堵漏风瓦斯综合防灭火技术的应用研究

谢国栋

摘 要：以杜家沟矿208综采工作面火灾防治为背景，在对工作面自然发火危险性进行深入分析的基础上，阐述了工作面火灾防治的重点是抑制采空区漏风，提出了进回风巷端头封堵和联络巷密闭封堵相结合的堵漏风措施，尤以后者为重点，结合数值模拟，详细论述了密闭位置、密闭墙体结构、充填材料和墙体厚度。应用结果表明：堵漏风防灭火技术实施后，有效抑制了采空区自燃发火，工作面未发生火灾事故，保证矿井安全开采。

关键词：堵漏风;数值模拟;采空区;防灭火

1 前言

受赋存条件制约，拒不完全统计，我国约60%的矿井存在自然发火的危险，自燃火灾约占矿井火灾的70%。自燃火灾既会造成资源浪费、井下设备物资损坏，也潜在引发人员中毒、瓦斯爆炸等危害，给广大人民群众的生命财产安全带来巨大威胁，是影响矿井安全生产的常见五大灾害之一。采空区自燃是具有倾向性在适宜的供氧、蓄热环境和时间积累作用下发生物理化学变化的结果，其中，采空区漏风是造成回采工作面自燃发火的主要原因之一，其最有效的方法是隔绝或减少供氧量、抑制氧化蓄热，从而使其达不到着火点。因此，本文以杜家沟矿208综采工作面为例，开展堵漏风防灭火技术的实践应用研究，以期为其他类似矿井的火灾治理工作提供参考。

2 工作面概况

杜家沟矿位于河津市清涧街道办杜家沟村西北约3km处，矿井井田面积8.79km2，开采2#，核定生产能力60万t/a。208综采工作面开采的层具有自然发火倾向性，平均厚度3.90m，倾角0～5°，含0-1层夹矸，夹矸厚度0.30m左右，顶板为泥岩、砂质泥岩，底板为砂质泥岩、粉砂岩，钻孔瓦斯流量衰减系数为0.02145d-1，渗透系数为0.07983m2/（MPa2·d），属于难抽采。工作面东邻1207工作面，西邻1204采空区，南边邻近井田边界构造保护柱，工作面走向长度1500m，倾斜长度240m，采用综合机械化开采技术一次性采全高，轨道顺槽、皮带顺槽、工作面开切眼巷道断面形状均为矩形，面积分别为14.75m2、15.49m2、25.26m2，采用“U”型通风系统，皮带顺槽进风，轨道顺槽回风，工作面最大风量1363m3/min。

3 矿井自燃因素分析

杜家沟矿开采层埋藏较浅，地面凹凸不平，覆盖层厚度变化大，受采掘扰动影响易与地表形成塌通，形成地表漏风通道，促进采空区自燃。工作面两顺槽端头处回采率较低，综采支移走后，端头未采的堆积成松散状，间隙带，形成漏风通道，为采空区自燃创造条件。208工作面上下区段之间留有30m宽的保护煤柱，每间隔一段距离留设联络巷，當回采下区段工作面时，要与上区段相邻的联络巷进行密闭封堵，由于封堵断面积大，在矿山压力的影响下，容易造成封闭不严实而引起漏风形成漏风源。

由于208综采工作面属于难抽采层，且开采期间瓦斯涌出量较大，在采取上隅角埋管负压抽放采空区瓦斯后，势必会改变采空区内气体流态，工作面新鲜风流会借助于漏风通道进入采空区，加大采空区漏风，创造了自燃条件，增加自燃危险。

4 工作面堵漏风防灭火技术

4.1 进回风巷端头封堵防灭火

杜家沟矿针对208综采工作面两顺槽端头不严实、向采空区漏风的现象，如图1所示，沿着两顺槽走向，每隔15～20m，构筑堵漏风墙进行封堵，致使进风流在墙体壁面出现绕流效应，有效增大漏风风阻，减少漏风量，缩小采空区自燃“三带”范围和宽度，降低自燃危险性。其中，封堵材料选用粉煤灰，堵漏墙厚度设计为2～3m，墙体两侧与相邻的支架尾梁以及巷道壁面、顶板结合处严实密封。

4.2 联络巷密闭堵漏风防灭火

1203工作面回采后，需对1203工作面轨道顺槽与208工作面皮带顺槽之间的联络巷进行密闭，以切断采空区与208工作面之间的空气流动，其密封质量的好坏直接关系到采空区自燃防治效果，影响联络巷密闭稳定性的主要因素包括区段稳定性、密闭墙位置、采动影响、开采条件和密闭材料等。

4.2.1 密闭位置和墙体结构

不同的密闭位置会导致其受到的采掘影响迥然不同，关于合理密闭位置的选取，国内外的工程实践中应遵循：远离应力增高带;不构筑在底板标高最低的位置;应避开地质异常点;躲开周期来压影响区的原则。

根据杜家沟矿的地质条件和岩石力学参数，构建岩层结构模型，运用FLAC3D软件模拟联络巷不同断面处的围岩应力分布，断面距1203工作面采空区边界不同距离的模拟结果显示：巷道未支护状态下，断面的底板移近量分别为26mm;巷道未支护状态下，断面的底板移近量分别为19mm。由此可知，在顶底板移近量最小处，顶板支承压力最小，围岩稳定性好，最适合构置密闭。

传统的砖混单墙结构因其具有简单易操作、经济实惠、强度大、耐高温等特性，常作为矿井下密闭的构筑形式，但同时存在墙体与巷帮及顶板接触密封不实、封闭有效性差等缺点，尤其当刚性墙体受到较大应力的影响易致裂，墙体四周围岩裂隙发育，漏风情况突出。鉴于这一弊端，结合国外新的研究成果，采用双墙体充填方式构筑208工作面联络巷密闭，如图2所示，密闭两侧墙体用砖、混凝土等刚性材料砌筑，墙体接顶上部选用有一定的压缩性能与抗压强度封堵材料，以防顶板来压将密闭墙体压垮。

4.2.2 充填材料与充填墙体厚度

密闭墙应具有良好的气密性，采用罗克休作为208工作面联络巷密闭墙之间的充填材料。该材料凝结时间快，接顶严实，气密性好，能够保证隔断采空区有害气体与矿井新鲜风流的连通，避免出现瓦斯积聚和采空区火灾隐患，并且具有弹性，让压效果明显。

密闭墙是由刚性墙体和充填材料构建而成，刚性墙体厚度的确定要满足密闭良好承载力、抗冲击性和整体性。参考土建领域关于梁的冲击破坏试验经验公式，计算密闭遭损毁坏时的临界冲力，进而推算出刚性墙体厚度约为0.5m。为了密闭的横向稳定性，墙体总厚度应达到巷道高度的50%～60%，所以，确定混凝土刚性墙体厚度为1.0 m，中间填充厚度3 m。

5 结论

①208工作面实施上述堵漏风措施后，经现场采空区束管监测，采空区内的自然发火指标性气体浓度均处于正常值范围内，直至回采结束，未出现自燃迹象，确保了工作面的安全顺利回采，为本矿其他工作面的防灭火工作提供参考;②鉴于井下火灾具有多重诱因，在不同工况条件下，要结合矿井（工作面）实际情况进行具体分析研究，从而选择合适的防灭火技术措施。此外，要注重采取注氮、灌浆、喷洒阻化剂、堵漏风、均压调节等多种方法相结合的方式，以便达到更好的防灭火效果。

参考文献：

[1]褚廷湘，余明高，杨胜强，等.煤岩裂隙发育诱导采空区漏风及自燃防治研究[J].采矿与安全工程学报，2010，27 （1）：87-93.