新型高分子材料在采空區漏風治理的應用

王建峰

摘 要：高家梁煤礦位于鄂爾多斯萬利礦區南部，一期設計年產300萬噸，二期設計600萬噸，目前我礦有20306和20109兩個綜合機械化采煤工作面，首采工作面20107回采結束已于2010年11月封閉。我礦開采煤層均為一級容易自燃煤層，自燃發火期短。工作面采用傾斜長壁后退式全部跨落綜合機械采煤方法，在回采過程中不可避免的在采空區仍留有一定遺煤。由于地表塌陷產生裂縫與采空區連通，采空區與井下巷道防火密閉相連。如防火閉封閉不嚴密就會造成采空區漏風，極易造成采空區自然發火。采空區一旦自然發火在煤礦后期治理相當困難，而且給正常生產造成巨大隱患。因此綜采工作面采空區防滅火預防性治理非常必要。

關鍵詞：高分子材料 漏風治理 采空區

中圖分類號：TQ31 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

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

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。實際上工人施工中密閉上部封口處黃土根本搗固不嚴，再加上過一段時間黃土水分蒸發收縮下沉，上部產生裂縫造成向采空區漏風，給煤礦安全生產工作帶來安全隱患。

針對上述問題，我礦成立了防火密閉充填創新小組，對采空區密閉封堵裂隙進行研究。他們查閱了大量的相關資料，學習借鑒其他礦井構筑采空區密閉的做法和經驗，對充填采空區常用的各種材料的效果進行試驗、對比和分析，對生產廠家的資質進行比較，最終確定使用在防火密閉上部采用預防性高壓充填羅克休泡沫的方法解決密閉漏風問題，并制定了詳細的施工方案，嚴格按照方案進行實施。

羅克休是一種中空充填產品，可用于煤礦構筑防火墻、密閉墻、高冒區充填、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，泡沫反應迅速，氣溫30℃時30秒即可反應，10～15℃時，5分鐘反應，并在20分鐘硬化，有很強的抗壓能力（0.2Mpa左右），運輸方便，施工簡便，適用于采空區的充填。

1 羅克休泡沫應用范圍及作用：

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

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

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

（4）充填廢棄老洞、溜眼（煤倉）：防止掘進工作面及工作面回采時，掘透采空區，造成事故；防止廢棄溜眼（煤倉）漏風，引起溜眼（采空區）發火。

（5） 代替粉煤灰、沙子充填廢棄老巷；加強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；加固破碎煤柱，提高支撐力；充填煤柱裂縫，防止煤柱及采空區漏風、發火；減少工作面回風巷支護密度。

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

2 羅克休與傳統材料的比較：

在煤礦生產過程中堵漏風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。黃泥漿封堵裂隙過程中經過重力沉淀作用，沉淀后出現接頂不實或封堵不嚴實，為了保證安全必須進行多次補助施工，而羅克休泡沫能一次達到堵漏的效果；凝膠脫水后風干，在外力作用下破碎成細小顆粒，進而產生裂隙繼續漏風，而羅克休泡沫具有柔韌性，受力后產生塑性變形，能經得起巖層的運動，具有與地層同壽命的特點。因此，利用羅克休泡沫施工進行漏風治理與利用黃泥和凝膠具有不可比擬與取代的優勢。

與脲醛樹脂泡沫、酚醛樹脂泡沫相比，羅克休不會風干開裂，一旦施工，可長期起到防止漏風作用。

3 羅克休泡沫技術優點：

（1）反應迅速

（2）高膨脹率

（3）較好的抗壓能力

（4）可直接滅火施工工藝簡單

3.1 施工方案：

在施工防火密閉時同時施工兩道密閉墻，密閉墻間隔距離為1m，在密閉墻上部留設3個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留的注射孔內，然后向封閉的空間內注射羅克休聚合材料。注射時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泡，通過注射槍注射封閉空間，20分鐘左右硬化。

具體工藝：連接壓風機至專用注射泵—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裝有樹脂和一個裝有催化劑的桶內—開泵注液—注射結束—洗泵—洗機具—停泵—拆注射槍

施工設備：羅克休泡沫充填專用泵ZBQS8.4/12.5Y泵一臺；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 我礦第一個采空區20107采空區3道防火閉在2010年11月10日已全部施工完畢，已預留灌注孔，具備施工條件，于2011年12月21日對20107的3到防火密閉進行羅克休充填。

注意事項

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

（2）注射前一定要將桶內樹脂搖晃均勻。

（3）注射時備足原料，同時在施工現場至少儲備2桶清水，避免吸空損壞活塞或突然停風堵塞管路。

（4）施工時必須戴防護眼鏡和手套

（5）注射完畢，用清洗劑（機油或水）沖洗多功能泵，注射槍和附件。

3.2.2 對20107采空區3道密閉內氣體進行定期觀測，并對數據進行分析，對注射羅克休泡沫前后的數據進行對比，驗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防火密閉注射羅克休的方法。

3.3 實施效果

經過對20107防火密閉進行預防性注射羅克休泡沫材料，20107輔運密閉處CO含量由最高30ppm將為0；20107輔運密閉處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用，成功的根治了防火密閉漏風，消除了CO對我礦的威脅，保證了礦井安全生產，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

4 結語

羅克休泡沫適施工簡便，對封堵滲透細小的裂隙效果好，充填嚴實，在淮南、兗州、開灤、鐵法、大屯、鶴壁、神華等礦區得到了很好的應用，為煤礦安全生產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

[1] 郭飛鵬. 采空區漏風流場和瓦斯分布規律研究[D]. 河南理工大學.2011

[2] 任搴華. 采空區漏風規律及瓦斯運移規律模擬試驗研究[D]. 太原理工大學 2012

[3]邱春亮，張雪濤；.羅克休泡沫產品在濟寧二號煤礦中的應用[J].煤炭科學技術.2003年06期