同工況條件下，要結(jié)合礦井（工作面）實(shí)際情況進(jìn)行具體分析研究，從而選擇合適的防滅火技術(shù)措施。此外，要注重采取注氮、灌漿、噴灑阻化劑、堵漏風(fēng)、均壓調(diào)節(jié)等多種方法相結(jié)合的方式，以便達(dá)到更好的防滅火效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]褚廷湘，余明高，楊勝強(qiáng)，等.煤巖裂隙發(fā)育誘導(dǎo)采空區(qū)漏風(fēng)及自燃防治研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2010，27 （1）：87-93.