回風(fēng)大巷漏風(fēng)成因及治理技術(shù)研究

郭 偉

（晉城煤業(yè)集團(tuán)趙莊煤業(yè)，山西 晉城 048000）

1 工程概況

趙莊煤業(yè)一盤區(qū)布置三條盤區(qū)大巷，依次為皮帶大巷、膠輪車大巷和回風(fēng)大巷，平行布置，南北走向，保護(hù)煤柱寬度15 m，掘進(jìn)時(shí)每隔50 m 掘進(jìn)1 條聯(lián)絡(luò)巷。

由于膠輪車大巷在掘進(jìn)進(jìn)尺540～600 m 范圍過(guò)構(gòu)造，頂板十分破碎，難以維護(hù)，后期發(fā)生了多起冒頂事故。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，在530 m 位置起，往西側(cè)偏移2 m 重新掘進(jìn)一段巷道，與610 m 位置連接。在540～600 m 段，原膠輪車大巷與回風(fēng)大巷之間有一條11#聯(lián)絡(luò)巷，在回風(fēng)大巷一側(cè)往里1 m 施工了一道永久密閉墻。巷道位置關(guān)系如圖1 所示。

皮帶大巷和膠輪車大巷均為進(jìn)風(fēng)巷。近期發(fā)現(xiàn)工作面風(fēng)量不足，回風(fēng)大巷中瓦斯?jié)舛容^低。推測(cè)可能膠輪車大巷向回風(fēng)大巷中漏風(fēng)，目前已經(jīng)嚴(yán)重影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)，須查明準(zhǔn)確原因并進(jìn)行治理。

圖1 巷道位置關(guān)系俯視圖

2 漏風(fēng)成因分析

通過(guò)在回風(fēng)大巷中觀察測(cè)試，11#聯(lián)絡(luò)巷以外其他區(qū)域瓦斯?jié)舛葦?shù)值穩(wěn)定，煤壁和頂板幾乎未發(fā)生變形，不存在漏風(fēng)通道。而11#聯(lián)絡(luò)巷口感覺(jué)到明顯風(fēng)流，瓦斯?jié)舛葞缀鯙榱?，說(shuō)明11#聯(lián)絡(luò)巷為主要漏風(fēng)位置。

首先，觀察11#聯(lián)絡(luò)巷密閉墻，發(fā)現(xiàn)密閉墻構(gòu)筑質(zhì)量極差。墻體為加氣塊磚砌筑，厚度0.5 m，表面涂抹水泥處理，但水泥涂抹質(zhì)量差，大部分已經(jīng)脫落，磚塊間縫隙漏風(fēng)明顯，并且密閉墻構(gòu)筑時(shí)未進(jìn)行幫頂掏槽，墻體邊緣也存在明顯漏風(fēng)。

然后，在膠輪車大巷新掘段觀察發(fā)現(xiàn)，東側(cè)巷幫中間位置鼓出開(kāi)裂，沿巷道走向形成貫穿裂縫，裂縫寬度約2 cm。

分析認(rèn)為，新掘段與原破碎冒頂段之間的2 m煤柱，受冒頂段長(zhǎng)期影響發(fā)生嚴(yán)重變形破壞，導(dǎo)致巷道幫鼓開(kāi)裂，裂隙發(fā)育。膠輪車大巷內(nèi)新鮮風(fēng)流通過(guò)裂隙進(jìn)入聯(lián)絡(luò)巷，而密閉墻質(zhì)量極差，形成漏風(fēng)。漏風(fēng)通道形成示意圖如圖2 所示。

圖2 漏風(fēng)通道形成示意圖

3 漏風(fēng)控制方案

3.1 基本思路

計(jì)劃采用兩步解決漏風(fēng)問(wèn)題：（1）在膠輪車大巷內(nèi)，對(duì)新掘段破碎巷幫進(jìn)行注漿，封閉裂隙，控制漏風(fēng)源頭；（2）在回風(fēng)大巷聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，重新構(gòu)筑一道密閉墻，形成第二道屏障。

3.2 新掘段破碎巷幫注漿

巷幫注漿一方面填充裂隙，封堵漏風(fēng)通道，另一方面加固巷幫，提高強(qiáng)度，防止后期再次發(fā)生幫鼓開(kāi)裂。同時(shí)要采取密集鉆孔低壓注漿方式，避免漿液進(jìn)入聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)造成浪費(fèi)。

聯(lián)絡(luò)巷寬度4 m，加固范圍往兩側(cè)各延伸5 m，防止兩側(cè)裂隙與聯(lián)絡(luò)巷連通?？傋{加固長(zhǎng)度14 m。新掘段破碎巷幫注漿加固范圍如圖3 所示。

鉆孔布置參數(shù)：新掘段斷面為矩形，寬度5 m，高度4.5 m。布置上中下三排鉆孔，矩形布置。上排鉆孔距離頂板0.5 m，仰角10°；中排鉆孔距離上排鉆孔1.3 m，垂直于煤幫；下排鉆孔距離中排鉆孔1.4 m，垂直于煤幫。同排之間鉆孔間距2 m，孔深均為3 m，孔徑均為42 mm。鉆孔布置如圖4所示。

注漿采用雙液注漿材料，該材料為固態(tài)粉末狀，分為A 型和B 型，使用水灰比為0.8:1～1.2:1。混合后30～180 s 失去流動(dòng)性，可以有效防止漏漿，6～12 min 完全固化，1 h 具備 5 MPa 強(qiáng)度，2 h 具備11 MPa 強(qiáng)度，3 d 達(dá)到最終強(qiáng)度18 MPa。

圖3 新掘段破碎巷幫注漿加固范圍示意圖

圖4 新掘段破碎巷幫注漿鉆孔布置圖

采取了密集鉆孔布置，注漿終止壓力控制在低壓范圍內(nèi)，4～6 MPa，不可過(guò)大。注漿壓力過(guò)小則漿液在裂隙中擴(kuò)散不充分，過(guò)大則容易進(jìn)入聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)造成浪費(fèi)。如果注漿壓力長(zhǎng)時(shí)間在1～2 MPa 左右，可能漿液竄入聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，需要停泵等待漿液凝固后換孔注漿。

3.3 閉墻重新構(gòu)筑

原閉墻未掏槽，構(gòu)筑質(zhì)量差，所在位置影響新閉墻構(gòu)筑，必須拆除。由于回風(fēng)大巷無(wú)運(yùn)輸條件，普通閉墻構(gòu)筑需要的磚石、水泥運(yùn)輸困難，需要人工搬運(yùn)300 m，因此，本次計(jì)劃采取高水充填材料遠(yuǎn)距離輸送灌注方式構(gòu)筑閉墻。

模板支設(shè)：新閉墻設(shè)計(jì)厚度1 m，寬度4 m，高度3.5 m。原閉墻拆除后，在兩幫、頂板、底板進(jìn)行掏槽，深度均為300 mm。在兩側(cè)采用木點(diǎn)柱、木板、塑料布支設(shè)簡(jiǎn)易模板，頂部預(yù)留1 個(gè)注漿孔，插入注漿混合管，混合管采用DN25 的柔性波紋管。密閉墻模板支設(shè)示意圖如圖5 所示。

圖5 密閉墻模板支設(shè)示意圖

閉墻構(gòu)筑采用高水充填材料，分為A 料和B 料，水灰比1.5:1。單獨(dú)攪拌后，具備40 min 左右良好流動(dòng)性，完全可以滿足遠(yuǎn)距離泵送需求。在充填點(diǎn)混合后，混合漿具備8 min 左右可流動(dòng)時(shí)間，滿足在空間內(nèi)充分流動(dòng)要求，20 min 左右終凝[1-2]，隨充隨硬，減小對(duì)模板的側(cè)向擠壓作用。充填到頂部最后300 mm 時(shí)，開(kāi)始加入物理發(fā)泡劑，膨脹倍率20%，利用漿液膨脹作用使充填體充分接頂。最終墻體具備8～9 MPa 強(qiáng)度。

4 工程量及效果考察

4.1 工程量

先實(shí)施膠輪車大巷新掘段注漿，共實(shí)施24 個(gè)Φ42 mm 淺孔，總進(jìn)尺72 m，平均單孔注漿量0.5 t，共計(jì)消耗雙液注漿材料12 t；后實(shí)施密閉墻重新構(gòu)筑，充填體積18.9 m3，消耗高水充填材料11 t。所有工作共耗時(shí)5 個(gè)班完成。

4.2 效果考察

實(shí)施完畢后，閉墻處漏風(fēng)消失，在回風(fēng)大巷中進(jìn)行瓦斯?jié)舛葯z測(cè)，發(fā)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)巷閉墻處瓦斯?jié)舛扰c其他區(qū)域基本相當(dāng)，礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定，工作面風(fēng)量能夠滿足需求。

5 結(jié)論

（1）漏風(fēng)是因?yàn)樵扑槊绊敹闻c新掘段之間的2 m 煤柱破壞產(chǎn)生裂隙，導(dǎo)致膠輪車大巷內(nèi)新鮮風(fēng)流通過(guò)裂隙進(jìn)入聯(lián)絡(luò)巷，而密閉墻質(zhì)量極差，形成漏風(fēng)。

（2）對(duì)新掘段破碎巷幫，采用密集鉆孔低壓注漿方式，封閉了漏風(fēng)源頭，防止?jié){液向聯(lián)絡(luò)巷擴(kuò)散造成浪費(fèi)；對(duì)原閉墻拆除后重新構(gòu)筑，采用高水充填材料遠(yuǎn)距離輸送解決了運(yùn)輸困難的問(wèn)題。

（3）實(shí)施完畢后，在回風(fēng)大巷中進(jìn)行瓦斯?jié)舛葯z測(cè)，發(fā)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)巷閉墻處瓦斯?jié)舛扰c其他區(qū)域基本相當(dāng)，礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定，漏風(fēng)問(wèn)題得以解決。