混凝土砌磚與落葉松木段雙層聯(lián)合密閉封閉采空區(qū)預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火研究

摘 要：主要介紹通過對密閉材料力學(xué)分析，創(chuàng)新混凝土砌磚密閉與木段密閉雙道密閉施工工藝以及取得的封閉效果。

關(guān)鍵詞：密閉 工藝 封閉效果

中圖分類號：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（c）-0070-02

采空區(qū)是煤礦采面采后自然發(fā)火的主要地點(diǎn)，對采空區(qū)及時(shí)有效的封閉是防止采空區(qū)自然發(fā)火的重要手段。河北唐山開灤集團(tuán)公司荊各莊礦業(yè)分公司屬于自然發(fā)火嚴(yán)重的礦井，最短發(fā)火期60天，采空區(qū)及時(shí)嚴(yán)密封閉，達(dá)到漏風(fēng)量很小或者不漏風(fēng)的效果，顯得尤為重要。封閉采空區(qū)密閉的形式和材料直接影響著采空區(qū)的密閉效果。以前，荊各莊礦業(yè)分公司封閉采空區(qū)多使用單一的封閉形式和單一的磚砌封閉材料。由于單一封閉形式和封閉材料很難達(dá)到理想的密閉效果，所以采空區(qū)經(jīng)常因密閉漏風(fēng)造成采空區(qū)殘煤出現(xiàn)自然發(fā)火隱患。經(jīng)過多年實(shí)踐，我們遵循混凝土砌磚密閉與木段密閉的特點(diǎn)，自2010年開始，荊各莊礦業(yè)分公司采用混凝土砌磚與落葉松木段雙道聯(lián)合密閉施工封閉采空區(qū)，經(jīng)檢驗(yàn)，在礦井防火工作取得了理想的良好效果。

1 采空區(qū)密閉主要指標(biāo)

密閉墻主要是通過切斷煤炭自燃的供氧條件來達(dá)到防止煤炭自燃的目的的，封閉采空區(qū)密閉墻主要有以下特點(diǎn)。

（1）密閉的氣密性：密閉的氣密性高低直接影響封閉火區(qū)的漏風(fēng)量，密閉的氣密性越高，其風(fēng)阻值越大，漏風(fēng)越小。

（2）密閉的抗壓強(qiáng)度：封閉密閉受礦山壓力的影響，由于采后采空區(qū)周圍巷道支撐壓力顯現(xiàn)明顯，巷道變形嚴(yán)重，所以密閉的抗壓強(qiáng)度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。

（3）密閉施工時(shí)間：封閉時(shí)間具有緊迫性：《煤礦安全規(guī)程》第117條規(guī)定：采空區(qū)必須及時(shí)封閉。采空區(qū)開采結(jié)束后的45天內(nèi)，必須在所有已采空區(qū)相連通的巷道中設(shè)置防火墻，全部封閉采空區(qū)。采空區(qū)供風(fēng)氧化時(shí)間越長自然發(fā)火的幾率越大。對于容易自燃煤層盡早的封閉采空區(qū)無疑具有非常重要的意義。

（4）使用材料便于施工運(yùn)輸；由于井下環(huán)境復(fù)雜，施工密閉的材料不但要求價(jià)格低廉還要求具有運(yùn)輸方便，使用安全的特點(diǎn)。

（5）隔熱和防止火災(zāi)傳播：采空區(qū)一旦發(fā)生自燃，密閉有隔絕熱量傳播和阻止火災(zāi)傳播的作用。

2 不同材料密閉的優(yōu)缺點(diǎn)

目前煤礦封閉采空區(qū)的永久密閉主要有：混凝土砌磚密閉和混凝土料石密閉。另外木段密閉作為一種非永久封閉密閉也被廣泛使用。

（1）混凝土砌磚密閉。

混凝土砌磚密閉具有氣密性好，施工方便快捷，材料運(yùn)輸方便的特點(diǎn)。但是混凝土砌磚密閉抗壓強(qiáng)度低，服務(wù)年限短。

（2）混凝土料石密閉。

混凝土料石密閉具有比較高的抗壓強(qiáng)度，但是施工工藝復(fù)雜，施工速度緩慢，料石井下運(yùn)輸不方便。

（3）落葉松木段密閉，具有較好的抗壓性，但氣密性不好并且屬于燃性材料。

3 采空區(qū)密閉材料性質(zhì)分析

荊各莊礦業(yè)公司在井下防治煤炭自然發(fā)火工作中發(fā)現(xiàn)：單一的密閉材料很難滿足對采空區(qū)長期有效封閉的要求。由于料石材料密閉施工時(shí)間長，運(yùn)輸不方便，不能滿足及時(shí)封閉采空區(qū)的要求，所以在防火密閉工作中一般不采用；砌磚密閉雖然有施工迅速，簡便的優(yōu)點(diǎn)，但是抗壓性很差，墻體易劈裂從而造成采空區(qū)漏風(fēng)，形成殘煤自然發(fā)火隱患。落葉松木段材料密閉雖然抗壓強(qiáng)度好，但氣密性不好并且屬于燃性材料，《煤礦安全規(guī)程》嚴(yán)格規(guī)定不允許單獨(dú)使用，如果聯(lián)合使用其抗壓、氣密性等優(yōu)點(diǎn)特性可以互為補(bǔ)充，可以達(dá)到理想的封閉采空區(qū)效果。

如圖1示：一塊普通粘土紅磚與一塊直徑200 mm長500 mm落葉松木段抗壓強(qiáng)度分析。

由曲線可知混凝土砌磚墻屬于脆性材料，在砂漿強(qiáng)度等級M7.5時(shí)，當(dāng)壓力達(dá)到3.1 MPa時(shí)墻體破壞，所以混凝土砌磚墻作為密閉材料時(shí)抗壓強(qiáng)度低容易損壞（如圖2）。

落葉松木材的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系屬于既有彈性又有塑性的材料—— 黏彈性材料。落葉松木材在壓應(yīng)力達(dá)到33 Mpa時(shí)開始受力變形，隨著壓應(yīng)力的增加而增加，并且變形較大。當(dāng)達(dá)到50 Mpa左右，在達(dá)到一定的變形后落葉松木材變形趨于穩(wěn)定，所以落葉松木材作為密閉材料具有很好的抗壓強(qiáng)度。

4 綜合混凝土砌磚和木段材料的雙層密閉施工工藝

由對混凝土砌磚和木段材料性質(zhì)特點(diǎn)分析得知，混凝土砌磚和木段材料具有互補(bǔ)性。同時(shí)使用兩種這兩種材料施工雙道密閉能收到比較滿意的封閉效果。

（1）工藝原理。

①在施工混凝土砌磚密閉之前先在其前方500 mm處施工一道木段密閉，待木段密閉被壓實(shí)后再施工混凝土砌磚密閉，木段密閉可以有效的保護(hù)混凝土砌磚密閉不被壓壞。

②在混凝土砌磚密閉后方500 mm處施工一道混泥土磚砌永久密閉。起到隔絕空氣和隔熱防止火災(zāi)傳播的作用。

③如果采空區(qū)在預(yù)防性灌漿后還是出現(xiàn)了自然發(fā)火隱患，兩道密閉之間可以進(jìn)一步充填化學(xué)材料進(jìn)行加固堵漏。

（2）施工質(zhì)量要求。

1）永久磚密閉施工質(zhì)量要求。

①砌密閉要掛線施工，灰漿要飽滿，密閉墻體無瞎縫、干縫、重縫，灰口不大于10 mm，灰漿配比：灰∶沙=1∶3。

②墻面平整度，要求1米墻面內(nèi)凸凹度不大于10 mm，無裂縫。

③密閉要求掏槽不小于200 mm；勾縫，四周抹裙邊不少于100 mm，并一致。

④嚴(yán)密不漏風(fēng)（手觸無感覺、耳聽無聲音）。

⑤觀察鋼管φ50 mm，注漿鋼管安設(shè)三趟，安防要平直。施工完畢后將各管孔用專用鐵堵封孔。

⑥密閉施完畢工后做到工完物盡場地清，無積水、無淤泥、磚塊。

2）木段密閉施工質(zhì)量要求。

①砌密閉要掛線施工，黃泥要飽滿，木段密閉墻體無瞎縫、干縫。密閉墻體與煤（巖）壁接觸嚴(yán)密。

②密閉要求掏槽不小于200 mm；墻面平整，要求1 m內(nèi)墻面凸凹度不大于20 mm。

③木段密閉要求勾縫。

5 混凝土砌磚密閉與木段密閉雙層密閉施工工藝封閉采空區(qū)效果檢驗(yàn)

5.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）封閉采空區(qū)效果良好。

采用雙層密閉施工工藝使密閉具有良好的氣密性。密閉墻的漏風(fēng)量公式為：

q為漏風(fēng)量；

△h為密閉兩側(cè)壓差；

Rp為密閉通風(fēng)阻力。

顯然在△h不變的情況下

R1為木段密閉風(fēng)阻；

R2為混凝土砌磚密閉風(fēng)阻。

由此可見雙道密閉能顯著的增加通風(fēng)阻力降低漏風(fēng)量提高封閉效果。

（2）提高抗壓強(qiáng)度，延長使用壽命：由木材的應(yīng)力應(yīng)變曲線可知，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到50 MPa以后木材基本不再變形，而500 mm混凝土砌磚墻的破壞應(yīng)力僅為3.1 MPa。所以，待木段密閉被壓實(shí)后，混凝土砌磚、木段聯(lián)合密閉可以有效的保護(hù)混凝土砌磚密閉不被壓壞。雙道密閉的抗壓強(qiáng)度比混凝土砌磚密閉可提高16倍，密閉的使用壽命由原來的1年可提高到15年以上。

5.2 缺點(diǎn)

（1）相應(yīng)地增加了密閉材料費(fèi)用。

①作者簡介：齊興奎（1975—），男，河北唐山市人，工程師，現(xiàn)任開灤荊各莊礦業(yè)分公司安全副總。