采煤工作面囊袋封堵漏风技术研究

董 建

(大同煤矿集团铁峰煤业有限公司，山西 大同 037000)

引 言

煤自燃现象严重威胁我国矿井安全生产，成为了我国矿井开采的重大灾害之一。煤自燃发生区域通常在综合工作面的采空区，封堵是防治煤自燃的重要措施，因此工作面的封堵便成了矿井开采的重点工作，为避免煤层自燃或有害气体扩散对矿井的安全生产造成影响，可采用木板、砖块、水泥等材料进行砌密闭墙，以此将有害气体源和易燃区域进行隔离，墙体具体使用时间需要根据砌筑部位以及现场情况进行确定[2]。对于在动压下造成的管道出现裂缝以及破碎的情况，封堵效果通常不佳，在经过多次封堵破碎岩体内漏风裂缝尝试，对相应的封堵技术和材料不断改善，从而提出囊袋塑性封堵技术。

1 案例工程概况

囊袋塑性材料填充技术的应用在逐步发展，其中位于内蒙古鄂尔多斯市的龙王沟煤矿较为典型，本文将以此为例，对其囊袋塑性填充技术的原理及实际运用进行充分说明。61601工作面作为该项目的首采工作面，其工作面推采长度为615 m，倾斜长度为25 m，矿井主要采集厚度为23.83 m的6号煤层，采用放顶煤工艺开采，放顶高度17.73 m，采高5.1 m，且该工作面煤层属于易自燃煤层。该工作面四周均是实体煤岩且完整性好，推采途中进风、回风两巷的顶板垮落难以形成，从而导致采空区漏风量大，氧气浓度增加，增大了矿区工作的危险系数。因此，针对其工作面的实施囊袋塑性封堵是该项目重点。

2 囊袋塑性填充封堵技术

就目前而言，现有封填技术通常为表面喷涂聚氨酯类发泡材料、内部填充普通凝胶类材料或对塑性胶泥材料进行压注等，以上材料虽具有一定密封性，但封闭效果不佳。表面喷涂太过局部，未能涉及内部管道漏风；普通材料凝胶的材料流量小，容易造成管道堵塞，硬结固化之后容易形成其他漏风；塑性凝胶材料因为自身特性的限制，无法进行大面积填充。因此，囊袋塑性填充封堵技术的出现将大大改善矿区工作面的封堵效果[3]。

2.1 囊袋填充技术

囊袋填充的主要目的在于将两巷之间的采空区以及垮落不全面的三角漏风区域进行填充封堵[4]。施工过程中，通过开切眼以及上下管道的断面面积制定囊袋，在袋子上预留注浆口，且将其置于后封堵区域，其后连接注浆管路注入塑性填充材料。具体操作示意图如图1。

图1 囊袋填充示意图

2.2 塑性充填材料的形成机理

由于矿井之下环境特殊，因此材料选择时必须充分考虑其阻燃性、强度以及可变性。在狭小的且周围均为易燃物质的空间，其填充细节必须严格把控，从而确保其安全性及可行性。塑性材料作为新型填充材料，其材料成分有高分子聚合物、引发剂和增效剂。高分子聚合物在引发剂的作用下，分子内部出现水合作用，同时发生静电排斥，分子结构发生改变，由卷曲状态转变为伸展状态，大量水分子被吸附，逐渐形成胶合状，空间网状结构也因此形成。同时，所用高分子聚合物和引发剂均有粉状材料，在粉料掺入的过程中，空间结构中的网状聚合物将对粉料进行紧实的包裹吸附，促进空间网状结构更加密实和广阔，增大塑性材料黏稠度。空间结构在达到一定程度时，分子间存在的斥力和引力将会达到平衡，结构不会再次发生改变，此时所形成的黏度确保有效封堵缝隙，同时也保证了塑性流动的扩散，从而保证了封堵效果的持久性。

3 囊袋塑性填充实际应用

3.1 囊袋的设计与吊挂

该工作面当中两巷宽度设计分别为5 m和4 m。根据现场进风和出风及两巷垮塌情况确定其囊袋设计尺寸，其囊袋尺寸确定为5 m×4 m×2 m，同时必须确保囊袋充满之后可以将其为塌落空间覆盖。囊袋材料的选择必须满足阻燃性及抗静电性，且具备一定强度和韧性。至于悬挂囊袋，囊袋顶端四面都需要预留吊带，间隔为1 m，同时需要配备挂钩，布置在工作面上的囊袋间隔为6 m。吊挂囊袋时，利用特定挂钩将囊袋放置于巷道封堵位置的顶板金属网上，囊袋吊挂之后，分别沿工作面、横向、高度倾斜5 m、2 m和4 m，并且囊袋正面必须预留注口。

3.2 囊袋塑性填充

囊袋吊挂好之后将进行普瑞特Ⅱ号材料填充。采用ZQBS-10/3气动双液注浆泵进行注浆施工，施工过程中的具体参数见表1。实际操作过程中，可提前将气动泵吊挂在端头架下，使两者一起移动，随后按要求连接注浆装置。最后将塑性材料中的高分子聚合物以及引发剂按照1∶1的比例投入气动双液注浆泵中，经由注浆泵输送到前端的发泡成胶装置中混合发泡，再将其混合物通过软管注入囊袋[1]。具体囊袋注浆工艺如图2所示。

表1 ZBQS-10/3气动双液注浆泵技术参数

图2 囊袋注浆工艺图示

3.3 封堵效果

61601工作面两巷顶煤推进均在20 m以上，垮落现象不明显，中部区域存在部分垮落遗煤堆积，堆积截面少于巷道截面的1/4，通过对预留管道中气体监测分析可得，架后百米之内采空区中氧气浓度基本维持在12%之上，为其煤氧化反应提供充足氧分。采用囊袋塑性进行封堵，在其填充过程中囊袋不受地面遗煤堆积的影响，且囊袋会在煤块、地面的连接处进行塑性，最终形成不规则结构对其漏风空间进行密封[5]。

61601的采空区域顶煤垮落效果不佳，单纯依靠工作面采空区中三角区域将极大地限制后续工作，在之后推采中，大量垮落的遗煤将会对该区域进行挤压，同时囊袋在受到外界压力之后，将会出现变形现象，与地面和煤块的契合度更高，封堵更严密[6]。在进风、回风两巷架后同时进行囊袋封堵，检测结果表明采空区域氧气浓度大幅降低，以此表明囊袋封堵技术对其降低采空区域氧气浓度效果明显，在缩短煤自燃氧化范围的同时，也降低了氧气及CO气体的浓度。

4 结语

综上所述，采空区域中氧气浓度过高，将加大煤自燃现象产生的概率，危险系数也随之增加，因此在采煤工作中，对工作面进行封堵的技术和材料都必须严格把控。通过囊袋塑性封堵技术在61601工作面中实际运用效果分析可以充分肯定囊袋塑封技术对其采煤工作面封堵效果极佳，大大降低了采空区域的氧气浓度，减少和预防了煤自燃现象的发生，降低了矿区工作的危险性，为工作面安全推采提供了极大的保障，也为我国采煤工作面封堵工作以及防止煤自燃提供了新的技术手段和材料。