牛泽斌

（晋城煤业集团赵庄煤业，山西 晋城 048000）

密闭墙为矿井通风系统中重要构筑物之一，起到隔绝风流的作用。密闭墙形式繁多，包括砖石结构、有机材料喷涂、充气式、伞式、有机发泡材料填充、粉煤灰加胶凝材料等，其中以木板、砖石结构和混凝土密闭墙应用最为广泛，但同样存在许多问题，如材料运输量大、依赖人工、工时长、接顶差、强度低、易碎漏风等问题[1-3]。本文以赵庄煤业1310工作面横川永久密闭为工程背景，试验新型密闭墙构筑技术，以期能够解决传统密闭墙存在的问题。

1 工程背景

赵庄煤业1310 工作面开采3#煤层，平均厚度4.5 m，工作面走向长2800 m，倾向长220 m，采用一次采全高综合机械化采煤法。工作面布置三条顺槽，13101 巷、13102 巷、13103 巷，采用“两进一回”通风方式，13103 巷、13101 巷进风，13102 巷回风。其中13103 巷为上一工作面遗留下来的复用巷道。13101 巷和13102 巷之间保护煤柱宽度55 m，两巷之间每隔150 m 布置一条横川，如图1 所示。

图1 工作面巷道及横川位置示意图

横川设计宽度5 m，高度4.5 m，采用锚网索联合支护方式。顶板为全锚索，排距1.2 m，每排3 根，间距1.1 m，锚索长度7.4 m；两帮为“锚杆+锚索”支护方式，锚杆每排5 根，排距1.2 m，间距1 m，长度2.4 m；锚索排距2.4 m，间距2 m，长度5.4 m。巷道支护断面如图2 所示。

2 传统密闭墙构筑方式及存在问题

由于尾巷通风方式已经被明令禁止，因此需要选择合适时机进行13102 工作面的通风系统调整。在污风流通过工作面前方第一个横川进入13102 回风巷，永久密闭时间节点为工作面即将通过该横川时，留出一定时间构筑永久密闭。

图2 横川支护断面图

2.1 构筑方式

以往赵庄煤业普遍采用砖石结构永久密闭墙，总厚度3 m，在两侧各构筑0.8 m 砖墙作为前、后挡墙，中部1.4 m 采用粉煤灰和水泥基材料人工填充，水灰比0.3～0.4:1，灌注结束后养护7 d，达到10 MPa 左右整体强度。如图3 所示。

按照横川宽度5 m，厚度3 m，高度4.5 m，每堵密闭墙充填体积约67.5 m3，5 个人需要9 个班完成作业。每堵墙材料费、人工费成本约18 万元。

图3 传统密闭墙构筑示意图

2.2 传统密闭墙施工存在的问题

（1）材料运输量大，不具备运输条件区域进料困难；

（2）几乎全部依靠人工，工时长，劳动强度大；（3）充填物有泌水、倒缩现象；

（4）顶部依靠人工徒手塞入，接顶困难，顶部容易漏风；

（5）墙体强度低，抗压性能差，整体抗压强度不足10 MPa；

（6）刚性墙体不可压缩，受压后发生开裂、漏风；

（7）强度增长缓慢，粉煤灰、水泥需要7 d 以上才能达到设计强度，影响使用，并且造成施工紧张；

（8）两侧破碎巷帮存在漏风，材料对两侧破碎漏风带充填效果较差。

3 新型密闭墙构筑技术

3.1 构筑方式

新型密闭墙采用“两侧破碎漏风带浅孔注浆+中部柔模袋浇筑墙体”方式，如图4 所示。

图4 新型密闭墙构筑示意图

3.1.1 浅孔注浆

两侧破碎漏风带浅孔注浆，孔深5～10 m，视破碎深度确定，钻孔间排距2 m×2 m。通过注浆将裂隙、孔洞等漏风通道封闭，并加固围岩，提高抗变形能力，加强对顶板承载作用。

3.1.2 柔模袋浇筑墙体

在密闭位置两侧支设木点柱、木板、钢筋网，作为两侧简易模板。将柔模袋吊挂在顶板上，两边固定在巷帮。柔模袋采用抗静电、阻燃风筒布制作成长方体，尺寸长×宽×高=5.2 m×3.2 m×3.7 m，每个边长都留20 cm 富余量。柔模袋上部加工有2个充填袖口，1个用于灌注，1个用于排气。柔模袋前、后两面预留有对穿锚杆袖口，共3 排，每排4 根。提前预埋对穿锚杆、上托盘，扎紧袖口。充填结束1 d 后，墙体已经完全硬化，实施张拉预紧。现场实景如图5 所示。

图5 “柔模袋+对穿钢筋”现场实景

3.2 新型密闭墙材料性能

新型密闭墙材料为两种无机粉料，分A、B 型，同时可用于两侧破碎漏风带注浆和柔膜袋灌注。

两侧破碎漏风带注浆采用水灰比为0.8:1，1～3 min 失去流动性，8～15 min 完全固化，2 h强度可达10 MPa 以上。

柔模袋灌注采用1:1～1.5:1 水灰比，根据强度要求选择，水灰比越小强度越大，单立方材料消耗越多。加入1.5%的聚丙烯纤维，提高墙体韧性。最后接顶阶段加入1%发泡剂，使充填体主动膨胀接顶。以1:1 水灰比为例，约10 min 失去流动性，20～30 min 完全固化，2 h 强度为6 MPa，1 d 强度10 MPa，7 d 强度12 MPa。

新型密闭墙材料成本约2000 元/t。

3.3 充填系统

用两台螺杆泵和管路。螺杆泵集搅拌、输送功能于一体，长×宽×高=1.6 m×0.75 m×0.92 m，质量40 kg。两台螺杆泵分别泵送A、B 两种浆液，在充填点进行混合。

螺杆泵充填系统如图6 所示。

3.4 技术优势

（1）采用搅拌泵送灌注方式，减小了劳动强度。

（2）施工速度快，2 个班即可完成。一个班完成两侧注浆、吊挂柔模袋工作，下一个班完成灌注充填。

（3）材料消耗少。单立方用料0.55～0.72 t。

（4）强度增长快。随灌随硬，2 h 即具备较高强度，1 d 达到最终强度的70%以上。

（5）主动膨胀接顶。顶部最后阶段充填加入了发泡剂，有5%～20%的膨胀率，能够压实贴合顶板，避免漏风。

（6）墙体强度及残余强度高。墙体可以达到8～18 MPa 强度，墙体中含有纤维，并施加有对穿钢筋，即使顶板压力较大压坏，能够“碎而不裂”，不剥落，不漏风，残余强度能够达到最高强度的70%以上，持续承载。

（7）有一定的可压缩性。顶部膨胀部分，压缩量可达20%～30%，顶板来压时，起到缓冲作用，适应顶板下沉，避免过早压碎。

综合测算，构筑一堵新型密闭墙，材料费、人工费成本约14 万元。

图6 螺杆泵充填系统示意图

4 效果考察

4.1 墙体变形

从构筑完毕开始，在密闭墙附近布置十字表面位移测点开始观测，一直观测到工作面后方500 m顶板垮落稳定为止。顶板累计下沉量100 mm，两帮移近量210 mm，底鼓量300 mm。墙体边缘受挤压呈“蘑菇”状，在顶板剧烈变形阶段很好地起到了让压作用，墙体结构较为完整，未发生严重变形、碎裂情况。

4.2 墙体内外压差

密闭墙构筑结束后，安装上、中、下3 组内外压差计，与墙体变形同时观测。发现内外压差始终保持在15 Pa 左右，没有出现突然变化情况，表明密闭效果良好。

5 结 论

（1）赵庄煤业传统密闭墙采用砖石结构，存在效率低、人工劳动强度大、强度增长缓慢、容易开裂漏风等问题。

（2）新型密闭墙采用“两侧破碎漏风带浅孔注浆+中部柔模袋浇筑墙体”方式，采用新型密闭墙材料，大幅提高了施工效率。墙体具备强度增长快、主动膨胀接顶、让压可缩、残余强度高等技术优势，克服了传统密闭墙的缺点。

（3）效果考察表明，墙体能够适应顶板变形规律，在顶板剧烈下沉期间可缩让压，避免墙体压裂，在顶板稳定后有较高的残余强度持续承载，限制围岩进一步变形，紧贴巷帮，防止漏风。