新型材料快速构筑密闭在阳煤一矿的实践应用

聂贵亮

（阳泉煤业（集团）有限责任公司一矿，山西 阳泉 045008）

1 引言

阳泉煤业（集团）股份有限公司一矿位于山西省阳泉市西北和盂县交界处，隶属于阳泉市管辖。井田东西走向长13.5km，南北倾向宽9.8km，井田面积83.6km²，矿井核定生产能力750万t/a。一矿现有3个采煤队，12个掘进头，每年构筑各类密闭工程300起左右，一矿近十年内未发现需要封闭的火区，所以构筑防火墙较少，主要密闭工程是构筑临时挡风墙和永久挡风墙，挡风墙和永久挡风墙均需施工料石黄土墙。

2 目前密闭存在的问题

传统的料石黄土密闭墙其料石重量大，消耗材料多，需要耗费大量的人力、物力，而且施工时间非常长，现己经无法满足矿井安全、快速、高效的生产需求，且在使用中存在以下问题：

（1）在修正料石过程中存在伤人隐患。人员在闭墙施工中需要用铁锤将不规格的料石敲打成规格的形状才可使用，在敲打过程中碎石容易飞溅起来伤人。

（2）抗压能力不强。料石黄土为刚性材料，无缓冲作用，巷道受顶板、侧压及底鼓的作用，使用料石构筑的通风设施极易压垮、料石开裂、脱落、掉渣等现象经常发生，造成漏风。同时造成通风设施的维修频繁，维修费用较高，增加了成本。

（3）料石不规格。料石形状不规格，在构筑通风设施时砌块的压茬较多，影响密闭效果。

（4）不方便构筑和拆除通风设施。需要构筑通风设施的巷道一般在3.5m以上，需要搭架进行构筑，甚至有时需要搭2～3层的架子才能完成构筑，人员在搬运料石时非常不方便。同时由于构筑过程中一般需要加混凝土，通风设施拆除时很难将料石拆除下来，且巷道较高拆除中存在安全隐患。

3 快速密闭技术

由于传统料石墙黄土墙的诸多缺点，现针对一矿各种永久及临时密闭的密闭方式、密闭材料、密闭效果，选择合适的充填材料，研究适应于一矿井下不同条件的材料设备系统及井下快速充填密闭工艺显得尤其必要。新型快速密闭材料由阳泉科汇瓦斯检测技术有限公司进行了专利授权，属于实用型的矿井密闭墙。

该材料由甲料、乙料两种组分构成，甲、乙料以重量比1∶1配合使用。要求甲料和乙料两部分必须等液进浆，混合均匀，其强度才能达到最大，充填待15min后材料凝固。充填材料性能根据具体条件进行配制与调整。该井下快速密封柔性材料具有增阻速度快、早期强度高、胶结时间可调、胶结性能好等特点。煤矿井下快速密封柔性材料的水化硬化分为甲乙料的水化溶解、胶凝固化、强度硬化三阶段。井下快速密封柔性材料的料浆含有大量水份（W/C=2.5:1），溶液流动性强，具有良好的可泵性，胶结2h强度达1MPa以上。

4 现场应用

一矿81401工作面回采结束后，共需施工永久挡风墙4堵。分别采用快速密闭充填工艺施工了2堵永久挡风墙，采用传统方法施工了2堵永久挡风墙。

4.1 新型快速永久密闭墙设计

新型快速永久密闭墙，选用开放式模袋一次灌注成墙，墙体厚度2.0m，采用钢筋网、钢筋梁及对拉锚杆加固墙体，巷帮和底板掏槽0.2m深，槽宽3.0m，墙体留有观测孔、措施孔，见图1。

图1 新型快速永久密闭墙设计

4.2 快速密闭工程实施

（1）施工准备

施工永久密闭所需材料提前运至施工地点，距施工地点不大于20m，保证密闭材料运足够用。保证作业地点前后5m的支护牢固可靠，对施工地点进行杂物清理，保证不妨碍密闭墙施工。

（2）掏槽

按设计要求并结合该矿实际，底槽必须保证进入实体煤0.2m，帮槽进入实体煤0.2m。掏槽必须见硬帮硬底，槽体四周整齐，槽底平整深度一致。

（3）固定密闭模袋

将密闭墙模袋展开，用密闭模袋顶角的四个固定绳将密闭墙模袋吊挂在巷道肩角位置，要求模袋展开充分，吊挂长度合适，满足模袋浆体固结后能完全充实巷道。根据模袋中留设的锚杆加固孔，将对拉锚杆穿入预留孔，将一端紧固，并与密闭墙内外两侧钢带及钢筋梯连接牢固。

（4）注浆

注浆设备有注浆泵、搅拌机、管路等。通过模袋密闭预留的注浆孔进行注浆，注浆压力稳定在2.0MPa，模袋密闭快注满时，注浆压力稳定在1.0MPa，AB料配比为1:1，浆液水灰比为2.5:1。注浆工艺流程见图2。

图2 注浆工艺流程图

（5）紧固对拉锚杆

预紧力是锚杆支护的关键参数之一，是锚杆主动支护的标志。密闭模袋注满后要及时紧固对拉锚杆，施加对拉锚杆预紧力要求达到150N•m。

（6）施工组织

现场施工由通风队负责，采用“三八”制作业，采空区封闭时，必须另安排一名通风队干部进行跟班。材料充填时，需要工人4名，其中司机1人，充填点施工员2人，上料人员1人，以上人员必须经过操作技能培训方可上岗。

5 采用料石密闭和新材料密闭工艺优缺点分析

5.1 传统料石黄土密闭墙及工艺特点

（1）优点：料石可回收循环利用。

（2）缺点：①料石墙为刚性承载结构，无法形成让压承载。料石永久密闭的承载结构为料石墙，料石墙易受压破坏变形，不能与巷道围岩形成完整承载结构，导致后期永久密闭漏风等质量问题。②黄土封顶时已空顶。采用黄土填充封顶，由于距离顶板太近，空间狭小，人工无法用黄土将顶部充填严实，存在空顶、空缝、漏缝等情况，也会造成后期永久密闭漏风等质量问题。③施工周期长，劳动强度大。施工准备周期长，由于用料量大，体力作业多，从地面准备材料，材料装车，材料入井，材料卸车等等作业环节占用人力物力。施工过程周期长，料石砌筑及充填黄土为人工作业，且质量要求高，作业进度慢。

5.2 新型快速充填密闭墙及工艺特点

（1）优点：①充填材料具有一定的可塑性，施工后能保持巷道顶、帮密实不透气，充填材料成型后性能稳定，持久，不破裂。②注浆泵质量轻，操作方便，而且结构简单，易于维护，充填材料重量轻，运输方便，施工密闭时能大大降低工人劳动强度。③反应时间短，可实现快速封闭巷道的目的。④成本低于石料闭墙费用，每道闭墙节约资金40%，同时极大减少辅助工种用工费用和提高施工效率，每道闭墙可缩短施工工期1.5d。

（2）缺点：设备、材料技术含量较高，对施工人员要求高。

6 结论

通过现场应用，与传统闭墙施工材料消耗大，劳动强度高，效率低，可靠性较差相比，新型材料快速密闭新技术结构合理，运料方便，投工少，抗压性、密闭性好，成本低，施工快速，操作安全，且新型材料密闭更适用于运输距离远、进料难度大、超高巷道的密闭施工。因此，积极推广新型快速密闭施工，不仅可以解决传统闭墙存在的缺陷，而且有利于提高密闭施工效率，满足工作面生产需求，对推进矿井现代化建设具有积极的意义。