正壓通風(fēng)對(duì)淺埋煤層漏風(fēng)影響及漏風(fēng)綜合治理技術(shù)研究

李健威

（安徽理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院,安徽 淮南 232001）

0 引言

淺埋近距離多層復(fù)雜煤層群開采過程中，上覆煤巖運(yùn)移變形破壞易在本煤層及上下煤層之間形成分布范圍廣、空間交錯(cuò)復(fù)雜的采動(dòng)裂隙，部分采動(dòng)裂隙溝通地表，產(chǎn)生地表與采空區(qū)之間的漏風(fēng)[1]。尤其是在綜放開采條件下，采動(dòng)影響大、采空區(qū)遺煤多，漏風(fēng)難以控制更易引起地表裂隙貫通漏風(fēng)，導(dǎo)致采空區(qū)具備持續(xù)供氧條件，極易引起采空區(qū)遺煤自燃，威脅礦井安全生產(chǎn)。因此，研究合理高效的淺埋煤層漏風(fēng)治理技術(shù)對(duì)快速封堵漏風(fēng)通道，減少工作面漏風(fēng)，降低采空區(qū)遺煤氧化自燃的危險(xiǎn)性至關(guān)重要。

國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者及技術(shù)人員對(duì)淺埋煤層的漏風(fēng)規(guī)律及治理技術(shù)進(jìn)行了大量研究和實(shí)踐，取得眾多成果，劉文永等[2]研究分析色連二礦12205 工作面的漏風(fēng)源，提出近距離煤層群采空區(qū)漏風(fēng)控制技術(shù)；萬磊等[3]研究分析新集二礦2201 工作面采空區(qū)漏風(fēng)流場(chǎng)及復(fù)雜漏風(fēng)網(wǎng)絡(luò)體系，提出綜合立體漏風(fēng)防控技術(shù)；郭海相等[4]總結(jié)出不同參數(shù)情況下的漏風(fēng)規(guī)律，提出針對(duì)性的漏風(fēng)控制技術(shù)；王超群等[5]研究分析發(fā)耳煤礦31006 工作面漏風(fēng)規(guī)律，提出相應(yīng)的漏風(fēng)防控技術(shù)；葉慶樹等[6]對(duì)神東礦區(qū)不同間距近距離煤層漏風(fēng)規(guī)律進(jìn)行研究，提出了采空區(qū)漏風(fēng)控制措施；陳萬勝等[7]基于礦井風(fēng)網(wǎng)解算的均壓通風(fēng)模型，提出了淺埋深礦井采空區(qū)外部大漏風(fēng)均壓防治技術(shù)。

以上研究成果雖在治理采空區(qū)漏風(fēng)方面取得了明顯效果，但上述成果均是基于負(fù)壓通風(fēng)條件下研究得出，多數(shù)成果無法適用于正壓通風(fēng)條件下淺埋煤層的漏風(fēng)治理，同時(shí)有關(guān)正壓通風(fēng)條件下淺埋煤層的漏風(fēng)治理技術(shù)研究較少、研究不明確，難以有效指導(dǎo)正壓通風(fēng)礦井的漏風(fēng)治理，且現(xiàn)有漏風(fēng)治理手段略顯單一，方式老舊，對(duì)漏風(fēng)嚴(yán)重礦井難以達(dá)到預(yù)期治理效果。

本文以典型的淺埋正壓通風(fēng)礦井大柳塔煤礦活雞兔井為工程背景，通過綜合分析12 煤復(fù)雜煤層群的漏風(fēng)影響因素及12下203 綜放工作面的漏風(fēng)方式與特點(diǎn)，結(jié)合礦井應(yīng)用實(shí)際，提出全方位多覆蓋立體式漏風(fēng)治理技術(shù)，從基礎(chǔ)優(yōu)化、中間保障到末端治理，全方位多覆蓋立體式治理漏風(fēng)，降低了采空區(qū)漏風(fēng)，確保了12 煤層的安全回采。

1 礦井概況

大柳塔煤礦活雞兔井12 煤層復(fù)合區(qū)位于二盤區(qū)，盤區(qū)面積4.24 km2。煤層傾角1°～3°，煤層厚度9.63～10.35 m，平均煤厚10.0 m，煤層埋深76～106 m，煤的自燃傾向性為Ⅰ類容易自燃煤層，煤層頂板屬于中硬巖。采用上下分層開采，“上分層綜采4 m、下分層綜放6 m”的開采方法，已對(duì)上分層兩翼共9 個(gè)綜采面進(jìn)行了回采，下分層南翼的4 個(gè)工作面已回采完畢，北翼布置5 個(gè)回采工作面，正在回采。隨著12 煤層下分層開采的有序推進(jìn)，逐步形成了覆蓋面積廣、跨煤層、立體式的采空區(qū)。由于煤層埋藏淺、采高大、機(jī)械化程度高，礦井生產(chǎn)推進(jìn)速度快，易造成采空區(qū)煤巖裂隙充分發(fā)育，形成了漏風(fēng)維度多、聯(lián)通復(fù)雜的漏風(fēng)通道。12 煤自燃傾向性為l 類易自燃煤層，自燃傾向性強(qiáng)、最短自然發(fā)火期37 d，自燃發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)高[6]。

2 淺埋煤層漏風(fēng)影響因素

2.1 采動(dòng)裂隙形成漏風(fēng)通道

根據(jù)12 煤層的生產(chǎn)布局，煤層開采采用上分層綜采、下分層綜放的開采方法。煤層開采從上至下依次開采，當(dāng)上分層回采結(jié)束后，進(jìn)行下分層的開采。依據(jù)中硬巖厚煤層分層開采的垮落帶高度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式[8]有：

式中:Hm為中硬巖厚煤層分層開采的垮落帶高度，m；為累計(jì)開采煤層厚度，m。

根據(jù)式（1）可計(jì)算出12 煤層單層開采時(shí)垮落帶高度為17.4 m，加之上下分層開采高度，在下分層開采時(shí)總垮落帶高度為27.4 m。

依據(jù)中硬巖緩傾斜及近水平煤層開采時(shí)導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式[7]有：

式中：Hn為厚煤層分層開采的導(dǎo)水裂縫帶高度，m。

根據(jù)式（2）可計(jì)算出12 煤層單層開采時(shí)導(dǎo)水裂縫帶高度為73.2 m，剔除垮落帶高度可得斷裂帶高度為：Hm-Hn=45.8 m。

根據(jù)以上計(jì)算，可得到12 煤層下分層開采期間工作面后方采空區(qū)豎三帶分布示意，如圖1 所示。

圖1 12 煤層下分層開采期間采空區(qū)豎三帶分布示意Fig.1 Distribution diagram of vertical three zones of goaf during layering mining of No.12 Coal Seams

上下分層層間距4 m 左右，加之下分層采用綜放開采，在回采過程中開采擾動(dòng)大，使上分層及下分層之間煤巖形成發(fā)育度高且不規(guī)則的裂隙，當(dāng)遇有上覆堅(jiān)硬覆蓋層時(shí)，構(gòu)成的懸臂梁結(jié)構(gòu)導(dǎo)致采動(dòng)裂隙逐漸變大變寬[9]。而漏風(fēng)風(fēng)阻與裂隙演變發(fā)育程度成正比關(guān)系。工作面進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷壓差不變時(shí)，隨著采動(dòng)裂隙演變發(fā)育，漏風(fēng)風(fēng)阻減小，漏風(fēng)量增大。

2.2 進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷漏風(fēng)壓差

根據(jù)流體質(zhì)量方程可知，單位體積空氣流動(dòng)過程中的能量損失，即通風(fēng)阻力與兩點(diǎn)的漏風(fēng)壓差存在如下關(guān)系：

式中:hR為單位體積空氣流動(dòng)過程中的能量損失，即通風(fēng)阻力，Pa（J/m3）；P1、P2為風(fēng)流流動(dòng)的起、始絕對(duì)靜壓，Pa；v1、v2為風(fēng)流流動(dòng)的起、始點(diǎn)平均流速，m/s；ρm為 風(fēng)流的密度，m3/kg；Z1、Z2為風(fēng)流流動(dòng)的起、始點(diǎn)距基準(zhǔn)面高程，m。

大柳塔煤礦活雞兔井各煤層為近水平煤層，則Z1=Z2，在理想狀態(tài)下同一體積的風(fēng)流流經(jīng)同一巷道時(shí)，各點(diǎn)風(fēng)速保持不變，即v1=v2，則上式可簡(jiǎn)化為

由式（4）可得出，空氣流動(dòng)過程中兩點(diǎn)的能量損失，即通風(fēng)阻力與兩點(diǎn)的絕對(duì)靜壓成正比。因此，工作面進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷之間的漏風(fēng)壓差大小，直接影響著采空區(qū)漏風(fēng)的難易程度。依據(jù)通風(fēng)阻力影響參數(shù)可知，由進(jìn)風(fēng)端頭漏入采空區(qū)的漏風(fēng)量與工作面進(jìn)回風(fēng)端頭的漏風(fēng)壓差或漏風(fēng)風(fēng)阻成正比。因此，采取措施降低工作面進(jìn)、回風(fēng)端頭的漏風(fēng)壓差或漏風(fēng)風(fēng)阻能有效減少工作面進(jìn)風(fēng)端頭向采空區(qū)漏風(fēng)[10]。

2.3 通風(fēng)方式及自然風(fēng)壓

在淺埋煤層中由于部分漏風(fēng)通道與地表裂隙聯(lián)通，使得工作面的漏風(fēng)主要表現(xiàn)形式為工作面與地表漏風(fēng)。兩者漏風(fēng)最重要的因素之一是工作面與地表之間的能位差，在近水平煤層中，由于井下與地表存在固定高差，因此空氣位能不變，工作面絕對(duì)壓力和地表的大氣壓的差值決定漏風(fēng)的方向。

式中:Pi為工作面絕對(duì)壓力，Pa；P0為地表大氣壓，Pa；G為空氣位能，Pa。

如式（5）所示，當(dāng)工作面與地表能位差值大于空氣位能時(shí)，風(fēng)流由井下漏向地表；當(dāng)工作面與地表能位差值等于空氣位能時(shí)，地表不漏風(fēng)；當(dāng)工作面與地表能位差值小于空氣位能時(shí)地表風(fēng)流通過裂縫流入井下。負(fù)壓通風(fēng)表現(xiàn)為地表大氣壓力高于井下壓力，使井下壓力呈現(xiàn)低于地表的負(fù)壓狀態(tài)，從而導(dǎo)致地表通過漏風(fēng)通道向井下采空區(qū)漏風(fēng)；正壓通風(fēng)表現(xiàn)為地表大氣壓力低于井下壓力，使井下壓力呈現(xiàn)高于地表的正壓狀態(tài)，從而導(dǎo)致井下采空區(qū)通過漏風(fēng)通道向地表漏風(fēng)[11]。

自然風(fēng)壓對(duì)工作面的漏風(fēng)也有影響，當(dāng)自然風(fēng)壓作用方向與礦井壓力作用方向相反時(shí)，漏風(fēng)方向依據(jù)兩者壓力大小而定，當(dāng)作用相同時(shí)，漏風(fēng)方向表現(xiàn)為地表向礦井采空區(qū)漏風(fēng)[6]。

3 淺埋煤層工作面開采漏風(fēng)特點(diǎn)

3.1 工作面概述

12 煤層復(fù)合區(qū)正在開采下分層北翼煤層，布置的回采工作面為12下203 綜放工作面。工作面傾向長(zhǎng)度251.4 m、走向長(zhǎng)度1 577.8 m，煤層埋藏深度56.0～95.9 m，采用機(jī)軌合一布置，“U”型兩進(jìn)一回通風(fēng)方式，12下205 輔運(yùn)巷、12下203 運(yùn)輸巷進(jìn)風(fēng)，12下203 輔運(yùn)巷回風(fēng)，計(jì)劃風(fēng)量1 213 m3/min，工作面布置如圖2 所示。

圖2 12下203 綜放工作面布置Fig.2 Layout diagram of No.12L 203 fully-mechanized top-coal caving mining face

3.2 工作面漏風(fēng)現(xiàn)狀

12下203 綜放工作面10 月1 日開始推采，10 月6 日頂板來壓后工作面漏風(fēng)達(dá)133 m3/min，隨地表大量回填裂隙漏風(fēng)量開始逐步降低至36 m3/min；因強(qiáng)礦壓影響兩巷道形成不同程度的裂隙，工作面漏風(fēng)呈現(xiàn)急劇上升，最高達(dá)到159 m3/min；工作面推進(jìn)至腦高補(bǔ)拉廟溝內(nèi)時(shí)，埋深僅56 m，工作面漏風(fēng)呈現(xiàn)大幅度上升，最高達(dá)到167 m3/min；工作面推進(jìn)950 m至貫通時(shí)，漏風(fēng)量保持在65 m3/min 左右。通過對(duì)回采期間122 d 的進(jìn)、回風(fēng)量測(cè)定，獲得該工作面漏風(fēng)情況，如圖3 所示。

圖3 12下203 綜放工作面回采期間漏風(fēng)量Fig.3 Air leakage during mining of No.12L 203 fully mechanized caving face

3.3 漏風(fēng)方式與特點(diǎn)

通過對(duì)進(jìn)、回風(fēng)巷不同長(zhǎng)度區(qū)域以及工作面隅角的風(fēng)量進(jìn)行測(cè)定；地表及井下采空區(qū)采氣化驗(yàn)；SF6示蹤氣體檢測(cè)等方式，分析得出12下203 綜放工作面主要漏風(fēng)因素如下：

1）地表塌陷裂隙漏風(fēng)。12下203 綜放工作面開采煤層埋深56～95.9 m，平均埋深76.0 m。在上分層開采過程中由于煤層埋藏淺，彎曲下沉帶已直通地表，部分低洼地點(diǎn)裂隙帶已與地表導(dǎo)通，地表塌陷發(fā)育不同程度的地表裂隙，形成直通地面的漏風(fēng)通道[12]。在下分層開采過程中，上下分層間煤巖裂隙導(dǎo)通，采空區(qū)漏風(fēng)通道直通地面。

利用SF6示蹤氣體對(duì)工作面漏風(fēng)通道進(jìn)行探查發(fā)現(xiàn)，12下203 綜放工作面在回采期間采空區(qū)裂隙已和上分層直通地面的采動(dòng)裂隙聯(lián)通，采空區(qū)漏風(fēng)通道已直通地面。

2）工作面開切眼與兩巷道漏風(fēng)。工作面初采期間，開切眼附近應(yīng)力較為集中、開采壓力大，且受開采擾動(dòng)影響大，導(dǎo)致工作面開切眼附近煤巖裂隙發(fā)育較為明顯，部分煤巖裂隙與相鄰工作面順槽或采空區(qū)導(dǎo)通，使得風(fēng)流在開切眼處漏入煤巖裂隙及相鄰工作面巷道或采空區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致此處漏風(fēng)嚴(yán)重。

工作面兩巷道的漏風(fēng)主要表現(xiàn)為：隨工作面的推進(jìn)，偽頂及直接頂未有效垮落，造成工作面采空區(qū)兩巷道在采空區(qū)邊緣形成鉸接三角區(qū)域，使得進(jìn)風(fēng)流中有風(fēng)流流向此三角區(qū)域，且在回風(fēng)時(shí)有大量風(fēng)流停滯在兩巷，造成回風(fēng)阻力增大，引起工作面漏風(fēng)增加。

3）采空區(qū)漏風(fēng)。正壓通風(fēng)條件下，工作面采空區(qū)內(nèi)的漏風(fēng)流場(chǎng)近似呈“O”型分布[13]，具體表現(xiàn)為越臨近采空區(qū)邊界，漏風(fēng)流速越大；越接近采空區(qū)中部，漏風(fēng)流速越小。工作面后方采空區(qū)，漏風(fēng)流速大，分布區(qū)域?qū)?，是工作面漏風(fēng)的重點(diǎn)區(qū)域。采空區(qū)的主要漏風(fēng)區(qū)域在空間上隨垂直高度的增加而逐漸變窄，在時(shí)空上近似呈“浴盆”狀[14]。在實(shí)際束管監(jiān)測(cè)過程中通過對(duì)O2、CO、CO2和C2H4等特征氣體的定量分析可得其符合“O”型分布。

4 全方位多覆蓋立體式漏風(fēng)治理技術(shù)

全方位多覆蓋立體式漏風(fēng)治理技術(shù)以礦井通風(fēng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過優(yōu)化簡(jiǎn)化通風(fēng)系統(tǒng)，降低礦井或局部大漏風(fēng)區(qū)域通風(fēng)阻力，達(dá)到從系統(tǒng)上治理漏風(fēng)的目的；以巷道煤巖裂隙注漿、噴漿技術(shù)、保護(hù)煤柱漏風(fēng)控制技術(shù)、工作面采空區(qū)端頭漏風(fēng)控制技術(shù)為保障，在常規(guī)作業(yè)中消除或削弱淺埋煤層的漏風(fēng)影響因素，達(dá)到動(dòng)態(tài)治理漏風(fēng)的目的；以局部正壓漏風(fēng)控制技術(shù)、水力沖縫堵漏技術(shù)、充填鉆孔堵漏技術(shù)為強(qiáng)化手段，在針對(duì)大漏風(fēng)、常規(guī)措施無法治理的情況下，進(jìn)行末端治理。該技術(shù)從基礎(chǔ)優(yōu)化、中間保障到末端治理為理念，實(shí)現(xiàn)了全方位多覆蓋立體式的漏風(fēng)治理。

4.1 優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)

在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，地面大氣從進(jìn)風(fēng)井進(jìn)入礦內(nèi)，沿井巷流動(dòng)，直到從主要通風(fēng)機(jī)出口再排到大氣中，要克服各段井巷的通風(fēng)阻力，其各段的通風(fēng)阻力之和即為礦井通風(fēng)總阻力hRm[15]。即式（6）

式中：hRm為礦井通風(fēng)總阻力，Pa；Rj為第i段的局部風(fēng)阻，Ns2/m8（kg/m7）；Rm為第i段的摩擦風(fēng)阻，Ns2/m8（kg/m7）；Qi為第i段的通過風(fēng)量，m3/min。

在測(cè)得礦井通風(fēng)總阻力hRm和礦井總風(fēng)量Q時(shí)，可測(cè)算出礦井總風(fēng)阻Rm，即式（7）。

式中：hRm為礦井通風(fēng)總阻力，Pa；Rm為礦井總風(fēng)阻，Ns2/m8（kg/m7）；Q為礦井總風(fēng)量，m3/min。

Rm為反映礦井通風(fēng)難易程度的指標(biāo)，Rm越大，礦井通風(fēng)越困難，反之通風(fēng)越容易。因此，在礦井總風(fēng)量不變的情況下，降低礦井總風(fēng)阻，可有效降低礦井總阻力，達(dá)到減少礦井漏風(fēng)的目的[16]。

12 煤復(fù)合區(qū)回風(fēng)均通過回風(fēng)斜井回至地面，在保證12 煤復(fù)合區(qū)回風(fēng)斜井回風(fēng)風(fēng)量總體不變的情況下，可通過減小其他區(qū)域通往回風(fēng)斜井的回風(fēng)風(fēng)量，從而減小回風(fēng)斜井處的通風(fēng)總阻力，降低12煤復(fù)合區(qū)的回風(fēng)風(fēng)阻，達(dá)到減少工作面漏風(fēng)的目的。

具體做法為：封閉通往回風(fēng)斜井區(qū)域的無用調(diào)節(jié)口、調(diào)整區(qū)域內(nèi)工作面的通風(fēng)系統(tǒng)、控制沿線通風(fēng)設(shè)施的漏風(fēng)，減小其他區(qū)域回至回風(fēng)斜井的回風(fēng)量，使12 煤復(fù)合區(qū)回風(fēng)阻力降低，減少12 煤復(fù)合區(qū)的漏風(fēng)。系統(tǒng)優(yōu)化后風(fēng)量調(diào)節(jié)變化，見表1，調(diào)整后各段通風(fēng)阻力變化，見表2。

表1 通風(fēng)統(tǒng)優(yōu)化風(fēng)量變化Table 1 Change of optimized air volume of ventilation system

表2 通風(fēng)統(tǒng)優(yōu)化通風(fēng)阻力變化Table 2 Change of ventilation resistance in ventilation system optimization

通過測(cè)定優(yōu)化前后工作面漏風(fēng)量及通風(fēng)阻力可得：優(yōu)化12 煤復(fù)合區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)后，12下203 綜放工作面漏風(fēng)量從65 m3/min 降低至34 m3/min，降低了31 m3/min，降低幅度達(dá)64.48%，進(jìn)、回風(fēng)阻力從1.13 Pa 降低至0.85 Pa，降低了0.28 Pa，工作面漏風(fēng)得到控制。

4.2 巷道煤巖裂隙注漿、噴漿技術(shù)

巷道掘進(jìn)過程中對(duì)兩巷幫及頂板擾動(dòng)強(qiáng)烈，特別是集中煤層群巷道掘進(jìn)過程中，部分巷道布置在上覆采空區(qū)或巷道煤柱下時(shí)，因掘進(jìn)過程中煤巖受集中應(yīng)力及擾動(dòng)影響，會(huì)出現(xiàn)不同程度的煤巖裂隙，當(dāng)裂隙與相鄰工作面巷或采空區(qū)導(dǎo)通時(shí)，風(fēng)流將通過裂隙流出工作面。此時(shí)，可針對(duì)巷道內(nèi)明顯裂隙利用高壓進(jìn)行局部注漿，巷道掘進(jìn)完畢后針對(duì)裂隙發(fā)育明顯的巷道及時(shí)采取噴漿堵漏的方式，封堵裂隙，減少漏風(fēng)[17]。

噴漿技術(shù)主要是通過高速射入混凝土，利用混凝土黏結(jié)特性，封堵密閉墻以及巷道的裂隙。同時(shí)，形成具有一定柔性的噴層可與圍巖產(chǎn)生徑向位移，形成非彈性變形區(qū)，防止圍巖受二次采動(dòng)影響演變新的裂隙。針對(duì)部分地點(diǎn)裂隙發(fā)育明顯，可通過施工封堵鉆孔進(jìn)行局部定點(diǎn)注漿，應(yīng)用注漿技術(shù)改善圍巖的力學(xué)性能及完整性結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)封堵漏風(fēng)通道，防止裂隙進(jìn)一步演化的目的。

4.3 保護(hù)煤柱漏風(fēng)控制技術(shù)

12 煤層復(fù)合區(qū)下分層北翼工作面均是綜放工作面，巷道掘進(jìn)均采用留頂煤掘進(jìn)，布置多個(gè)輔運(yùn)聯(lián)巷。隨著工作面推進(jìn)，兩巷道頂煤自然垮落在采空區(qū)中，聯(lián)巷隨之封閉。為防止聯(lián)巷處頂煤跨落，強(qiáng)應(yīng)力突然顯現(xiàn)致使聯(lián)巷密閉墻產(chǎn)生裂隙造成漏風(fēng)，需提升密閉墻的質(zhì)量及抗壓能力，使其與巷道保護(hù)煤柱共同構(gòu)成應(yīng)力承載體。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)際，可將巷道聯(lián)巷密閉內(nèi)外墻的充填物由常規(guī)黃土充填替換為高強(qiáng)度混凝土充填，解決常規(guī)黃土充填難以有效接頂?shù)碾y題，提升密閉墻承壓能力。密閉墻的夾縫也是引起漏風(fēng)的主要原因，在施工過程中可采用粉煤灰膠體等材料來封堵夾縫。

4.4 局部正壓漏風(fēng)控制技術(shù)

在正壓通風(fēng)系統(tǒng)中工作面采空區(qū)與地表之間的漏風(fēng)量由兩者之間的能位差決定，兩者之間的能位差越大，工作面采空區(qū)與地表漏風(fēng)量也越大，且工作面與地表之間能位差與采空區(qū)漏風(fēng)量呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系[8]。因此，在工作面可采用對(duì)本采空區(qū)或上覆采空區(qū)注惰性氣體或液體，使采空區(qū)形成局部正壓，增加漏風(fēng)阻力，達(dá)到抑制井下風(fēng)流通過采空區(qū)向地表漏風(fēng)的目的。

4.5 工作面采空區(qū)端頭漏風(fēng)控制技術(shù)

采空區(qū)上覆巖層垮落呈現(xiàn)正三角形與倒三角形交替出現(xiàn)的現(xiàn)象[18]。在工作面的推進(jìn)過程中，位于采空區(qū)跨落邊緣的上、下巷道存在巷幫中上部難以填實(shí)的情況，導(dǎo)致工作面開采期間進(jìn)風(fēng)端頭向采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重。因此，可在端頭支架處接入自動(dòng)擋風(fēng)板配合復(fù)合材料堵漏相結(jié)合的方法治理漏風(fēng)。

端頭支架自動(dòng)擋風(fēng)板是在工作面機(jī)頭、機(jī)尾端頭支架處加工與支架相連的擋風(fēng)板，并接入端頭支架控制程序中，在端頭支架移架時(shí)控制擋風(fēng)板收縮，當(dāng)端頭支架到位后自動(dòng)打開并與煤幫相接；復(fù)合材料堵漏目前以珍珠巖效果最佳，珍珠巖通過吸收水分形成密實(shí)的人工臨時(shí)密閉墻，起到快捷、有效的封堵端頭漏風(fēng)作用[19]。珍珠巖密閉墻堵漏時(shí)的布置間距：進(jìn)風(fēng)側(cè)間隔50 m，回風(fēng)側(cè)間隔30 m，進(jìn)風(fēng)端珍珠巖密閉墻主要是防止進(jìn)風(fēng)端頭向采空區(qū)漏風(fēng)，回風(fēng)端珍珠巖密閉墻主要是提高工作面風(fēng)流流向采空區(qū)的漏風(fēng)阻力，以減少漏風(fēng)，珍珠巖密閉墻布置寬度為巷幫至采空區(qū)垮落帶邊緣，高度與巷道頂板接實(shí)。

4.6 水力沖縫堵漏技術(shù)

針對(duì)直通地面的漏風(fēng)通道，依據(jù)SF6示蹤測(cè)定結(jié)果，在地表相應(yīng)位置利用水力黃土沖縫堵漏技術(shù)[20]。該技術(shù)利用高壓水管的水力作用將黃土沖入地表裂隙內(nèi)，實(shí)現(xiàn)深層次充填裂隙、達(dá)到阻斷漏風(fēng)閉環(huán)的效果。沖縫時(shí)土水體積比控制在1∶3～1∶5，沖縫初期時(shí)降低漿液濃度，防止裂隙中途堵塞，中后期提高漿液濃度，保證充填質(zhì)量，充填量以無法沖入為止。

綜合觀查我國(guó)酒店內(nèi)部控制機(jī)制的現(xiàn)狀，存在問題還是很多，有些酒店雖然建有內(nèi)部控制制度但卻不能有效實(shí)施而成為形式，造成酒店舞弊現(xiàn)象嚴(yán)重，一些員工甚至管理人員利用管理上的漏洞，以不同方式謀取私利，甚至是大范圍的集體舞弊，卻不能有效及時(shí)的控制和糾正。我認(rèn)為最主要的原因是：

4.7 充填鉆孔堵漏技術(shù)

充填鉆孔堵漏技術(shù)分為井下穿層鉆孔對(duì)上覆采空區(qū)底板裂隙進(jìn)行充填覆蓋堵漏，以及地表鉆孔對(duì)上覆采空區(qū)和層間煤巖充填堵漏。

井下穿層鉆孔充填覆蓋堵漏是使?jié){液順著上覆采空區(qū)底板流入因下覆采動(dòng)引起的層間裂隙內(nèi)，達(dá)到封堵裂隙的效果。具體做法為：在井下工作面上、下順槽或其他合適位置施工穿層鉆孔至上覆采空區(qū)，施工角度以斜切45°為宜，利用井下移動(dòng)注漿裝置配合三相泡沫進(jìn)行注漿覆蓋堵漏，井下穿層鉆孔充填覆蓋堵漏如圖4 所示。

圖4 井下充填鉆孔堵漏Fig.4 Schematic diagram of underground filling and drilling for plugging

地表鉆孔充填堵漏是在地表至工作面上覆巖層間形成人工局部隔斷帶，達(dá)到阻斷漏風(fēng)通道的目的。具體做法；在工作面開切眼、工作面中部、回撤通道處施工從地表至工作面上覆巖層間的充填鉆孔，鉆孔與工作面平行布置，通過向充填鉆孔內(nèi)灌注水泥、粉煤灰等充填材料在工作面上覆巖層至地表之間形成局部隔斷帶，隔斷大范圍的漏風(fēng)通道，達(dá)到減低工作面漏風(fēng)的目的，地表充填鉆孔堵漏示意如圖5 所示，鉆孔充填量以注不進(jìn)去為止，充填材料須具備阻燃性、安全性及環(huán)保性要求[9]。

圖5 地表充填鉆孔堵漏示意Fig.5 Schematic diagram of surface filling drilling for plugging

5 效果分析

通過在12 煤復(fù)合區(qū)利用全方位多覆蓋立體式漏風(fēng)治理技術(shù)，12下203 綜放工作面在回采期間漏風(fēng)得到明顯改善，漏風(fēng)測(cè)定結(jié)果，如圖6 所示。

圖6 12下203 綜放工作面治理后回采期間漏風(fēng)量Fig.6 Air leakage diagram during mining after treatment of No.12L 203 fully-mechanized caving mining face

測(cè)定結(jié)果得出：回采期間工作面的漏風(fēng)從初采期間的55～70 m3/min 降低至6～20 m3/min，綜合降低幅度達(dá)80.3%，且大部分時(shí)間工作面漏風(fēng)低于15 m3/min。

圖7 12下203 綜放工作面進(jìn)風(fēng)巷道上覆采空區(qū)CO、O2 體積分?jǐn)?shù)Fig.7 CO and O2 concentrations in the overlying goaf of the air inlet roadway of No.12L 203 fully-mechanized caving mining face

圖8 12下203 綜放工作面回風(fēng)巷道上覆采空區(qū)CO、O2 體積分?jǐn)?shù)Fig.8 CO and O2 concentrations in the overlying goaf of the return air roadway of the No.12L 203 fully-mechanized caving mining face

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：回采期間，進(jìn)風(fēng)巷道上覆采空區(qū)的CO 體積分?jǐn)?shù)為0，O2體積分?jǐn)?shù)存在較大波動(dòng)，但基本維持在6.2%左右；回風(fēng)巷道上覆采空區(qū)的CO體積分?jǐn)?shù)基本維持在0，最大體積分?jǐn)?shù)不超過4×10-6，O2體積分?jǐn)?shù)基本維持在8.0%左右，進(jìn)、回風(fēng)巷道上覆采空區(qū)CO、O2體積分?jǐn)?shù)均在正常范圍內(nèi)，上覆采空區(qū)遺煤氧化自燃的危險(xiǎn)性明顯減小，下覆工作面的漏風(fēng)得到有效控制。

因此，證明全方位多覆蓋立體式漏風(fēng)治理技術(shù)，可以有效治理正壓通風(fēng)條件下淺埋近距離煤層群工作面的漏風(fēng)，可極大降低采空區(qū)自然發(fā)火的危險(xiǎn)性，確保工作面的安全回采。

6 結(jié)論

1）以典型的正壓通風(fēng)淺埋深礦井大柳塔煤礦活雞兔井為例，總結(jié)分析得出正壓通風(fēng)條件下淺埋煤層的漏風(fēng)影響因素主要表現(xiàn)為：采動(dòng)裂隙構(gòu)成的漏風(fēng)通道、正壓通風(fēng)形成的漏風(fēng)壓差、通風(fēng)方式及自然風(fēng)壓作用；工作面開采過程中的漏風(fēng)特點(diǎn)主要體現(xiàn)為：地表塌陷裂隙漏風(fēng)、工作面開切眼與兩巷道漏風(fēng)以及采空區(qū)漏風(fēng)。

2）針對(duì)正壓通風(fēng)條件下淺埋煤層的漏風(fēng)影響因素及工作面漏風(fēng)特點(diǎn)，提出全方位多覆蓋立體式漏風(fēng)治理技術(shù)，該技術(shù)以優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以巷道煤巖裂隙注漿、噴漿技術(shù)、保護(hù)煤柱漏風(fēng)控制技術(shù)、工作面采空區(qū)端頭漏風(fēng)控制技術(shù)為保障，以局部正壓漏風(fēng)控制技術(shù)、水力沖縫堵漏技術(shù)、充填鉆孔堵漏技術(shù)為強(qiáng)化手段，從基礎(chǔ)優(yōu)化、中間保障到末端治理為理念，進(jìn)行全方位多覆蓋立體式的漏風(fēng)治理。

3）在大柳塔煤礦活雞兔井12 煤層及12 下203綜放工作面應(yīng)用全方位多覆蓋立體式漏風(fēng)治理技術(shù)，使工作面回采期間的漏風(fēng)從初采期間的55～70 m3/min 降低至6～20 m3/min，綜合降低幅度達(dá)80.3%，且大部分時(shí)間工作面漏風(fēng)低于15 m3/min；進(jìn)、回風(fēng)巷道上覆采空區(qū)CO 濃度基本為0，O2濃度在正常范圍內(nèi)，有效減少了12下203 綜放工作面的漏風(fēng)，降低了采空區(qū)自然發(fā)火的危險(xiǎn)性，保證了12下203 綜放工作面及12 煤復(fù)合區(qū)的安全回采。

4）全方位多覆蓋立體式漏風(fēng)治理技術(shù)從基礎(chǔ)優(yōu)化、中間保障到末端治理循序漸進(jìn)，逐步達(dá)到治理漏風(fēng)的目的，并在典型的正壓通風(fēng)礦井成功應(yīng)用，證實(shí)此技術(shù)能有效治理漏風(fēng)，可為相似礦井的漏風(fēng)治理提供技術(shù)參考。