礦井密閉墻加固及有害氣體防治研究

馮艷陽

（山西汾西礦業(yè)孝義煤礦管理分公司，山西 孝義 032300）

引言

在礦井生產期間，在開采完畢采煤工作面或者廢棄巷道內，需要構造密閉對空間進行封閉[1-2]。但是在采掘壓力動壓或者年久失修等影響下，密閉墻難以避免會出現損壞、開裂等問題，同時在密閉墻體周邊易出現裂隙，從而使得密閉空間內高濃度有害氣體向外溢出，給礦井生產安全帶來威脅[3-7]。山西某礦通風系統(tǒng)較為復雜，布置的通風設施較多，使用的密閉墻體多采用紅磚、水泥混凝土等剛性材料構筑，采動影響下容易變形，導致瓦斯外溢，同時后續(xù)維護難度高。傳統(tǒng)的密閉加固措施主要為噴漿，存在人力投入大、勞動強度高以及加固效果不佳等問題。為此，文中提出采用新型材料對密閉墻進行加固并通過注漿方式對密閉墻周邊裂隙進行封堵，從而達到提升密閉效果并降低有害氣體外溢目的。

1 礦井現有老舊密閉墻分析

現階段礦井井下密閉墻類型包括有料石、紅磚、混凝土等類型，在密閉墻體施工過程中受現場施工環(huán)境以及砌筑技術等制約，密閉墻上部存在較大縫隙，極易成為漏風通道；同時在礦壓影響下，紅磚、料石及混凝土等類型密閉墻體剛性過大、容易出現貫通裂隙。

在礦井1501 副巷、3206 副巷等位置密閉墻體均通過雙板墻并在中間充填水、砂、石灰等混合物，存在主要難題即為接頂時密閉困難，墻體承壓效果不佳。對于直接密閉采空區(qū)的密閉墻，在不同程度頂板壓力作用下甚至出現密閉墻垮落問題，采用的加固措施為混凝土噴漿或者貼磚，但是也面臨人工運料工作量大、處理時間長以及作業(yè)人員長時間在頂板不穩(wěn)定區(qū)域工作等問題。同時處理過后密閉墻在壓力作用下容易再次出現裂隙，給井下瓦斯治理以及通風管理等工作帶來制約。為此，提出采用新型材料對密閉墻進行加固并通過注漿方式對密閉墻周邊裂隙進行封堵。

2 密閉墻體加固

2.1 密閉墻加固

為提高密閉墻加固效果，提出采用新型材料（無機柔性噴涂材料）對存在漏風、開裂、滲水或者瓦斯泄漏等情況的密閉墻進行擊鼓。選用的新型材料是一種復合材料，材料固結后抗拉強度達到2 MPa 以上、黏附能力強以及變形量＞30%、硬化時間快等優(yōu)點。為此，采用此種新型材料對礦井存在縫隙以及瓦斯泄漏等情況的密閉墻進行加固，具體加固密閉墻包括有1501 副巷、3206 副巷、3305 正頭密閉等。

密閉墻體使用木板構筑，具體構筑情況，如圖1所示。在合適位置構筑木板密閉墻，在密閉墻體表面噴涂新型加固材料，需要特別注意是木板密閉墻木點柱應與巷道頂底板密切接觸。在木板墻構筑物施工完畢后，采用新型材料對四周縫隙進行封堵。采用的新型材料噴涂后初凝、終凝時間分別控制在0.5 h～1.0 h、2.0 h～3.0 h。噴涂時選用專用噴涂槍槍口與噴涂面間距控制在1.0 m～1.5 m。噴涂時應確保表明均勻，密閉墻噴涂加固分兩個循環(huán)，單個循環(huán)耗時1 h～2 h，在單循環(huán)噴涂完成后對噴涂設備進行清洗，以便確保下個循環(huán)設備可正常使用。

圖1 密閉墻體加固示意圖

2.2 密閉墻周邊巷道裂隙封堵

采用注漿加固方式對密閉墻周邊巷道裂隙進行封堵，根據巷道井下密閉墻現場條件，確定注漿加固鉆孔孔深均為2.0 m，具體現場布置，如圖2 所示。注漿鉆孔間隔按照1 000 mm 布置，在密閉墻周邊設計14 個注漿加固鉆孔，其中頂底板各5 個、巷幫各2個，鉆孔孔徑統(tǒng)一為42 mm、孔深統(tǒng)一為2.0 m。注漿選用2.0 m 花管，封孔距離500 mm，花管外露長度100 mm，封孔采用選擇天固加固材料。

圖2 密閉墻周邊注漿鉆孔布置示意圖（單位：m）

注漿采用2ZBQS-15/10 雙液氣動注漿泵，注漿壓力控制在3 MPa～5 MPa，單個密閉墻注漿量控制在854 kg 以上，并在注漿壓力允許情況下盡量多的注漿。在注漿加固封堵期間先對密閉墻底板、兩幫以及幫角等位置進行加固，最后加固頂板。在注漿期間，若出現密閉墻周邊漏漿時則應及時對漏漿點進行封堵；注漿初期注漿流量不宜過大，待注漿穩(wěn)定后適當增加注漿流量。注漿過程中嚴格控制注漿壓力，當注漿壓力超過5 MPa 或者密閉墻周邊巷道壁出現大范圍漏漿時，即可停止注漿。

3 密閉墻加固效果

在采用新型材料對密閉墻進行噴漿封堵、采用天固材料對密閉墻周邊巷道裂隙進行充填后，對1501 副巷、3206 副巷、3305 正頭密閉3 道永久密閉加固效果進行檢測，具體加固前后各個點瓦斯?jié)舛葯z測情況，如表1 所示。從表1 看出，通過對密閉墻進行加固后，密閉墻密閉效果得以顯著提升，密閉范圍內瓦斯外溢量明顯降低，取得較好密閉封堵效果。同時對密閉墻周邊巷道圍巖變形量進行監(jiān)測，在監(jiān)測期間未發(fā)現頂板、巷幫變形。通過對礦井老舊密閉墻進行加固，可提高采空區(qū)密閉效果，杜絕密閉區(qū)內高濃度有害氣體向巷道通風系統(tǒng)涌出，可提高礦井生產安全保障能力。

表1 密閉墻加固前后瓦斯?jié)舛葯z測結果

4 結語

礦井采空區(qū)采用的紅磚、混凝土等密閉墻在采動壓力等作用下容易出現縫隙，從而導致密閉空間內高濃度有害氣體外溢。為提高密閉墻密閉效果，提出采用新型材料對密閉墻縫隙進行噴涂封堵，并通過圍巖注漿方式對密閉墻周邊巷道內裂隙進行封堵。現場應用后，密閉墻體密閉密封效果得以有效提升，可避免密閉區(qū)內有害氣體外溢，同時整個加固過程中作業(yè)人員勞動強度較低、施工效率高。