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面構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 抗沖擊密閉 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范圍的不但擴大，形成大面積采空區，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，由于大部分區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的礦震隱患。當礦震發生時，高壓氣流從采空區沖出，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。

事故地點為2310一號聯絡巷。該巷道西部為2310、2311工作面采空區，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、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。專家組對事故經過、相關人員調查、現場勘察和資料分析，得出如下專家結論：采礦活動引起的上覆巖層大面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沖擊波。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94.27米的中砂巖，具備采空區上位巨厚堅硬巖層的地質條件。厚度94.27米中砂巖的大面積斷裂活動也為礦震的發生提供了力源條件。（2）2310、2312、2312綜放面都是向事故發生部位推進，已經分別停采，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，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，易發生大面積運動。（4）一采區下部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巖的支承作用消弱，導致上位巨厚中砂巖大面積運動，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巖大面積運動形成的礦震引起的，由礦震產生的沖擊波將軌順側第一道、第二道密閉墻摧毀，沖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，全面排查礦井通風系統，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生，采取的主要措施：

1)對現有密閉分級管理：

根據通風系統管理的特點，工作面開切眼、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，垂直于巷幫打錨桿眼，間距700mm，用兩層菱形金屬網、錨桿、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、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，及時匯報，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，漏風是嚴重的煤層自燃隱患，為盡快封閉工作面，減少采空區漏風，需對兩順槽臨時封閉，而抗沖擊性密閉工藝復雜，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米范圍內巷道成形較好地點迅速構筑臨時板閉，防止停采線漏風，然后在其外側施工抗沖擊性密閉。

（1）建閉位置

在第一道臨時密閉外，巷道成形較好的地點構筑，密閉規格設計見下圖：

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壓通風地點構筑柔性密閉，其規格兩道臨時板閉之間留有200-400mm的空隙，并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、操作安全的密閉墻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墻的整體抗壓和抗沖擊性能研究；

5）彈性密閉墻的現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年畢業于西安科技大學，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