大淑村矿172107工作面防灭火密闭技术的应用研究

赵晓岗

（冀中能源峰峰集团有限公司，河北 邯郸056000）

1 概 况

冀中能源峰峰集团大淑村矿为煤与瓦斯突出矿井，目前主要开采2号和4号煤层。172107工作面位于一采区深部，标高为-510—-570 m，开采的煤层属于2号煤层，平均煤厚5.6 m，采用放顶煤工艺，2号煤层煤尘具有爆炸性，属于三类不易自燃煤层，该工作面于2018年11月25日结束。实践经验表明，大淑村矿2号煤层放顶煤开采工艺采空区仍具有自燃危险。如何防止172107工作面采空区自燃成为此次研究的主要目的。

2 防灭火密闭技术实施

172107工作面结束后，为杜绝工作面采空区漏风，防止采空区自然发火，大淑村矿采取了密闭墙+MA矿用无机复合发泡材料措施。

（1）采用徐州易创煤矿安全科技有限公司研发的MA矿用无机复合发泡材料，该材料与水混合，经发泡后可形成泡沫状浆液，并在短时间内凝固成型，凝聚后具有一定的柔性承压能力，体积不收缩不会出现一些材料注入后因凝固而缩小体积，出现充填不严密等缺陷。充填后，半小时产生强度，凝固成型后，可承受0.4～1.2 MPa的压力，其重量较轻，密度较低，该材料无毒、无污染、无腐蚀，不燃烧且不助燃，经济实用，工艺简单，较易操作。

（2）在172107工作面上、下顺槽距采空区停采线往外15 m位置分别建筑2道防灭火密闭墙，每道密闭墙厚1 m，两道墙间距为2 m。构筑时首先构筑里道防灭火密闭墙并喷浆，然后构筑外道密闭墙，密闭墙上部留0.3～0.5 m空隙，利用气动注浆泵往两道密闭墙间注MA矿用无机复合发泡材料（水和发泡材料配比为1∶0.4～0.7），待两道墙体之间注满材料后，立即密闭，密闭后将墙体喷浆。密闭墙墙体留设通往采空区的注浆管路，并吊挂至采空区停采位置巷道顶部。

3 试验过程与结果

3.1 防灭火工作概况

图1 172107工作面上顺槽A、下顺槽B密闭墙布置情况如图1和图2所示。根据172107工作面巷道布置实际情况及停采线位置，共设计8道（4组）密闭墙，密闭墙前后5 m范围对巷道进行喷浆，建墙处煤巷必须注浆加固。

图1 172107工作面上顺槽A密闭墙布置及断面示意Fig.1 Arrangement and section of sealing wall along roadway A on 172107 working face

图2 172107工作面下顺槽B密闭墙布置及断面示意Fig.2 Arrangement and section of airtight wall B under 172107 working face

（1）在172107工作面上顺槽214号点以里9.6 m处构筑一道防灭火密闭墙，往里间隔2 m构筑另一道防灭火密闭墙；上顺槽208号点以里5 m处（距巷道口不大于5 m）构防爆筑密闭墙一道，往里间隔3 m构筑另一道密闭墙。

（2）在172107工作面下顺槽14号点以里13.4 m处构筑一道防灭火密闭墙，往里间隔2 m构筑另一道防灭火密闭墙；下顺槽8号点以里5 m处（距巷道口不大于5 m）构筑防爆密闭墙一道，往里间隔3 m构筑另一道密闭墙。

3.2 防火密闭墙结构

所有密闭墙墙体用红砖砌筑，水泥勾缝抹面，防火密闭墙墙体厚度为1.0 m，密闭墙墙体厚度不小于0.8 m，在防火密闭墙内侧0.15～0.2 m摆木垛，木垛必须接顶严密，密闭墙建筑前后必须将墙体前后2 m范围巷帮进行喷浆，墙体四周掏槽不少于0.5 m，见实帮实底，防止巷道周边来压或注浆时压力过大损坏墙体所有在煤巷构筑的密闭墙，在建墙前对建墙及墙间巷道进行注浆加固，防止煤体酥软漏风。

A、B密闭墙结构剖面如图3所示，C、D防火墙结构如图4所示。

图3 A、B密闭墙结构剖面Fig.3 Structural profiles of enclosed walls A and B

图4 C、D防火墙结构剖面示意Fig.4 Firewall structure section of C and D

（1）172107工作面上、下顺槽构筑防灭火密闭墙时，即CD处防灭火密闭，首先构筑里道防灭火密闭墙并喷浆，然后构筑外道密闭墙，密闭墙上部留0.3～0.5 m空隙，利用气动注浆泵往两道密闭墙间注MA矿用无机复合发泡材料（水和发泡材料配比为1∶0.4～0.7），待两道墙体间注满材料后，立即密闭，密闭后将墙体喷浆。D密闭墙墙体留设通往采空区的注浆管路，并吊挂至采空区停采位置巷道顶部。

（2）172107工作面上、下顺槽构筑防爆密闭墙时即AB处密闭，首先构筑里道密闭墙并喷浆，然后构筑外道密闭墙，外道墙构筑一半时，往两道墙体间填黄泥，待两道墙体间填满黄泥后密闭，密闭之后利用气动注浆泵往两道墙体间注发泡材料，注满为止。里道密闭墙墙体留设抽采管路、观测孔；外道密闭墙墙体留设注浆管、返浆管、抽采管、观测孔等管路。

密闭墙具体参数如下：

3.3 施工工艺

（1）防火密闭墙具体施工顺序为：施工准备—掏槽—喷浆—第一道墙槽前后2 m壁后注浆—砌第一道墙（墙面喷浆）—墙面喷浆—布管（孔）—充填—砌第二道墙—喷浆—注浆加固。

（2）施工准备阶段包括支护、材料运输、管路铺设等。密闭墙砌筑前，巷道四周掏槽。掏槽深度煤层不小于0.5 m，岩层不小于0.3 m，并见实顶、实帮、实底，不得有裂缝。

3.4 密闭墙体及围岩加固

（1）注浆加固钻孔为φ42 mm，第一排注浆孔位于防火密闭墙与巷道的交线上，孔深2 m，注浆加固孔布置在巷道的底部和两侧，注浆孔共5个。退后2 m布置1排注浆孔，孔深2 m。采用风动钻机或锚索钻机打注浆钻孔至设计孔深，钻孔直径28 mm。钻孔深度误差控制在50 mm以内。巷道注浆孔布置如图5所示。

图5 巷道注浆孔布置示意Fig.5 Arrangement of grouting holes in roadway

（2）当钻进至设计深度后，退出钻杆，换φ42 mm钻头扫孔1.0 m，安装封孔器。

（3）检查钻孔是否符合要求，否则重新施工钻孔。

（4）每钻完1孔，立即打入注浆管1套（下管长度根据实际情况决定），管节之间用管箍相连。下管要快速，防止塌孔。

（5）安装封孔器，封孔器距孔口不大于0.5 m。连接注浆泵等管路、设备。

（6）首先注浆泵必须放置水平，保证工作缸与地面垂直；其次连接管路系统时，确保连接牢固。最后对设备和管路系统进行联合调试，确认无误后，方可进行注浆作业。

（7）开始注浆时要低压，然后逐渐加压进行，注浆过程中根据浆液的渗透情况，遵循匀速、缓慢、停顿等原则，严格按照操作规程进行注浆施工。如果出现跑浆现象，要及时采取降低注浆压力、间歇注浆等措施。注浆期间，应注意观察巷道顶、帮的变化情况，严格控制注浆压力，防止因注浆过大而造成顶、帮大面积开裂和脱落。

（8）当注浆压力达到6 MPa以上，或注浆流量小于5 L/min时，应停止注浆。遵循先卸压后拆除的原则拆除注浆混合器。（9）每孔注浆结束后，要有专人观察浆液的凝固效果和注浆效果30 min，其余人员立即用清洗液清洗注浆泵的管路系统，必要时拆卸清洗。

3.5 密闭墙内空间充填

A、B两道防爆密闭墙之间必须先用黄土填满填实，再用MA矿用无机复合发泡材料充填注实，C、D两道防灭火密闭墙间直接注满MA矿用无机复合发泡材料充填注实，水和发泡材料配比为1∶0.4～0.7，充填作业前首先按照如下顺序进行施工准备。

（1）172107工作面上、下顺槽构筑防灭火密闭墙时，即C、D两处密闭，首先构筑里道防灭火密闭墙并喷浆，然后构筑外道密闭墙，密闭墙上部留0.3～0.5 m空隙，利用气动注浆泵往两道密闭墙间注MA矿用无机复合发泡材料（水和发泡材料配比为1∶0.4～0.7），待两道墙体间注满材料后，立即密闭，密闭后将墙体喷浆。D密闭墙墙体留设通往采空区的注浆管路，并吊挂至采空区停采位置巷道顶部。

（2）172107工作面上、下顺槽构筑防爆密闭墙时，即A、B处密闭，首先构筑里道密闭墙并喷浆，然后构筑外道密闭墙，外道墙构筑一半时，往两道墙体间填黄泥，待两道墙体间填满黄泥后密闭，密闭后利用气动注浆泵往两道墙体间注发泡材料，注满为止。里道密闭墙墙体留设抽采管路、观测孔；外道密闭墙墙体留设注浆管、返浆管、抽采管、观测孔等管路。

（3）密闭墙体管路要求抽采管路规格为φ100 mm铁管；注浆管、返浆管、观测管规格均为φ50 mm铁管，且墙内留设管路必须吊挂在巷顶部并固定牢靠。

（4）巷道密闭后及时进行抽采和注浆工作，并在抽采管路上安装流量计。在密闭墙外按规定安设相应传感器。

3.6 密闭效果分析

172107工作面上、下顺槽于2018年12月30日完成密闭。通过172107工作面上顺槽密闭墙外各项参数可以看出，密闭墙处瓦斯很小且很稳定，近一个月来密闭墙外均无一氧化碳、瓦斯等有害气体，说明172107工作面上顺槽密闭严密，防止了采空区漏风，杜绝了采空区自燃。172107工作面密闭起到了很好的密闭效果。

4 结 论

针对172107工作面埋藏深、矿压大，存在采空区自然发火风险的问题，大淑村矿通过引进先进技术和材料，积极和科研机构展开合作，制定了一系列的防灭火管理措施，杜绝了工作面密闭墙漏风和采空区自然发火，取得了良好的经济效益和安全效益。实践表明“密闭墙+MA矿用无机复合发泡材料技术”可以适用于以下情况。

（1）适用于所有开采具有煤层自然性的矿井，用于采空区密闭杜绝采空区自燃发火。

（2）适用于煤与瓦斯突出矿井的采空区密闭，杜绝瓦斯涌出造成瓦斯超限。

（3）适用于具有突水的矿井，封堵老空水。

（4）适用于采空区的充填，钻孔的封堵冒落带灌浆等应用广泛，可大力推广。