资源整合矿井复采煤层堵漏风技术应用分析

李 阳

(霍州煤电集团 河津薛虎沟煤业有限责任公司， 山西 河津 043300)

霍州煤电集团河津薛虎沟煤业有限责任公司，位于山西省河津市下化乡，以山西霍州煤电集团为主体，由原山西河津薛虎沟煤业、原麻子沟煤矿两个煤矿整合而成，整合后矿井生产能力为0.9 Mt/a. 其井田南部分布的已关闭的陈家岭村办煤矿和3对私人开办井口，均对重组井田南部地段2#、10#煤层进行了开采，形成了大片开采破坏区。目前，矿井开采2#煤层，煤层厚度4.60～5.55 m，平均4.92 m. 2#煤层资源受原小煤窑巷采影响，造成顶板冒落，开采过程中复采煤层及顶板破碎易垮落，小煤窑对上分层巷采后，直接顶大面积垮落，垮落最大高度6 m，宽度为10 m. 由于对周边废弃小窑及关闭煤矿地质资料不清，在掘进过程中经常揭露的小煤窑采空区,平均冒落高3.5 m，宽4 m，巷道交错复杂，有漏风现象，会导致采空区内有害气体涌出，也有可能造成采空区内自然发火。因此，必须及时采取漏风封堵技术。

1 矿井掘进工作面漏风情况

薛虎沟煤业2017年掘进2-1061巷、2-1062巷，掘进工作面设计断面为三心拱，设计巷道宽4.7 m×高3.25 m，净宽4.2 m×净高3.0 m，采用架设可缩性U型棚的方式进行支护，棚距0.8 m.

1) 2-1061掘进巷漏风情况。

2-1061巷与相邻的2-105综采工作面回风巷中部留设30 m保安煤柱，2-105工作面配风量1 054 m3/min，2-1061巷局扇吸风量280 m3/min，出口风量240 m3/min，供风距离350 m. 2-1061巷施工期间揭露大面积小窑采空区，回风联巷至工作面260#棚段出现进风，风筒出口至310#棚段风量逐渐减少；相邻的2-1052巷360#棚至90#棚处风量逐步增大。最终确定2-1061巷与2-1052巷中部揭露的采空区、空巷漏风，漏风量470 m3/min左右。2-1061巷漏风示意图见图1.

图1 2-1061巷漏风示意图

2) 2-1062掘进巷漏风情况。

2-1062巷周边无设计巷道，未进行采掘作业，局扇吸风量365 m3/min，出口风量340 m3/min，供风距离650 m. 巷道掘进过程中，2-1062巷中部揭露十余次小窑空巷，其中揭露原小窑井筒1次，原小窑主要巷道2次，巷道风量逐步增大，最大时期采空区漏风量达350 m3/min. 2-1062巷漏风示意图见图2.

图2 2-1062巷漏风示意图

2 堵漏风方法及应用

针对2个掘进工作面漏风问题，经过对掘进巷道进行逐段风量测定，确定了漏风区段，采取高分子注浆、喷浆、地面废旧井筒封堵、井下小窑巷道封堵等综合措施进行堵漏风。

2.1 高分子材料注浆堵漏风

高分子材料注浆堵漏风是通过控制两种高分子材料配比浓度，利用两种材料化学反应，生成一种易流动的膨胀泡沫，起到封闭作用。高分子材料注浆堵漏风技术包括以下几项内容：

1) 观察顶板，布置注浆孔。注浆前对漏风区段顶板及四周进行现场查看，确定漏风来源，控制漏风封堵范围，定位注浆孔位置、角度、深度。

2) 通过化学反应效果，控制材料配比。现场通过高分子材料化学反应颜色判断高分子材料配比及膨胀流量和强度效果。经过反复应用发现，高分子材料反应后呈黄色液体流出，高分子材料未反应，无法膨胀充填；反应后2 s内瞬间呈粉红色，高分子材料过量反应，膨胀后泡沫胶结强度不够；反应后2 s内瞬间呈粉黄色，高分子材料充分反应，膨胀后泡沫胶结强度良好。

3) 反复注浆，确保空隙充填饱满。对漏风区段进行封闭后，通过现场观察继续在原有充填好的膨胀泡沫上，用注浆杆捅破泡沫，利用高分子材料流动性、胶结性、膨胀性，不断充填挤压，将未完全充填区域进行全部充填接实，并且增强充填强度，以膨胀泡沫从注浆孔区域四周膨胀至巷道外5 cm为宜。

4) 现场测定。通过通风仪器仪表，现场对堵漏区域内前后风量、瓦斯、氧气、一氧化碳进行分析对比，确定堵漏效果。

高分子材料注浆堵漏风技术具有以下优点：a) 堵漏风效果好，时间短，见效快。b) 材料获取方便，容易运输，使用无轨胶轮车即可运送至施工地点。c) 施工方式简单、易操作，3～5人即可完成，人员劳动强度低。d) 无污染，对作业环境不会产生其他危害。但高分子材料注浆具有成本高，遇到冒落较高的采空区时，使用材料多，现场施工困难的缺点。

2.2 巷道喷浆堵漏风

巷道喷浆堵漏风就是用传统的水泥砂浆对漏风巷道进行封堵。巷道喷浆堵漏风技术包括以下几项内容：

1) 施工质量。喷浆厚度为150 mm，初喷100 mm，复喷50 mm. 喷浆强度为C30. 初喷时，混凝土配比为水泥∶沙子∶石子=1∶2∶1.5. 复喷时，混凝土配比为水泥∶沙子∶石子=1∶2∶2. 速凝剂掺入量为水泥总重量的3%～5%，水灰比0.4，并预先调整水风压后上料，以减少回弹。

2) 喷浆方法。喷头与受喷面尽量垂直，与受喷面的距离应控制在0.5～1 m. 喷射砼要自上而下喷射，先顶后帮呈螺旋轨迹移动，轨迹直径10～20 cm，喷射时要预先调整水风压后上料，以减少回弹，喷浆顺序应由高至低，先顶后帮。

3) 现场测定。通过通风仪器仪表，现场对堵漏区域内前后风量、CH4、O2、CO进行分析对比，确定堵漏效果。

巷道喷浆堵漏风具有如下优点：a) 堵漏风效果好，同时能起到防灭火作用。b) 成本低，材料易获取。 同时具有如下缺点：a) 施工难度大，运料比较困难，需要6～8人。b) 不能与生产作业同时进行，影响正常掘进。c) 产生的粉尘对作业环境危害大，对人员健康危害大。d) 回采期间喷浆层难以脱落，棚梁回收困难，还有可能造成工作面隅角悬顶面积大，影响有害气体管理。

2.3 地面废旧井筒封堵漏风

地面废旧井筒封堵漏风主要是查找与井下相连的地面小窑井筒及裂隙，利用黄土、水泥砂浆、砖等材料进行封堵，达到堵漏风目的。该技术包括以下几项内容：

1) 通过井上下对照图及实地查看，查找地面小窑井筒、裂隙位置，确定漏风地点。

2) 现场制定堵漏风方案，确定使用材料及材料来源。

3) 根据制定的方案，对漏风地点进行封堵。

4) 井下现场测定。通过通风仪器仪表，现场对堵漏区域内前后风量、瓦斯、氧气、一氧化碳进行分析对比，确定堵漏效果。

地面废旧井筒封堵漏风具有以下优点：a) 封堵漏风的同时能防止与其相连的巷道、采空区发生煤炭自燃。b) 效果明显，易实施。同时具有如下缺点：a) 需要有详细的小窑井筒分布资料。b) 有时漏风地点处于山沟或山谷中，人员、设备无法到达现场。c) 封堵后经采掘活动、雨水灌溉等影响，漏风地点可能还会漏风。

2.4 井下小窑巷道封堵漏风

井下小窑巷道封堵是在掘进过程中揭露小窑巷道时，对揭露的巷道两侧用充填的方式进行封堵，达到堵漏风目的。该技术包括以下几项基本内容：

1) 全面揭露小窑空巷后，查看空巷支护情况，确定封堵位置及方法。

2) 对未完全冒落的小窑巷道原有支护进行加强，在巷口施工闭墙或用黄土装袋进行封堵。

3) 现场测定。通过通风仪器仪表，现场对堵漏区域内前后风量、瓦斯、氧气、一氧化碳进行分析对比，确定堵漏效果。

井下小窑巷道封堵具有以下优点：a) 随时揭露随时封堵，保证巷道不会因长时间漏风而造成有害气体超限等问题。b) 封堵材料获取容易，施工速度快，不影响掘进作业。同时具有如下缺点：a) 揭露大面积空巷、采空区时，此方法不适用。b) 小窑巷道大多采用木棚支护，木棚经常年腐化，支护强度较弱，人员在空巷周围施工密闭期间不安全，随时可能带来冒顶危险。c) 小窑巷道周边裂隙多，即使对巷道口进行了封堵，周边裂隙也会存在漏风。

3 结 语

采用上述方法对掘进巷道进行堵漏风各有优缺点。在正常掘进过程中，根据揭露巷道情况及巷道漏风情况，采取4种措施同时使用的综合堵漏风方法，目前已解决了矿井采掘过程中的巷道漏风问题，最终形成一套完整的复采煤层掘进工作面堵漏风技术，具体为以下几点：

1) 加强揭露空巷管理，空巷揭露后及时对空巷进行封堵；加强地面巡查，对发现的地面裂缝、废旧井筒裂缝等进行封堵。

2) 加强掘进工作面风量测定，每天对巷道风量测定一次，发现风量变化异常立即查找原因，制定措施，及时处理。

3) 加强工作面短探管理，短探时探出前方有顶钻、卡钻、遇空等现象时，即确定前方有空巷、采空区出现，立即对探眼内有害气体、漏风情况进行测定，确保有计划揭露空巷。

4) 对顶板破碎、基本顶垮落等地点采取超前预注浆的方式保证破碎顶板形成胶结状态，超前充填顶板间裂隙，达到堵漏风目的。

5) 对已掘进巷道发现漏风现象的，通过区段风量测定，确定漏风区段，采取喷浆的方式解决漏风问题。