礦震災(zāi)害礦井采空區(qū)封閉技術(shù)的探討

摘 要：本文介紹了綜采放頂煤工作面構(gòu)筑抗沖擊性密閉這種新工藝、新方法，該方法即起到了抗沖擊作用，同時也起到了即使密閉沖摧也不致于傷人的作用，也達(dá)到了防滅火的目的，在兗州礦區(qū)得到了推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：礦震 封閉技術(shù) 抗沖擊密閉 研究與應(yīng)用

礦震是鮑店井田近年來新出現(xiàn)的一種礦井自然災(zāi)害。隨著礦井開采深度及開采范圍的不但擴大，形成大面積采空區(qū)，這些采空區(qū)被采區(qū)煤柱、孤島煤柱、邊角煤柱等不同形式的煤柱所分割，存在多種不充分采動區(qū)域，由于大部分區(qū)域覆巖賦存著較厚的硬巖層，具有覆巖大面積懸空突然失穩(wěn)的礦震隱患。當(dāng)?shù)V震發(fā)生時，高壓氣流從采空區(qū)沖出，將采空區(qū)密閉摧毀，威脅人身安全，漏風(fēng)造成自然發(fā)火。因此，研究與開發(fā)結(jié)構(gòu)合理、抗壓性能高、密閉性和耐溫性好、施工輕便快捷、操作安全的密閉墻是礦山安全防護工作中亟待解決的一個重要課題。

1.事故案例

鮑店煤礦位于山東省濟寧市轄區(qū)內(nèi)，1986年6月10日建成投產(chǎn)，2003年生產(chǎn)原煤726萬噸，采用立井水平開拓，兩翼對角式通風(fēng)。主采煤層為山西組3煤，采用綜合機械化采煤方法。礦井為低瓦斯礦井，煤層自然發(fā)火期為3—6個月。

事故地點為2310一號聯(lián)絡(luò)巷。該巷道西部為2310、2311工作面采空區(qū)，2311工作面于2003年5月31日停采；北部為大馬廠斷層與2310停采線之間的煤柱；東側(cè)、南側(cè)為大馬廠斷層，斷層外為2306切眼。

2004年9月6日17：19分，發(fā)生事故，2310軌順密閉被摧毀，碎磚向外拋出40～50m，密閉前6m范圍內(nèi)頂板冒落。沖擊波和碎磚將密閉前的6人擊倒在上山斜坡上，造成2人死亡，4人受傷。專家組對事故經(jīng)過、相關(guān)人員調(diào)查、現(xiàn)場勘察和資料分析，得出如下專家結(jié)論：采礦活動引起的上覆巖層大面積運動可引起礦震現(xiàn)象的發(fā)生，礦震可在采礦空間形成程度不同的沖擊波。經(jīng)調(diào)查，事故發(fā)生時伴隨著響聲和震動。該區(qū)域的地質(zhì)與生產(chǎn)技術(shù)條件具備了發(fā)生礦震的條件，主要成因有以下幾個方面：（1）三層煤上覆巖層賦存變化較大，三層煤上部91米處賦存著以石英為主厚度達(dá)94.27米的中砂巖，具備采空區(qū)上位巨厚堅硬巖層的地質(zhì)條件。厚度94.27米中砂巖的大面積斷裂活動也為礦震的發(fā)生提供了力源條件。（2）2310、2312、2312綜放面都是向事故發(fā)生部位推進，已經(jīng)分別停采，采空面積大，上位巨厚巖層具備大面積懸空的采空條件。（3）大馬廠斷層落差為10米，處于2310、2311、2312綜放面停采線的外側(cè)，將上位巨厚中砂巖切割，巨厚中砂巖層的大面積懸空及斷層的切割，易發(fā)生大面積運動。（4）一采區(qū)下部1307綜放面距事故地點800多米，目前，該面正在開采。（5）2305煤柱凸角受到兩側(cè)采空區(qū)疊加集中應(yīng)力的作用，隨著時間的延續(xù)，強度降低，煤柱凸角對巨厚中砂巖的支承作用消弱，導(dǎo)致上位巨厚中砂巖大面積運動，2305煤柱凸角的破壞是發(fā)生礦震的誘發(fā)因素。該事故主要是由采空區(qū)上位巨厚中砂巖大面積運動形成的礦震引起的，由礦震產(chǎn)生的沖擊波將軌順側(cè)第一道、第二道密閉墻摧毀，沖擊波及拋出的密閉磚塊導(dǎo)致人員傷亡。該事故是由礦震地質(zhì)災(zāi)害引起的，本次事故具有不可預(yù)測性。

2.采取采空區(qū)管理與封閉技術(shù)

為認(rèn)真吸取事故教訓(xùn)，切實加強井下密閉管理，全面排查礦井通風(fēng)系統(tǒng)，對井下所有密閉進行危險分級，作好防范治理工作，堅決杜絕密閉傷人事故發(fā)生，采取的主要措施：

1)對現(xiàn)有密閉分級管理：

根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)管理的特點，工作面開切眼、停采線、受采掘活動影響區(qū)域的密閉危險性較大，定為A級。其它分B，C級。A級：密閉若需要噴漿，其厚度為200mm；若密閉前有預(yù)留空間，在離三叉門出口1m處，垂直于巷幫打錨桿眼，間距700mm，用兩層菱形金屬網(wǎng)、錨桿、托盤、鋼帶錨固，如圖1：

圖1

密閉前沒有較大預(yù)留空間，在三叉門出口巷道壁處，垂直于密閉方向打錨桿眼，間距700mm，然后，用四根鋼絲繩、兩層菱形金屬網(wǎng)、錨桿、托盤、錨固，如圖2：

圖2

B級：加固措施同A級；不留人員通行空間；

C級：實行掛牌管理，嚴(yán)禁人員在閉前停留、休息；按照規(guī)定，進行周期巡檢，認(rèn)真記錄，及時匯報，重點密閉縮短檢查周期；

檢查密閉時，應(yīng)將通至采空區(qū)的束管引出，嚴(yán)禁到閉前檢查；

2）對工作面停采線的封閉

工作面停采撤面后，工作面停采線仍正常通風(fēng)，漏風(fēng)是嚴(yán)重的煤層自燃隱患，為盡快封閉工作面，減少采空區(qū)漏風(fēng)，需對兩順槽臨時封閉，而抗沖擊性密閉工藝復(fù)雜，施工時間較長，很容易造成停采線煤層自燃。因此為盡快封閉工作面，需在停采線外50-100米范圍內(nèi)巷道成形較好地點迅速構(gòu)筑臨時板閉，防止停采線漏風(fēng)，然后在其外側(cè)施工抗沖擊性密閉。

（1）建閉位置

在第一道臨時密閉外，巷道成形較好的地點構(gòu)筑，密閉規(guī)格設(shè)計見下圖：

1#----臨時密閉 2#----砂袋墻 3#----磚閉 4#----水泥鋼筋澆灌墻 5#----柔性閉

（2）規(guī)格要求

a、1#臨時密閉作用是臨時起到堵漏風(fēng)的作用，是用板梁釘木板，再用水尼溝縫構(gòu)筑而成。

b、2#密閉是砂袋墻，即用砂袋砌起的，其長度沿巷道5-8m，砂子具有一定彈性，因而能起到很好防爆抗沖擊性。

c、3#密閉是500mm厚的磚閉，緊貼砂袋墻，其作用是堵漏風(fēng)和下一道工序注水泥時防止水泥流入采空區(qū)兩個作用。

d、4#是鋼筋混凝土澆灌墻，其厚度500mm，其與3#磚閉的空隙為5m范圍巷道，留其空間的目的是最后對其注水泥充填。e、5#密閉是最后一道工序，即在工作面停采線外的順槽全風(fēng)壓通風(fēng)地點構(gòu)筑柔性密閉，其規(guī)格兩道臨時板閉之間留有200-400mm的空隙，并對空隙注發(fā)泡劑充填，見下圖。

（3）建閉施工順序

先施工兩順槽第一道砂袋墻；接著緊貼砂袋墻施工磚閉，完成工作面停采線封閉；待通過預(yù)留的注漿管路向停采線和端頭注完漿后，再施工混凝土澆灌密閉；

待對磚閉、混凝土閉之間空隙注完水泥漿（固化材料）后，最后施工柔性閉。

3.今后研究的方向

建造具有抗壓性的永久密閉墻時，材料用量很大，運輸和施工工作量大、消耗時間長，在運輸條件較差的地點施工閉墻難度非常大。因此，研究與開發(fā)結(jié)構(gòu)合理、抗壓性能高、密閉性和耐溫性好、施工輕便快捷、操作安全的密閉墻是礦山安全防護工作中亟待解決的一個重要課題。應(yīng)從以下幾個方面加以研究：

1）快速輕便型彈性密閉墻材料的選擇與研究；

2）快速輕便型彈性密閉墻輕質(zhì)吸附性充填材料的優(yōu)選與研究；

3）輕質(zhì)彈性砌塊合理尺寸的確定和性能；

4）快速輕便型彈性密閉墻的整體抗壓和抗沖擊性能研究；

5）彈性密閉墻的現(xiàn)場快速施工工藝研究。

作者簡介：阮國強，男，陜西商州人，生于1965年，碩士，高級工程師，1989年畢業(yè)于西安科技大學(xué)，現(xiàn)任兗礦集團鮑店煤礦副總工程師。 所在單位 兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦