新型高分子材料在采空區(qū)漏風(fēng)治理的應(yīng)用

王建峰

摘 要：高家梁煤礦位于鄂爾多斯萬(wàn)利礦區(qū)南部，一期設(shè)計(jì)年產(chǎn)300萬(wàn)噸，二期設(shè)計(jì)600萬(wàn)噸，目前我礦有20306和20109兩個(gè)綜合機(jī)械化采煤工作面，首采工作面20107回采結(jié)束已于2010年11月封閉。我礦開采煤層均為一級(jí)容易自燃煤層，自燃發(fā)火期短。工作面采用傾斜長(zhǎng)壁后退式全部跨落綜合機(jī)械采煤方法，在回采過(guò)程中不可避免的在采空區(qū)仍留有一定遺煤。由于地表塌陷產(chǎn)生裂縫與采空區(qū)連通，采空區(qū)與井下巷道防火密閉相連。如防火閉封閉不嚴(yán)密就會(huì)造成采空區(qū)漏風(fēng)，極易造成采空區(qū)自然發(fā)火。采空區(qū)一旦自然發(fā)火在煤礦后期治理相當(dāng)困難，而且給正常生產(chǎn)造成巨大隱患。因此綜采工作面采空區(qū)防滅火預(yù)防性治理非常必要。

關(guān)鍵詞：高分子材料 漏風(fēng)治理 采空區(qū)

中圖分類號(hào)：TQ31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

綜采工作面采空區(qū)防滅火預(yù)防治理主要是采空區(qū)漏風(fēng)的治理，由于地表塌陷、采空區(qū)不留遺煤這兩個(gè)條件是不能徹底消除改變的，因此只有加強(qiáng)防火密閉的管理，防止向采空區(qū)漏風(fēng)。

防火密閉普通的施工方法是采用在雙層閉中間填充黃土的方法以避免漏風(fēng)。實(shí)際上工人施工中密閉上部封口處黃土根本搗固不嚴(yán)，再加上過(guò)一段時(shí)間黃土水分蒸發(fā)收縮下沉，上部產(chǎn)生裂縫造成向采空區(qū)漏風(fēng)，給煤礦安全生產(chǎn)工作帶來(lái)安全隱患。

針對(duì)上述問(wèn)題，我礦成立了防火密閉充填創(chuàng)新小組，對(duì)采空區(qū)密閉封堵裂隙進(jìn)行研究。他們查閱了大量的相關(guān)資料，學(xué)習(xí)借鑒其他礦井構(gòu)筑采空區(qū)密閉的做法和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)充填采空區(qū)常用的各種材料的效果進(jìn)行試驗(yàn)、對(duì)比和分析，對(duì)生產(chǎn)廠家的資質(zhì)進(jìn)行比較，最終確定使用在防火密閉上部采用預(yù)防性高壓充填羅克休泡沫的方法解決密閉漏風(fēng)問(wèn)題，并制定了詳細(xì)的施工方案，嚴(yán)格按照方案進(jìn)行實(shí)施。

羅克休是一種中空充填產(chǎn)品，可用于煤礦構(gòu)筑防火墻、密閉墻、高冒區(qū)充填、煤層裂隙充填封堵。羅克休具有高膨脹率，膨脹體積為原體積的30倍，充填用量少，泡沫反應(yīng)迅速，氣溫30℃時(shí)30秒即可反應(yīng)，10～15℃時(shí)，5分鐘反應(yīng)，并在20分鐘硬化，有很強(qiáng)的抗壓能力（0.2Mpa左右），運(yùn)輸方便，施工簡(jiǎn)便，適用于采空區(qū)的充填。

1 羅克休泡沫應(yīng)用范圍及作用：

（1）充填破碎頂板（煤），防止頂板瓦斯積聚，防止破碎頂煤發(fā)火，阻止內(nèi)外空氣交換。

（2）密閉墻堵漏風(fēng)：阻止內(nèi)外氣體交換，防火及利于人身安全。密閉墻四周巷道壓裂時(shí)，也可使用羅克休泡沫壓入裂隙堵漏。

（3）采煤工作面進(jìn)、回風(fēng)隅角充填；防止大量新鮮風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)，防止采空區(qū)涌出大量瓦斯；防止長(zhǎng)期大量空氣進(jìn)入采空區(qū)，引起遺煤氧化自然。

（4）充填廢棄老洞、溜眼（煤倉(cāng)）：防止掘進(jìn)工作面及工作面回采時(shí)，掘透采空區(qū)，造成事故；防止廢棄溜眼（煤倉(cāng)）漏風(fēng)，引起溜眼（采空區(qū)）發(fā)火。

（5） 代替粉煤灰、沙子充填廢棄老巷；加強(qiáng)巷道回采工作面巷道頂板，阻止氣體泄露。

（6）加固破碎的煤、巖頂板；超前加固掘進(jìn)及回采工作面巷道頂板，防止冒頂。沿空掘巷煤柱加固、堵漏風(fēng)；加固破碎煤柱，提高支撐力；充填煤柱裂縫，防止煤柱及采空區(qū)漏風(fēng)、發(fā)火；減少工作面回風(fēng)巷支護(hù)密度。

（7） 工作面或巷道阻止冒頂、發(fā)火：增加頂板穩(wěn)定性，頂煤煤體高溫點(diǎn)注射后起滅火和加固封堵作用。

2 羅克休與傳統(tǒng)材料的比較：

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中堵漏風(fēng)施工中一般可使用黃泥漿和水玻璃凝膠、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉凝膠。黃泥漿封堵裂隙過(guò)程中經(jīng)過(guò)重力沉淀作用，沉淀后出現(xiàn)接頂不實(shí)或封堵不嚴(yán)實(shí)，為了保證安全必須進(jìn)行多次補(bǔ)助施工，而羅克休泡沫能一次達(dá)到堵漏的效果；凝膠脫水后風(fēng)干，在外力作用下破碎成細(xì)小顆粒，進(jìn)而產(chǎn)生裂隙繼續(xù)漏風(fēng)，而羅克休泡沫具有柔韌性，受力后產(chǎn)生塑性變形，能經(jīng)得起巖層的運(yùn)動(dòng)，具有與地層同壽命的特點(diǎn)。因此，利用羅克休泡沫施工進(jìn)行漏風(fēng)治理與利用黃泥和凝膠具有不可比擬與取代的優(yōu)勢(shì)。

與脲醛樹脂泡沫、酚醛樹脂泡沫相比，羅克休不會(huì)風(fēng)干開裂，一旦施工，可長(zhǎng)期起到防止漏風(fēng)作用。

3 羅克休泡沫技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

（1）反應(yīng)迅速

（2）高膨脹率

（3）較好的抗壓能力

（4）可直接滅火施工工藝簡(jiǎn)單

3.1 施工方案：

在施工防火密閉時(shí)同時(shí)施工兩道密閉墻，密閉墻間隔距離為1m，在密閉墻上部留設(shè)3個(gè)孔用于羅克休材料的灌注和觀察，兩道密閉墻中間距頂板0.8m下部用黃土充填，待黃土沉降1個(gè)月后上部注羅克休泡沫。羅克休泡沫形成后體積膨脹為原來(lái)的10-20倍，可以有效的封堵上部裂隙。

3.2 施工工藝：

將注射槍插入防火密閉墻預(yù)留的注射孔內(nèi)，然后向封閉的空間內(nèi)注射羅克休聚合材料。注射時(shí)使用專用泵將樹脂和催化劑以4：1的比例送入注射槍，兩種原料混合后迅速發(fā)泡，通過(guò)注射槍注射封閉空間，20分鐘左右硬化。

具體工藝：連接壓風(fēng)機(jī)至專用注射泵—高壓膠管連接注射槍和注射泵—將三根吸液管分別插入兩個(gè)裝有樹脂和一個(gè)裝有催化劑的桶內(nèi)—開泵注液—注射結(jié)束—洗泵—洗機(jī)具—停泵—拆注射槍

施工設(shè)備：羅克休泡沫充填專用泵ZBQS8.4/12.5Y泵一臺(tái)；羅克休泡沫材料（注射一道防火密閉約需用一噸）；高壓膠管30米

3.2.1 我礦第一個(gè)采空區(qū)20107采空區(qū)3道防火閉在2010年11月10日已全部施工完畢，已預(yù)留灌注孔，具備施工條件，于2011年12月21日對(duì)20107的3到防火密閉進(jìn)行羅克休充填。

注意事項(xiàng)

（1）注射槍出口軟管長(zhǎng)度一般不要超過(guò)6米，否則容易堵塞，出口管直徑應(yīng)用DN10～DN13軟管，不宜用大直徑管。

（2）注射前一定要將桶內(nèi)樹脂搖晃均勻。

（3）注射時(shí)備足原料，同時(shí)在施工現(xiàn)場(chǎng)至少儲(chǔ)備2桶清水，避免吸空損壞活塞或突然停風(fēng)堵塞管路。

（4）施工時(shí)必須戴防護(hù)眼鏡和手套

（5）注射完畢，用清洗劑（機(jī)油或水）沖洗多功能泵，注射槍和附件。

3.2.2 對(duì)20107采空區(qū)3道密閉內(nèi)氣體進(jìn)行定期觀測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)注射羅克休泡沫前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證注射羅克休后的使用效果。

3.2.3 在全礦推廣使用采空區(qū)防火密閉注射羅克休的方法。

3.3 實(shí)施效果

經(jīng)過(guò)對(duì)20107防火密閉進(jìn)行預(yù)防性注射羅克休泡沫材料，20107輔運(yùn)密閉處CO含量由最高30ppm將為0；20107輔運(yùn)密閉處CO含量由最高26ppm將為0，堵漏效果明顯，羅克休防滅火材料在我礦的應(yīng)用，成功的根治了防火密閉漏風(fēng)，消除了CO對(duì)我礦的威脅，保證了礦井安全生產(chǎn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

羅克休泡沫適施工簡(jiǎn)便，對(duì)封堵滲透細(xì)小的裂隙效果好，充填嚴(yán)實(shí)，在淮南、兗州、開灤、鐵法、大屯、鶴壁、神華等礦區(qū)得到了很好的應(yīng)用，為煤礦安全生產(chǎn)提供了新的方法和手段，是一種新型的具有廣闊推廣前景的防滅火材料。

參考文獻(xiàn)

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