三聚盛煤业揭露老空区煤层自然发火防治研究

张建山

（山西煤炭运销集团太原有限公司，山西 太原 030006）

三聚盛煤业为兼并重组矿井，井田内揭露多处老窑和老空区，从地面漏风至小窑巷道及老空区内，容易造成煤层自然发火，由于小窑巷道与老空区联通较好，有可能造成大面积火灾事故，且灭火难度较大，会给矿工造成生命安全威胁，影响矿井的正常建设生产。因此，需要切断漏风通道，采取综合防治措施，防止小窑巷道与老空区内发生自燃火灾。

1 工程概况

三聚盛煤业为资源整合矿井，井田范围内小窑、老空区密布，且开采的9#煤层自燃倾向Ⅱ级，属自燃煤层。在前期现场施工过程中，巷道揭露、穿过老空区破坏程度较为复杂，范围较大，巷道在采用架U型钢棚、喷浆支护的情况下，仍无法避免采空区漏风，极易引起煤层自燃。

老空区有以下基本特点：（1）小窑开采区域埋深较浅，采空区上部裂隙与地表贯通；（2）小窑空区、巷道大部分没有垮落冒实，彼此互相联接；（3）通过揭露的小窑巷道及老空区的情况看，其遗煤较多，大部分都已粉化；（4）小窑巷道结构较为复杂，一旦漏风，一些独头巷道容易形成较好的蓄热条件；（5）大部分小窑巷道内没有明水，较为干燥。

2 综合治理技术方案确定及工程设计

2.1 综合治理技术方案的确定

根据调查，井下不仅存在体积较大的采空区和旧巷，同时这些采空区与旧巷中伴随着大量的裂缝、裂隙。针对这种复杂多样的漏风通道，经过多次研究，确定综合治理技术方案为：对采空区采取防火密闭加黄泥灌浆填充和旧巷等空区空间进行防火密闭，对煤壁裂隙和巷道松动圈等体积小的缝隙部位进行注浆堵漏。

2.2 综合治理方案的工程设计

（1）灌浆材料选择

目前煤矿常用的灌浆材料主要有高水材料、膏体材料、高浓度材料、黄土、电厂粉煤灰、煤矸石粉、页岩、尾矿等。

膏体材料和高浓度材料的水灰比较小，可注性较差，注浆半径过小，其对煤-煤、煤-矸、矸-矸的胶结效果较差，需用材料多，辅助运输能力要求大，因此不太适合作为老空充填。高水材料成本相对较高。

由于三聚盛煤业有限公司地表被大面积黄土覆盖，取土较为方便，灌浆材料选用黄土，挖掘机运抵制浆站，因此是填充老空区的首选。

（2）施工地点确定

主井、回风井周围小窑巷道及空区，副井及行人井通往探水巷的两个入口，探水巷溜煤眼，一采区皮带上山揭露的老巷。见图1。

小窑巷道、老空区的主要充填范围为井筒煤层段及其煤层平巷段。该区域内主井主要巷道有：①主井左侧沿井筒方向有一条大概3m×2.5m（局部宽度超过4m）的小窑巷道，该巷道垂直井筒方向有5条小窑巷道（根据密闭联系单推测），其中主井端已密闭，相反端延伸至采空区；② 主井右侧3m左右也有一条沿井筒的小窑巷道，其延伸方向和距离不明。

图1 主井、回风井已知小窑分布图

回风井右侧小窑巷道没有进行充填，只打设密闭。风井左侧小窑巷道主要是主井的右侧区域内小窑巷道和风井迎头的小窑巷道的延伸段。

（3）小窑巷道充填密闭参数

① 充填料配比方案

根据三聚盛煤业有限公司灌浆的输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料，并参照其他矿井的实际经验，泥浆土水比暂定为1:3，并在此基础上根据实际操作效果进行调整。

② 密闭充填体的厚度

自燃煤层中所有煤柱的设计都要考虑防火的要求，煤柱宽度一般不应小于6m。根据晋能集团规定要求，将新掘巷道周围6m范围的小窑巷道和老空区进行充填，保证新掘巷道6m保护煤柱的完整性，即达到安全要求。如图2为密闭充填体示意图。

图2 充填体的密封

③ 充填体的密闭墙体厚度

黄土材料浆体有一定的流动性，因此需要在充填体的两端构筑密闭墙体，防止浆体流串，减少成本。根据晋能集团2018年1月下发的《一通三防管理工作标准（试行）》中规定，巷高3.0m以下，采用红砖砌闭墙体厚度为0.7m，采用料石砌闭墙体厚度为1m；巷高3.0～3.5m，采用红砖砌闭墙体厚度为1m，采用料石砌闭墙体厚度为1.5m；巷高3.5m以上，采用红砖砌闭墙体厚度1.5m，采用料石砌闭墙体厚度2m。

（4）小窑巷道充填密闭工艺

① 采用密闭空间，机械搅拌制浆，管道输送灌浆充填的循环操作方式进行。

整体工作流程：小窑巷道密闭处掏槽→垒设砖墙（一般一次5～6层砖）→ 制浆充填→砖墙接顶→浆体接顶。

浆体制备流程：加水 →倒过筛黄土至制浆池→ 搅拌 → 将浆体输送进入密闭空间。

② 小窑巷道与新掘巷道空间关系。该区域小窑巷道四通八达，小窑的层位变化较多，有的小窑巷道沿煤层下部夹矸推进，有的向顶板方向掘进，有的向下掘进，有的沿煤层位平掘，小窑巷道与目前新掘进巷道的空间位置较为复杂，因此需要分不同情况进行密闭与充填。

（5）主井、风井充填密闭方式

主井、风井附近的小煤窑四通八达，尤其是主井附近，如果进行简单由上而下的灌注，会造成浆体流串，且可能灌注至大采空区范围，会造成充填密闭成本增加和充填密闭工期的延长。

控制浆体流串范围，主要是对小煤窑充填范围以外的空区巷道进行封闭，因此充填的前提主要是对主井、风井附近的小窑巷道进行调查，及时对小窑巷道进行密闭，减少跑浆，降低成本。

如图3所示，两个井筒都已经开掘到位，从两个井筒及井筒煤层延伸段重新开掘巷道揭露小窑不太现实。目前总回风联络巷横穿井筒煤柱及主井右侧煤柱，利用该条巷道揭露主井风井之间、主井右侧的小窑巷道较为便利。巷道6m宽范围内的小窑巷道空区进行充填，其范围如图4所示。具体充填密闭工程需要做专门的安全技术措施。

图3 通过总回风联络巷揭露小窑巷道空间位置

图4 主井、回风井小窑充填范围

3 小窑巷道充填量测算及密闭充填效果预测

根据以上综合防灭火技术方案，初步测算充填工程量如下：

主井、风井底部石门及绕道区域充填工程量为2652m3，一采区皮带上山充填工程量为2774m3，探水巷须对溜煤眼及副井、行人井通往探水巷的两个入口处进行充填，充填工程量为204m3，充填合计工程量为5630m3。

工程施工结束后，应对充填治理过的小窑巷道设点观测，对封堵治理效果进行验证，如不漏风则治理结束，如发现还有漏风，则进行再次注浆治理。

由于本次工程还未施工结束，缺少后续对小窑巷道的监测数据。因此，密闭充填效果尚待今后进行分析验证。

4 结论

本文以三聚盛煤业对老窑和老空区煤层自燃进行综合治理为研究背景，根据实际地质条件，研究制定防灭火治理技术方案。

（1）针对该矿复杂多样的漏风通道，选择对采空区采取防火密闭加黄泥灌浆填充和旧巷等空区空间进行防火密闭，对煤壁裂隙和巷道松动圈等体积小的缝隙部位进行注浆堵漏的综合治理技术方案，并制定相对应的施工工艺参数。

（2）对本次综合防灭火技术方案的充填工程量进行测算，合计充填工程量为5630m3。在工程施工结束后，将对充填治理过的小窑巷道设点观测，验证本次封堵治理效果。