瓦斯突出矿井堵漏风防灭火技术应用实践

宋建伟

摘 要：以东曲矿12514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倾向，工作面未发生火灾事故，保障了安全生产。

关键词：采空区;堵漏风;密闭;数值模拟;自燃

0 引言

高瓦斯突出矿井采空区漏风是造成回采工作面遗煤自燃的主要原因之一，其最有效的方法是隔绝或减少供氧量、抑制煤炭氧化蓄热，从而使其达不到着火点。因此，本文以东曲矿12514综采工作面为例，开展通过封堵漏风通道防治采空区遗煤自然火，应用效果良好。实践研究，以期为其他类似矿井的火灾治理工作提供参考。

1 工作面概况

东曲矿位于山西省古交市东南，井田面积59km2，矿井设计年生产能力4.00Mt。12514综采工作面开采的2#具有自然发火倾向性，平均厚度为3.24m，煤层倾角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0.07923m2/（MPa2·d），属于难抽采。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，采用“U”型通风系统方式，皮带顺槽进风，轨道顺槽回风，工作面最大风量1363m3/min。

2 自然发火危险性分析

①12514工作面开采的2#煤层埋藏较浅，地面凹凸不平，覆盖层厚度变化大，受地下煤层开采作业，易与地表形成塌通，形成地表漏风通道，促进采空区遗煤自燃;②12514综采工作面两顺槽端头处煤炭回采率较低，综采支移走后，端头未采的顶板冒落堆积成松散状，间隙带，形成漏风通道，为采空区自燃创造条件;③工作面上下区段之间留有30m宽的保护煤柱，每隔一段距离留设联络巷，当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，此外，保护煤柱也会在矿压作用下出现不同程度的裂隙形成漏风源;④12514综采工作面煤层属于难抽采，且开采期间瓦斯涌出量较大，在采取回风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，扩大了采空区遗煤氧化区域;⑤工作面较长，回采推进度慢，采空区遗煤多，一旦遗煤氧化蓄热升温达到着火点自燃，高温火源将逆着漏风通道快速前移，高温热气不断扩散，自燃“三带”也将随之前移并呈现变宽趋势，形成新的高温点，进一步扩大自燃危险区域。

由上述分析可知，12514综采工作面漏风是潜在造成自燃的主要诱因，因此，亟需采取措施封堵漏风源，阻断燃烧所需的氧气供应，抑制自燃倾向。

3 堵漏风防灭火措施

3.1 进回风巷端头封堵防灭火

针对12514综采工作面两顺槽端头顶煤冒落不严实、向采空区漏风的现象，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。

3.2 联络巷密闭堵漏风防灭火

12513工作面回采后，需对12513工作面轨道顺槽与12514工作面皮带顺槽之间的联络巷进行密闭，以切断采空区与12514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遗煤自燃防治效果，影响联络巷密闭稳定性的主要因素包括区段煤柱稳定性、密闭墙位置、采动影响、开采条件和密闭材料等。

3.2.1 密闭位置

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，一般综合以下几个方面的原则：①远离应力增高带;②不构筑在底板标高最低的位置;③应避开地质异常点;④躲开周期来压影响区。

根据东曲矿的地质条件和岩石力学参数，构建尺寸为190m×105m×90m的煤岩结构模型，运用FLAC3D軟件模拟联络巷不同断面处的围岩应力分布，如图1所示，断面1至断面4分别距12513工作面采空区边界5m、15m、20m、25m，模拟结果显示：巷道未支护状态下，断面1至断面4的底板移近量分别为26mm、30mm、33mm、25mm;巷道未支护状态下，断面1至断面4的底板移近量分别为19mm、24mm、25mm、202mm。可知，在剖面4处顶底板移近量小，顶板支承压力最小，围岩稳定性好，最适合构置密闭。

3.2.2 密闭墙体结构

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，常作为煤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12514工作面联络巷密闭，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。

3.2.3 充填材料

根据近年来国内外对密闭墙的研究成果，兼顾气密性、经济性和施工便捷性，选取罗克休作为12514工作面联络巷密闭墙之间的充填材料。罗克休材料凝结时间快，发泡倍数达到30～50倍，接顶严实，具有较好的气密性，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。

3.2.4 墙体厚度

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（1），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1.0m（内外当墙体厚度均为0.5m），中间填充厚度3m。

（1）

式中：Pc为单位面积临界冲力，MPa/m2;B为密闭刚性墙体厚度，m;H为密闭墙所在巷道净高度，m;L为密闭墙所在巷道净宽度，m;m1为冲击物质量，kg;m2为被冲击物质量，kg;σb为断裂强度，MPa。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1.0m（内外当墙体厚度均为0.5m），中间填充厚度3m。

4 结语

12514工作面实施上述堵漏风措施后，经现场采空区束管监测，采空区内的一氧化碳、乙烯等煤炭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，未出现遗煤自燃迹象，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。

参考文献：

[1]秦波涛，王德明.矿井防灭火技术现状及研究进展[J].中国安全科学学报，2007，17（12）：20-26.