礦震災害礦井采空區封閉技術的探討

摘 要：本文介紹了綜采放頂煤工作麵構築抗衝擊性密閉這種新工藝、新方法，該方法即起到了抗衝擊作用，同時也起到了即使密閉衝摧也不致於傷人的作用，也達到了防滅火的目的，在兗州礦區得到了推廣和應用。

關鍵詞：礦震 封閉技術 抗衝擊密閉 研究與應用

礦震是鮑店井田近年來新出現的一種礦井自然災害。隨著礦井開采深度及開采範圍的不但擴大，形成大麵積采空區，這些采空區被采區煤柱、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域，由於大部分區域覆岩賦存著較厚的硬岩層，具有覆岩大麵積懸空突然失穩的礦震隱患。當礦震發生時，高壓氣流從采空區衝出，將采空區密閉摧毀，威脅人身安全，漏風造成自然發火。因此，研究與開發結構合理、抗壓性能高、密閉性和耐溫性好、施工輕便快捷、操作安全的密閉牆是礦山安全防護工作中亟待解決的一個重要課題。

1.02manbetx.com 案例

鮑店煤礦位於山東省濟寧市轄區內， 1986年6月10日 建成投產，2003年生產原煤726萬噸，采用立井水平開拓，兩翼對角式通風。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，煤層自然發火期為3—6個月。

02manbetx.com 地點為2310一號聯絡巷。該巷道西部為2310、2311工作麵采空區，2311工作麵於 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、南側為大馬廠斷層，斷層外為2306切眼。

2004年9月6日17：19分，發生02manbetx.com ，2310軌順密閉被摧毀，碎磚向外拋出40～50m，密閉前6m範圍內頂板冒落。衝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02manbetx.com 經過、相關人員調查、現場勘察和資料03manbetx ，得出如下專家結論：采礦活動引起的上覆岩層大麵積運動可引起礦震現象的發生，礦震可在采礦空間形成程度不同的衝擊波。經調查，事故發生時伴隨著響聲和震動。該區域的地質與生產技術條件具備了發生礦震的條件，主要成因有以下幾個方麵：（1）三層煤上覆岩層賦存變化較大，三層煤上部91米處賦存著以石英為主厚度達94.27米的中砂岩，具備采空區上位巨厚堅硬岩層的地質條件。厚度94.27米中砂岩的大麵積斷裂活動也為礦震的發生提供了力源條件。（2）2310、2312、2312綜放麵都是向事故發生部位推進，已經分別停采，采空麵積大，上位巨厚岩層具備大麵積懸空的采空條件。（3）大馬廠斷層落差為10米，處於2310、2311、2312綜放麵停采線的外側，將上位巨厚中砂岩切割，巨厚中砂岩層的大麵積懸空及斷層的切割，易發生大麵積運動。（4）一采區下部1307綜放麵距事故地點800多米，目前，該麵正在開采。（5）2305煤柱凸角受到兩側采空區疊加集中應力的作用，隨著時間的延續，強度降低，煤柱凸角對巨厚中砂岩的支承作用消弱，導致上位巨厚中砂岩大麵積運動，2305煤柱凸角的破壞是發生礦震的誘發因素。該事故主要是由采空區上位巨厚中砂岩大麵積運動形成的礦震引起的，由礦震產生的衝擊波將軌順側第一道、第二道密閉牆摧毀，衝擊波及拋出的密閉磚塊導致人員傷亡。該事故是由礦震地質災害引起的，本次事故具有不可預測性。

2.采取采空區管理與封閉技術

為認真吸取事故教訓，切實加強井下密閉管理，全麵排查礦井通風係統，對井下所有密閉進行危險分級，作好防範治理工作，堅決杜絕密閉傷人事故發生，采取的主要措施：

1)對現有密閉分級管理：

根據通風係統管理的特點，工作麵開切眼、停采線、受采掘活動影響區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 ；若密閉前有預留空間，在離三叉門出口 1m 處，垂直於巷幫打錨杆眼，間距 700mm ，用兩層菱形金屬網、錨杆、托盤、鋼帶錨固，如圖1：

圖1

密閉前沒有較大預留空間，在三叉門出口巷道壁處，垂直於密閉方向打錨杆眼，間距 700mm ，然後，用四根鋼絲繩、兩層菱形金屬網、錨杆、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，嚴禁人員在閉前停留、休息；按照規定，進行周期巡檢，認真記錄，及時彙報，重點密閉縮短檢查周期；

檢查密閉時，應將通至采空區的束管引出，嚴禁到閉前檢查；

2）對工作麵停采線的封閉

工作麵停采撤麵後，工作麵停采線仍正常通風，漏風是嚴重的煤層自燃隱患，為盡快封閉工作麵，減少采空區漏風，需對兩順槽臨時封閉，而抗衝擊性密閉工藝複雜，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麵，需在停采線外50 -100米 範圍內巷道成形較好地點迅速構築臨時板閉，防止停采線漏風，然後在其外側施工抗衝擊性密閉。

（1）建閉位置

在第一道臨時密閉外，巷道成形較好的地點構築，密閉規格設計見下圖：

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

（2）規格要求

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

b、2#密閉是砂袋牆，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衝擊性。

c、3#密閉是 500mm 厚的磚閉，緊貼砂袋牆，其作用是堵漏風和下一道工序注水泥時防止水泥流入采空區兩個作用。

d、4#是鋼筋混凝土澆灌牆，其厚度 500mm ，其與3#磚閉的空隙為 5m 範圍巷道，留其空間的目的是最後對其注水泥充填。e、5#密閉是最後一道工序，即在工作麵停采線外的順槽全風壓通風地點構築柔性密閉，其規格兩道臨時板閉之間留有200 -400mm 的空隙，並對空隙注發泡劑充填，見下圖。

（3）建閉施工順序

先施工兩順槽第一道砂袋牆；接著緊貼砂袋牆施工磚閉，完成工作麵停采線封閉；待通過預留的注漿管路向停采線和端頭注完漿後，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）後，最後施工柔性閉。

3.今後研究的方向

建造具有抗壓性的永久密閉牆時，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牆難度非常大。因此，研究與開發結構合理、抗壓性能高、密閉性和耐溫性好、施工輕便快捷、操作安全的密閉牆是礦山安全防護工作中亟待解決的一個重要課題。應從以下幾個方麵加以研究：

1）快速輕便型彈性密閉牆材料的選擇與研究；

2）快速輕便型彈性密閉牆輕質吸附性充填材料的優選與研究；

3）輕質彈性砌塊合理尺寸的確定和性能；

4）快速輕便型彈性密閉牆的整體抗壓和抗衝擊性能研究；

5）彈性密閉牆的現場快速施工工藝研究。

作者簡介：阮國強，男，陝西商州人，生於1965年，碩士，高級工程師，1989年畢業於西安科技大學，現任兗礦集團鮑店煤礦副總工程師。 所在單位 兗州煤業股份有限公司鮑店煤礦