矿井密闭墙加固及有害气体防治研究

冯艳阳

（山西汾西矿业孝义煤矿管理分公司，山西 孝义 032300）

引言

在矿井生产期间，在开采完毕采煤工作面或者废弃巷道内，需要构造密闭对空间进行封闭[1-2]。但是在采掘压力动压或者年久失修等影响下，密闭墙难以避免会出现损坏、开裂等问题，同时在密闭墙体周边易出现裂隙，从而使得密闭空间内高浓度有害气体向外溢出，给矿井生产安全带来威胁[3-7]。山西某矿通风系统较为复杂，布置的通风设施较多，使用的密闭墙体多采用红砖、水泥混凝土等刚性材料构筑，采动影响下容易变形，导致瓦斯外溢，同时后续维护难度高。传统的密闭加固措施主要为喷浆，存在人力投入大、劳动强度高以及加固效果不佳等问题。为此，文中提出采用新型材料对密闭墙进行加固并通过注浆方式对密闭墙周边裂隙进行封堵，从而达到提升密闭效果并降低有害气体外溢目的。

1 矿井现有老旧密闭墙分析

现阶段矿井井下密闭墙类型包括有料石、红砖、混凝土等类型，在密闭墙体施工过程中受现场施工环境以及砌筑技术等制约，密闭墙上部存在较大缝隙，极易成为漏风通道；同时在矿压影响下，红砖、料石及混凝土等类型密闭墙体刚性过大、容易出现贯通裂隙。

在矿井1501 副巷、3206 副巷等位置密闭墙体均通过双板墙并在中间充填水、砂、石灰等混合物，存在主要难题即为接顶时密闭困难，墙体承压效果不佳。对于直接密闭采空区的密闭墙，在不同程度顶板压力作用下甚至出现密闭墙垮落问题，采用的加固措施为混凝土喷浆或者贴砖，但是也面临人工运料工作量大、处理时间长以及作业人员长时间在顶板不稳定区域工作等问题。同时处理过后密闭墙在压力作用下容易再次出现裂隙，给井下瓦斯治理以及通风管理等工作带来制约。为此，提出采用新型材料对密闭墙进行加固并通过注浆方式对密闭墙周边裂隙进行封堵。

2 密闭墙体加固

2.1 密闭墙加固

为提高密闭墙加固效果，提出采用新型材料（无机柔性喷涂材料）对存在漏风、开裂、渗水或者瓦斯泄漏等情况的密闭墙进行击鼓。选用的新型材料是一种复合材料，材料固结后抗拉强度达到2 MPa 以上、黏附能力强以及变形量＞30%、硬化时间快等优点。为此，采用此种新型材料对矿井存在缝隙以及瓦斯泄漏等情况的密闭墙进行加固，具体加固密闭墙包括有1501 副巷、3206 副巷、3305 正头密闭等。

密闭墙体使用木板构筑，具体构筑情况，如图1所示。在合适位置构筑木板密闭墙，在密闭墙体表面喷涂新型加固材料，需要特别注意是木板密闭墙木点柱应与巷道顶底板密切接触。在木板墙构筑物施工完毕后，采用新型材料对四周缝隙进行封堵。采用的新型材料喷涂后初凝、终凝时间分别控制在0.5 h～1.0 h、2.0 h～3.0 h。喷涂时选用专用喷涂枪枪口与喷涂面间距控制在1.0 m～1.5 m。喷涂时应确保表明均匀，密闭墙喷涂加固分两个循环，单个循环耗时1 h～2 h，在单循环喷涂完成后对喷涂设备进行清洗，以便确保下个循环设备可正常使用。

图1 密闭墙体加固示意图

2.2 密闭墙周边巷道裂隙封堵

采用注浆加固方式对密闭墙周边巷道裂隙进行封堵，根据巷道井下密闭墙现场条件，确定注浆加固钻孔孔深均为2.0 m，具体现场布置，如图2 所示。注浆钻孔间隔按照1 000 mm 布置，在密闭墙周边设计14 个注浆加固钻孔，其中顶底板各5 个、巷帮各2个，钻孔孔径统一为42 mm、孔深统一为2.0 m。注浆选用2.0 m 花管，封孔距离500 mm，花管外露长度100 mm，封孔采用选择天固加固材料。

图2 密闭墙周边注浆钻孔布置示意图（单位：m）

注浆采用2ZBQS-15/10 双液气动注浆泵，注浆压力控制在3 MPa～5 MPa，单个密闭墙注浆量控制在854 kg 以上，并在注浆压力允许情况下尽量多的注浆。在注浆加固封堵期间先对密闭墙底板、两帮以及帮角等位置进行加固，最后加固顶板。在注浆期间，若出现密闭墙周边漏浆时则应及时对漏浆点进行封堵；注浆初期注浆流量不宜过大，待注浆稳定后适当增加注浆流量。注浆过程中严格控制注浆压力，当注浆压力超过5 MPa 或者密闭墙周边巷道壁出现大范围漏浆时，即可停止注浆。

3 密闭墙加固效果

在采用新型材料对密闭墙进行喷浆封堵、采用天固材料对密闭墙周边巷道裂隙进行充填后，对1501 副巷、3206 副巷、3305 正头密闭3 道永久密闭加固效果进行检测，具体加固前后各个点瓦斯浓度检测情况，如表1 所示。从表1 看出，通过对密闭墙进行加固后，密闭墙密闭效果得以显著提升，密闭范围内瓦斯外溢量明显降低，取得较好密闭封堵效果。同时对密闭墙周边巷道围岩变形量进行监测，在监测期间未发现顶板、巷帮变形。通过对矿井老旧密闭墙进行加固，可提高采空区密闭效果，杜绝密闭区内高浓度有害气体向巷道通风系统涌出，可提高矿井生产安全保障能力。

表1 密闭墙加固前后瓦斯浓度检测结果

4 结语

矿井采空区采用的红砖、混凝土等密闭墙在采动压力等作用下容易出现缝隙，从而导致密闭空间内高浓度有害气体外溢。为提高密闭墙密闭效果，提出采用新型材料对密闭墙缝隙进行喷涂封堵，并通过围岩注浆方式对密闭墙周边巷道内裂隙进行封堵。现场应用后，密闭墙体密闭密封效果得以有效提升，可避免密闭区内有害气体外溢，同时整个加固过程中作业人员劳动强度较低、施工效率高。