矿井沿空掘进老巷预处理技术应用

邵光磊，唐耀勇，刘焕石

（兖矿集团有限公司杨村煤矿，山东 济宁272118）

1 概况

杨村煤矿315工作面所采煤层为3层煤，煤层厚度为8.57m，煤层具有自燃倾向性，自然发火期为60天，属容易自燃煤层；煤尘具有较强的爆炸性，煤尘爆炸指数为40.63%；矿井历年瓦斯等级鉴定均为低瓦斯矿井。

现阶段杨村煤矿进行矿井开采后期，工作面多为回收煤柱工作面，掘进期间与老空巷道贯通频繁，老空巷道贯通后因与采空区联通，打破了原封闭工作面内的气候环境，容易发生煤炭自燃情况，如何对工作面进行高效快速封闭，进行预先处理，是现阶段矿井面对的主要难题，杨村煤矿通过不断实践、总结、优化，形成了一整套针对沿空掘巷预处理的方案。

2 掘进工作面与采空区巷道贯通预处理

2.1 巷道贯通期间采取措施

掘进工作面施工至老空巷道处时，根据老空巷道不同的情况进行处理：

1）对于原老空巷道外封闭长度较短，未采取混凝土墙方式构筑的，提前对安设局部通风对采空区进行排放瓦斯，瓦斯排放结束后由地测部门标示处贯通点位置后，立即采取封闭。

2）对于老空巷道采取充填或施工混凝土墙的情况，采取施工钻孔排放瓦斯的方式，当掘进位置距贯通点5m时，由掘进迎头向贯通点施工钻孔，取样分析贯通点内的气体情况，埋设管路，利用压风向贯通点压风排放贯通区域气体，控制压风量，在排出气体中CH4浓度小于0.5%、O2浓度大于18%、CO浓度小于24ppm、CO2浓度小于1.5%，且稳定30分钟后，进行掘进贯通。

2.2 贯通后的封闭施工

贯通后，杨村煤矿提出一种刚柔复合封闭方法，达到了快速封闭、有效封堵漏风、抗冲击性能良好的封闭目的，采取了板闭、涂胶帆布、粉煤灰袋、高分子发泡材料、钢筋混凝土复合充填的方式（见图1）：

图1 临空老巷刚柔复合封闭示意图

2.2.1 快速封闭

首先在揭露的沿空老巷内使用木板简单架设骨架，木板上覆盖涂胶帆布，形成板闭，然后在板闭上立即喷射0.5m厚高分子发泡材料，起到快速封闭的目的。该方式构筑板闭用料便捷、架设快速，现场一般两个小时便能构筑完毕，能够快速隔离采空区，减少因启封造成的采空区漏风情况，达到快封闭的目的。

该墙涂胶帆布本身可起到防止漏风的作用，高分子发泡材料一般选用赛福特、罗克休等材料，发泡迅速、喷涂方便，受压后不宜干裂的特点，起到了快速封闭采空区、防止煤层自燃以及有毒有害气体外溢的作用。

2.2.2 缓冲墙

高分子发泡材料往外构筑3m粉煤灰袋墙，墙体两侧挂网防倒，砂袋垛两侧接帮，上部接顶，底部清除浮矸，确保封堵严密。

该墙粉煤灰袋具有支撑宽度大、不易变形、材料廉价的特点，起到了支撑巷道、减少巷道变形，当采空区内发生冲击时具有一定的缓冲作用，确保掘进及采煤期间的安全。

2.2.3 钢筋混凝土墙

在最外面构筑1m厚钢筋混凝土墙，在距高分子发泡材料往外每隔250mm施工一组锚杆，共计施工三组，每组锚杆底板、顶板等距施工6根锚杆，两帮等距施工4根锚杆，每组锚杆上覆盖全断面铁丝菱形网，菱形网通过锚杆托盘固定在锚杆上，且每一道菱形网纵横各使用不少于2道钢筋梯固定，然后采取浇筑或喷浆机喷浆的方式构筑钢筋混凝土墙，共计厚度1m（见图2）。其特点是：混凝土墙强度大、抗冲击，起到了支撑巷道、防止采空区冲击的作用。

图2 钢筋混凝土墙施工方式

3 沿空硐室预处理方案

工作面回采期间，需要在顺槽巷帮施工部分硐室作为绞车硐室、信号硐室、皮带机头硐室等，若下一步需在其一侧布置新工作面时，这些已处于采空区的硐室区域留设的煤柱将小于设计尺寸，或直接贯通老空区，如处理不得当，该区域将形成漏风通道，加快采空区的氧化速度，给采空区及沿空区域煤柱自然发火防治带来压力，通过实践，杨村煤矿采取了沿空硐室预处理技术，取得的良好效果。

工作面临空顺槽硐室充填分为深度小于2.5m硐室和深度大于2.5m硐室两种（如图3），均采用炉渣袋、赛福特（罗克休）、旧风筒布、金属网等进行刚柔复合充填封闭。

图3 工作面临空顺槽硐室

3.1 深度小于2.5m硐室充填方案

工作面临空顺槽硐室充填时自里往外的施工顺序是：

1）在工作面临空顺槽硐室里侧先挂旧风筒布以提高封闭效果，风筒布要展平，覆盖硐室全断面，接茬压边严密，周边与硐室顶帮连接好。

2）紧贴风筒布构筑0.7m厚的炉渣袋承压墙。

3）在炉渣袋墙外侧再悬挂旧风筒布，覆盖硐室全断面。

4）在风筒布上喷射0.5m厚的赛福特（或罗克休）柔性密闭墙，受压变形但不产生裂隙，确保封闭效果。

5）柔性赛福特密闭墙外侧再构筑炉渣袋墙，厚度与巷道巷帮平齐，充填满整个硐室。

6）炉渣袋墙最外侧挂菱形金属网防倒，菱形网与硐室周边金属网连接牢固。

3.2 深度大于2.5m硐室充填方案

工作面临空顺槽硐室充填时自里往外的施工顺序是：

1）在工作面临空顺槽硐室里侧先挂旧风筒布以提高封闭效果，风筒布要展平，并覆盖硐室全断面，接茬压边严密，周边与硐室顶帮连接好；

2）紧贴风筒布构筑1.0m厚的炉渣袋承压墙；

3）在炉渣袋墙外侧再悬挂旧风筒布，并覆盖硐室全断面；

4）在风筒布上喷射0.5m厚的赛福特（或罗克休）柔性密闭墙，受压变形但不产生裂隙，确保封闭效果；

5）柔性赛福特密闭墙外侧再构筑炉渣袋墙，厚度与巷道帮平齐，充填满整个硐室；

6）炉渣袋墙最外侧悬挂菱形金属网防倒，菱形网与硐室周边金属网连接牢固。

4 沿空封闭区域日常管理方法

4.1 留设注浆管路

墙体构筑时提前预留1路4寸注浆管路，并在墙外加截止阀，以便压注惰性气体或胶体泥浆，并埋设温度传感器预留4路束管，束管末端吊在巷道顶部，一路利用束管监测系统抽取采空区气样进行在线检测，一路人工取样，一路接气压管，一路备用；对于墙体位置较低有积水情况时，在墙体下部留设2路4寸排水管，排水管外加设阀门。

4.2 压注胶体

墙体构筑完毕后，为进一步封堵漏风，对密闭墙周边，及墙体里侧施工钻孔或留设的措施孔，压注胶体，进一步封堵漏风。

4.3 封闭后的检测

1）利用埋设的束管，每天一次利用JSG-7束管检测系统做好自然发火的预测预报工作，分析内容为：CH4、CO2、CO、O2、N2、C2H2、C2H4。

2）人工取样，每周至少一次人工对采空区内的气体进行取样分析，出现异常时及时通知有关部门进行处理。

5 效果分析

该技术的应用针对煤矿临空老巷煤体破碎易形成漏风通道造成煤层自燃，采空区有毒有害气体溢出造成瓦斯爆炸、人员窒息等问题，提出一种板闭、涂胶帆布、炉渣袋、高分子发泡材料、钢筋混凝土复合封闭方法，经过在杨村煤矿现场施工，达到了快速封闭、有效封堵漏风、抗冲击性能良好的封闭目的，杜绝了采空区有毒有害气体外溢，同时通过对封闭后采空区的气体取样分析结果与以往数据进行对比，可以看出该方法施工后的采空区，自然发火概率大大降低，保证了临空作业地点的施工安全。