1.本发明涉及高瓦斯矿井井筒封闭技术，具体涉及一种高瓦斯矿井立井井筒安全封堵方法。
背景技术：
2.根据行业相关安全管理规定，煤矿关闭后，必须对井筒进行永久性封堵处理，以消除安全隐患，确保后期不发生瓦斯燃烧、爆炸、窒息及次生灾害事故。现有规定是，报废的立井应当填实，或者在井口浇注1个大于井筒断面的坚实的钢筋混凝土盖板，并设置栅栏和禁入标志。由于这种封闭牢固性和密闭性都存在一定不足，其仅适用于煤层采尽或未采尽的低瓦斯中小煤矿，对于高瓦斯或未采尽的大型煤矿而言，这种封闭方式仍然存在瓦斯燃烧、爆炸或瓦斯逸出导致的次生灾害发生。为此，需进一步改进。
技术实现要素：
3.本发明的目的就是针对现有煤矿立井井筒封闭方法存在安全隐患的不足，提供一种高瓦斯矿井立井井筒安全封堵方法，该方法通过矸石和混凝土密封段间隔封堵的方式对井筒形成全井回填封闭，利用混凝土和矸石结构强度高，混凝土密封性好，矸石造价低等特点形成密封性好，封堵牢固的全井筒的永久性封闭结构；其施工方法简单、封井成本低，消除了瓦斯逸出和后期次生灾害或事故的发生安全隐患。
4.为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。
5.一种高瓦斯矿井立井井筒安全封堵方法，包括以下步骤：第一步，封井方案制定：基于立井实际深度制定封井方案，包括确定井底封堵、中间段封堵和井口封堵材料、封堵长度和施工方法；第二步，封井施工：按已制定的封堵方案实施封堵，并由下至上形成井底封堵段、中间封堵段和井口封堵段。
6.其中，井底封堵段包括由混凝土从井底堆积，并在井筒部分形成长度不小于20m的筒底封堵段；中间封堵段按矸石和混凝土浇筑交替封填进行，每个混凝土段的长度不小于5m，每个矸石段的长度为85 m～90m，且与井底封堵段和井口封堵段相邻的部分均为矸石段；井口封堵段采用混凝土封堵，井口封堵段的长度不小于5m，且井口封堵段所用混凝土强度高出井底封堵段或中间段的混凝土段所用混凝土强度一个等级。
7.采用前述方案的本方法，通过矸石和混凝土密封段间隔封堵的方式对井筒形成全井回填封闭，其中，在井底形成包括副井筒的塔形基础及20米井筒塔顶的混凝土基础段，井口形成5米的井盖密封段；借助湿式填充的矸石，提高矸石密封段的密实度；利用混凝土和矸石结构强度高，混凝土密封性好，矸石造价低等特点形成密封性好，封堵牢固的全井筒的永久性封闭结构。其施工方法简单、封井成本低，安全性好，消除了瓦斯逸出和后期次生灾害或事故发生的安全隐患。封闭后还可在封闭体表面覆盖粘土，种植绿植，恢复生态，形成环保型绿色矿山。并在混凝土材料消耗量大的封堵段采用强度级别相对较低的混凝土，以
降低封井成本。最好，将升井设施的钢丝绳和罐笼滞留在副井筒内，以在塔基部分形成部分钢筋混凝土结构。
8.优选的，所述中间封堵段的矸石段采用1cm～2cm尺寸规格的矸石。以确保矸石封堵段的密实性，利用进一步增强结构强度。
9.优选的，所述井底封堵段和中间封堵段的混凝土段所用混凝土的强度级别标号均为c20；所述井口封堵段所用混凝土的强度级别标号为c30。以确保混凝土封堵段的结构强度，并降低封井成本。
10.优选的，中间封堵段的矸石段封堵过程中，还包括同时进行水泥浆灌浆，水泥浆用于填充矸石间的缝隙。以通过对矸石段的水泥浆填充，提高矸石封堵段的致密性，进一步减少瓦斯逸出隐患；同时，还可提升矸石封堵段的结构强度。
11.优选的，所述井底封堵段按以下过程分步施工；第一次从井窝开始浇筑至副立井下车场空高的一半；等待24h后，第二次浇筑至完全封住马头门；再等待24h后，第三次浇筑，以在井筒部分形成长度不小于20m的封堵段。通过分步执行方式，确保作为封闭结构基础的结构强度；并通过在井筒部分形成长度不小于20m的封堵段确保密封性效果。
12.优选的，井底封堵段封堵完成，并等待7d～10d后，再进行中间段封堵。以确保在井底封堵强度达到设计要求后，再进行其余各段的封堵，避免对井底封堵造成结构性损坏，防止沉降；确保密封效果、安全性和使用寿命；整个封堵过程中，其它间隔时间为，混凝土浇筑完5d～7d后再回填矸石；矸石回填完3d～5d后再浇筑混凝土。
13.优选的，所述混凝土采用商品混凝土，并正在远离井口100m以外采用泵送浇筑。以利用社会资源在市场上直接采购混凝土，提高封井效率；在远离井口100m以外泵送，使浇筑操作人员在封井过程中远离井口，可有效确保安全。
14.优选的，所述矸石采用采用
皮带输送机输送，按自由落体方式入井，并在井口设置喷水装置湿润矸石。以利用机械化设备提高封井效率，并通过在井口设置喷水装置，确保矸石的湿润效果。
15.进一步优选的，所述皮带输送机由刮板输送机供料；所述刮板输送机由铲车上料，且上料点远离井口100m以上；并通过上料点设置喷水装置湿润矸石。在远离井口100m以外上料，使矸石上料的铲车或其他辅助人员在封井过程中远离井口，可有效确保安全，并利用机械化设备提高封井效率；同时，通过在上料点设置喷水装置，可增加矸石的浸润时间，增强湿润效果。
16.优选的，在井口封堵的施工过程中，还包括利用井口设置的抽排装置进行瓦斯排放。以减少或避免瓦斯气体被封闭在井筒封闭段内而形成气孔，进一步提高封堵段的结构强度，密封效果，并延长使用寿命。
17.本发明的有益效果是，可形成密封性好，封堵牢固的全井筒的永久性封闭结构。且施工方法简单、封井成本低，消除了瓦斯逸出和后期次生灾害或事故发生的安全隐患。
附图说明
18.图1是应用本发明方法封闭的高瓦斯煤矿井筒结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
20.参见图1，一种高瓦斯矿井立井井筒安全封堵方法，包括以下步骤：第一步，封井方案制定：基于立井实际深度制定封井方案，包括确定井底封堵、中间段封堵和井口封堵材料、封堵长度和施工方法；第二步，封井施工：按已制定的封堵方案实施封堵，并由下至上形成井底封堵段、中间封堵段和井口封堵段。
21.其中，井底封堵段包括由混凝土从井底堆积，并在井筒部分形成长度不小于20m的筒底封堵段；中间封堵段按矸石和混凝土浇筑交替封填进行，每个混凝土段的长度不小于5m，每个矸石段的长度为85 m～90m，且与井底封堵段和井口封堵段相邻的部分均为矸石段；井口封堵段采用混凝土封堵，井口封堵段的长度不小于5m，且井口封堵段所用混凝土强度高出井底封堵段或中间段的混凝土段所用混凝土强度一个等级。
22.其中，所述中间封堵段的矸石段采用1cm～2cm尺寸规格的矸石。所述井底封堵段和中间封堵段的混凝土段所用混凝土的强度级别标号均为c20；所述井口封堵段3所用混凝土的强度级别标号为c30。
23.在中间封堵段的矸石段封堵过程中，还包括同时进行水泥浆灌浆，水泥浆用于填充矸石间的缝隙。其中，湿润状态的矸石还利于提升其与水泥浆的结合性能。
24.井底封堵段按以下过程分步施工；第一次从井窝开始浇筑至副立井下车场空高的一半；等待24h后，第二次浇筑至完全封住马头门；再等待24h后，第三次浇筑，以在井筒部分形成长度不小于20m的封堵段；井底封堵段封堵完成，并等待7d～10d后，再进行中间段封堵；中间段封堵过程中，混凝土浇筑完5d～7d后再回填矸石；矸石回填完3d～5d后再浇筑混凝土，相应井口封堵在中间段封堵完成3d～5d后进行。
25.其中，混凝土采用商品混凝土，并正在远离井口100m以外采用泵送浇筑。矸石采用采用皮带输送机输送，按自由落体方式入井，并在井口设置喷水装置湿润矸石。皮带输送机由刮板输送机供料；所述刮板输送机由铲车上料，且上料点远离井口100m以上；并通过上料点设置喷水装置湿润矸石。
26.在井口封堵的施工过程中，还包括利用井口设置的抽排装置进行瓦斯排放。
27.本方法的井底封堵过程中，混凝土依靠重力作用自然流动，并逐步堆积升高，首先对井窝1a进行填充，井窝1a填满后，混凝土在流动过程中将井下加压泵房1b、候车室1c，副立井下车场和马头门1e逐渐填充，并封堵住去主石门的巷道口1d，从而在井筒下方形成金字塔基础，之后，填充井筒，并在井筒内形成部小于20m高度的筒底混凝土封堵段1f，筒底混凝土封堵段1f与金字塔形成一体；其中，封堵井窝1a、副立井下车场、加压泵房1b、候车室1c、马头门1e和井筒，总长度约51m，其中井窝1a深23m，马头门高8m，井筒20m。副立井下车场、加压泵房1b、候车室1c按混凝土自流动封堵，预估副立井下车场距井筒中心30m、加压泵房1b、候车室1c距下车场10m范围内自然封堵。
28.本方法在具体应用时，实施封堵前，按罐笼4、钢丝绳5保留在井筒下方，井筒内的罐道6和沿井壁布置的多个罐道托架7保留在井筒内的原则做好以下工作。以利用罐笼4、钢丝绳5、罐道6和罐道托架7与混凝土一起形成局部具有钢筋骨架的钢筋混凝土结构，以提升
结构强度。
29.首先，针对矿井的实际结构和井深编制立井安全封堵方案、施工组织措施和专项安全技术措施。
30.其次，设置通风系统，建立监测监控系统、布设刮板输送机、皮带输送机和喷水装置。
31.第三，处理井筒周边及施工场地安全隐患，形成安全施工基本条件。
32.其中，封堵通风系统，包括在立井20m外安设局部通风机，风筒接至立井井筒作业点；以及从井口直接吸气的旁路管道。
33.封堵监测监控系统包括在井口20m范围内安设安全警戒和监控报警视频，防止人员随意进入立井工业广场；以及在井筒处安设监测传感器，实现远程实时监测井筒瓦斯逸出情况，保证封堵期间的安全。
34.在按前述方法封堵完成后，还应做好以下善后工作。包括撤除地面井塔及裙房，拆除完毕后必须清理建筑垃圾；设置栅栏及警示标志；井筒地表设置粘土层，并种植绿植修复生态。
35.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。技术特征：
1.一种高瓦斯矿井立井井筒安全封堵方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，封井方案制定：基于立井实际深度制定封井方案，包括确定井底封堵、中间段封堵和井口封堵材料、封堵长度和施工方法；第二步，封井施工：按已制定的封堵方案实施封堵，并由下至上形成井底封堵段、中间封堵段和井口封堵段。其中，井底封堵段包括在井筒部分形成长度不小于20m的筒底封堵段；中间封堵段按矸石和混凝土浇筑交替封填进行，每个混凝土段的长度不小于5m，每个矸石段的长度为85m～90m，且与井底封堵段和井口封堵段相邻的部分均为矸石段；井口封堵段采用混凝土封堵，井口封堵段的长度不小于5m，且井口封堵段所用混凝土强度高出井底封堵段或中间段的混凝土段所用混凝土强度一个等级。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间封堵段的矸石段采用1cm～2cm尺寸规格的矸石。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述井底封堵段和中间封堵段的混凝土段所用混凝土的强度级别标号均为c20；所述井口封堵段所用混凝土的强度级别标号为c30。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述中间封堵段的矸石段封堵过程中，还包括同时进行水泥浆灌浆，水泥浆用于填充矸石间的缝隙。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述井底封堵段按以下过程分步施工；第一次从井窝开始浇筑至副立井下车场空高的一半；等待24h后，第二次浇筑至完全封住马头门；再等待24h后，第三次浇筑，以在井筒部分形成长度不小于20m的封堵段。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在井底封堵段封堵完成，并等待7d～10d后，再进行中间段封堵。7.根据权利要求1～6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述混凝土采用商品混凝土，并正在远离井口100m以外采用泵送浇筑。8.根据权利要求1～6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述矸石采用采用皮带输送机输送，按自由落体方式入井，并在井口设置喷水装置湿润矸石。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述皮带输送机由刮板输送机供料；所述刮板输送机由铲车上料，且上料点远离井口100m以上；并通过上料点设置喷水装置湿润矸石。10.根据权利要求1～6中任意一项所述的方法，其特征在于，在井口封堵的施工过程中，还包括利用井口设置的抽排装置进行瓦斯排放。
技术总结
本发明公开了一种高瓦斯矿井立井井筒安全封堵方法，包括井底封堵、中间段封堵和井口封堵；其中，井底封堵采用自流式的混凝土浇筑，并在井底形成塔形基础和至少20m的井筒混凝土封堵部分；中间段封堵采用矸石和混凝土交替封堵方式，且矸石规格不大于2cm，并在湿润状态下按自由落体方式填充；井口封堵封堵采用强度等级高于井底的混凝土封堵，并形成5～10米的封堵高度。本发明的有益效果是，可形成密封性好，封堵牢固的全井筒的永久性封闭结构。且施工方法简单、封井成本低，消除了瓦斯逸出和后期次生灾害或事故发生的安全隐患。生灾害或事故发生的安全隐患。生灾害或事故发生的安全隐患。
技术研发人员：陈永兴 蒋和财 田文 罗德华 陈跃 郭臣业 陈四川 刘朝富 程崇胜 蒋腾 金志浩 周俊杰 何华 张俐 潘红
受保护的技术使用者：重庆能投工程技术有限公司 重庆能投渝新能源有限公司
技术研发日：2021.12.20
技术公布日：2022/4/26
声明：
“高瓦斯矿井立井井筒安全封堵方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：重庆能投工程技术有限公司 重庆能投渝新能源有限公司
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2024年08月01日 ~ 03日 
