磁窑沟矿10202工作面漏风封堵防灭火

焦凤凯

（山西晋神沙坪煤业有限公司）

0 引言

磁窑沟矿工作面浅埋大采高的开采条件，一方面采空区上覆裂隙与地面大气贯通采空区漏风增大；另一方面磁窑沟矿10-2煤层属于Ⅱ类自燃。采空区深处浮煤有好的蓄热环境，再加上充足的新鲜氧气供给（漏风），这极易造成采空区浮煤发生氧化自燃。针对此情况，磁窑沟矿工作面采取注浆、注氮、注阻化剂外加堵漏等措施。通过防灭火措施的实施，工作面采空区自燃防治取得了一定成效，主要表现在工作面漏风减少，采空区自燃“三带”中氧化带宽度降低等。

1 工作面漏风情况

工作面采空区漏风来源主要为：工作面上下隅角漏风、工作面沿程漏风、采空区上覆裂隙地面漏风等。针对此漏风情况采取一系列堵漏措施：工作面上下隅角堵漏、采空区堵漏，地面裂隙堵漏。

1.1 高强复合发泡封堵材料

泡沫的性能如下：

（1）泡沫稳定性：质量好的水泥泡沫剂所制取的泡沫，其液膜坚韧，机械强度好，不易在浆体挤压下破灭或过度变形。另外，它有自我保水性，液膜上的水分不易在重力作用及表面张力作用下流失可长时间保持泡沫液膜的厚度和完整性，从而可使泡沫长间不破灭。

（2）泡沫均匀性：制取的泡沫的泡径不可能完全相同，但基本相近，泡径范围应尽可能小，最好在0.1 mm～1 mm之间。

（3）泌水率：泡沫自制出后，就逐渐向外泌水。泡沫的泌水率低，才能更好地保证泡沫中的气泡数量和泡沫混凝土的气孔率，即保证泡沫混凝土的密度。

（4）胶凝材料的负作用：胶凝材料是泡沫混凝土强度的主要来源，有些泡沫剂所制取的泡沫稳定性非常好，但加入胶凝材料后，会降低泡沫混凝土的强度，甚至丧失强度，所以要选用制取泡沫不对胶凝产生负作用的泡沫剂。

1.2 高强复合发泡系统

（1）系统设备

计量磅1台；搅拌机4台；混合浆料输送机（或注浆泵）1台；空气压缩机（或用井下压缩空气代替）1台，注浆管50 m。

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（2）高强复合发泡材料

高强水泥；复合发泡剂；稳定剂；调凝剂；减水剂；其它辅料。实验发泡效果如图1及成型如图2所示。

图1 实验发泡效果

图2 实验发泡成型示意

（3）高强复合发泡施工工艺

防火高强复合发泡封堵材料浆体配制和注浆工艺如图3。

图3 高强复合发泡封堵材料施工工艺

1.3 高强复合发泡封堵材料主要指标

（1）发泡倍数5～10倍；（2）适用温度≥15℃；（3）失去流动性时间为10 min～30 min，凝固时间为90 min～200 min（可控制）；（4）发泡材料膨胀性适中，封堵严密；（5）对发火区域封堵效果好，质量高。封堵材料与煤壁之间具有优良的润湿、附着性能；（6）材料不燃性能好，强度高的特点；（7）抗压、抗拉强度高。抗压强度≥0.3 MPa，封堵强度达到防火要求，无漏气、渗水现象；（8）性价比高，成本较低；（9）封堵施工速度快、方便，发泡速度适中，凝固时间可控。

1.4 工作面上下隅角及采空区堵漏技术

在采空区上下隅角应用高强度复合硅酸盐发泡材料快速堵漏，该产品具有良好的膨胀能力，使用量少，抗静电，使用简单经济。对采空区上下隅角、横川填充封闭从而有效地隔绝采空区的漏风，缩短氧化带[1-3]。

为防止工作面推过后采空区后方横川漏风，采用高强复合发泡封堵系统，以袋墙为框架填充高强度发泡混凝土。堵漏墙不仅起到堵漏作用，还起到加固煤柱，减少粹煤的产生。若该方法应用于磁窑沟矿，将对采空区的堵漏发挥重要作用。

2 SF6示踪气体采空区漏风测定

利用示踪气体测量巷道风量是利用一种精密的示踪气体恒流释放装置，在已知释放流量和释放浓度下，通过在巷道风流中精密检测示踪气体的浓度值，进而换算出巷道风量。由于这种方法的测量参数可以达到很高的精确度，故可以满足巷道风量精确测量要求。

示踪技术测量矿井风量的基本原理为示踪气体质量守恒。示踪气体释放后与巷内空气迅速而充分混合，巷道内空气密度不发生变化；若巷道风量一定，那么在一定时间后，接收点的示踪气体浓度将为1个常数。

连续恒量释放法是在某一段测试巷道进风风流中，恒定连续释放SF6，然后分别在所测巷道的下风流方向设置的采样点收集气体。若沿途各测点风流中的SF6气体浓度恒定不变，则沿途向外漏风或不漏风；若沿途各测点风流中气体浓度呈下降趋势，则有漏风涌入，通过对比分析，求得沿途漏风量，找出漏风规律。

示踪气体的释放速率为q，假定采样时示踪气体已与空气充分均匀混合，通过某一采样点A的风量为QA，示踪气体的浓度为CA，沿途有风流漏入，下一采样点B的风量为QB，SF6的浓度为CB，则这两点之间的漏风量ΔQ为：

2.1 漏风量测试设备

SF6气体连续恒定释放系统由示踪气体及钢瓶、减压器、稳压器、稳流器及流量计等组成(图4)。释放装置经过二级稳压和一级稳流，保证释放流量稳定及连续可调。流量范围可控制在20 ml/min～250 ml/min。用气囊在各个采样点采气，利用GC-4000A型气相色谱仪检测所采集气的中SF6的浓度。通过分析计算可得到工作面采空区的漏风量分布及规律。

图4 SF6示踪气体连续定量释放及检测配套装置

2.2 10202工作面采空区漏风实测

根据10202工作面通风系统及巷道布置情况，共设置5个SF6采样点、1个SF6释放点，测点布置如图5。

图5 工作面漏风测点布置示意

SF6连续释放流量为200 ml/min，释放地点在工作面距进风巷口60 m；采样点有5处，分别为：在回采工作面从释放点下风流50 m处每隔30 m测定一个数据，共4个测点；另外在回风巷距工作面30 m处测定一个数据。释放点与1测点相距为50 m；30 min后测点按照顺序可依次检测。

2.3 检测结果及分析

根据以上布点方案，利用GC-4000A型气相色谱仪测定气体浓度，同时根据公式可计算出漏风量及漏风率，计算结果及浓度测定如下表1所示。

式中：q为SF6气体的释放量，ml/min；αi为巷道i段的漏风率，%；Ci+1为各点SF6的气体浓度，%；Q总为总进风量，m3/min。

首先对漏入采空区又流出的风量进行测定，浓度测定如下表2所示。

表1 SF6气体浓度

表2 测定结果

由表2可知，①工作面中部漏风量较大，随后漏风量逐渐减小，主要是由于工作面中部负压较大，漏入采空区风流在此涌出，但是整体工作面漏风量从120 m3/min降至65.02 m3/min；②地表漏风量90 m3/min降低到24 m3/min，降低了66 m3/min；③堵漏后因后部增阻，工作面漏风区段的长度增加，这说明工作面堵漏措施对抑制采空区漏风起到了很好的作用，但是地表漏风仍旧存在，这对矿井在后续地表封堵提出了更高的要求。

3 结语

磁窑沟矿10202工作面在未封堵之前，采空区漏风量较大，不利于采空区浮煤自燃防治。封堵后采空区漏风量整体降低，地表漏风量下降，封堵措施对抑制采空区漏风起到了很好的作用。