井巷高冒區積聚瓦斯治理技術研究

王慧強

（晉煤集團鳳凰山礦，山西 晉城 048007）

鳳凰山礦屬于老礦井，井下地質構造復雜、礦山壓力大、高冒區數量多，易產生瓦斯積聚，給井下安全、高效生產帶來一定的隱患。當礦山壓力增大時，高冒區和部分采空區通過煤體裂隙導通時，瓦斯積聚量更大，產生重大安全隱患。

目前，我國大多數礦井在治理高冒區積聚瓦斯方面普遍采用增加風量稀釋法。在全風壓通風巷道安裝適當功率的局部通風機，利用風筒將新鮮風流引至積聚地點進行稀釋處理，利用一定的器材將全風壓新鮮風流導至局部通風不良地點，利用壓入局部通風機風筒加裝分支處理瓦斯積聚，利用安全不燃性材料將瓦斯涌出積聚的空間充填、噴漿隔絕瓦斯涌出源及瓦斯抽放等手段。利用快速充填、密閉材料進行處理，是解決高冒區積聚瓦斯問題的國際先進技術，國外探索較早，實施較多，國內正處于探索、推廣階段，屬于較為新興的前沿技術。該技術的推廣和應用，可為解決高冒區積聚瓦斯開辟一條新途徑。利用該技術，可以徹底解決高冒區瓦斯治理難題。

1 快速充填治理高冒區積聚瓦斯工藝介紹

快速充填治理高冒區積聚瓦斯工藝，是以納米改性無機礦物粉體材料，通過遠距離泵送形成凝固成型快、輕質高發泡、固結體不收縮、完全閉孔細小泡孔結構、高含水、低反應溫度（＜40℃）、絕對阻燃抗靜電充填材料，充填密封高冒區實現杜絕瓦斯積聚。

1.1 材料選擇

根據煤礦高冒區冒落特點及煤礦的安全要求，選用納米改性無機礦物發泡粉體材料。

產品采用防潮袋25kg包裝，現場施工使用時與水直接混合經專用泵輸出，水與料的重量比為2～2.5∶1，專用施工泵提前確定好進水流量、加料速度，現場可以實現連續倒產品到加料斗，連續穩定施工，操作簡便、快速。產品有迅速發泡（漿液出輸料管口后40～60s）、堆積性強（堆積范圍可調）、凝固成型較快、固結體不收縮、完全閉孔細小泡孔結構、密封性優異、輕質、受壓變形好、不開裂等優異性能；同時該產品含有較大量水固化，無任何反應溫度。特別適用于煤礦井下較大冒頂空穴、溶腔、冒落區充填密封，以及高溫、著火煤層或區域實現防滅火功能。該產品充填1m3體積用料80～100kg左右，且穩定性好，能很快固結并具有一定的強度（0.1～0.4MPa）。該產品在應用性能上具有輸送距離遠（300～500m）、操作簡便、泵送輸出流量大（20～40m3/h）、凝固時間短（40s～2min）等特性，可以實現非常好的堆積性和充填性能。

表1 納米改性無機礦物發泡粉體材料產品性能參數

1.2 施工設備選擇

使用專用灰漿泵為電動螺桿式注漿泵，防爆電機。該泵具有遠距離輸送功能，施工時輸送距離為150～500m，具有自動調節水與灰料比、快速攪拌和連續、穩定輸出等功能。整個泵體積較小，適合井下生產作業。

表2 專用灰漿泵物性參數

1.3 施工工藝

高冒區充填密封時，首先在原高冒區采用錨網索進行支護；其次在高冒區底部與巷道頂板處進行人工假頂的構筑；在人工假頂上面采用阻燃風筒布或彩條布進行鋪底以防充填時漿液泄漏。

2 技術難點與創新點

2.1 技術難點

（1）納米改性無機礦物發泡粉體材料凝固時間的掌控對于施工的影響；材料發泡倍數達到要求及密封性能的研制對于高冒區的密封有很大的作用。

（2）納米改性無機礦物發泡粉體材料反應溫度不能太高，不能給煤礦安全生產帶來隱患。材料本體絕對阻燃抗靜電無任何潛在的不安全性隱患。

2.2 技術創新點

采用國際最先進的納米改性無機粉料與水物理作用高發泡型充填密封材料技術，實現遠距離泵送，材料輕質高泡，密封性能優異；突破高分子發泡充填材料的高反應溫度、低阻燃性、單方成本高等的缺點。

納米改性無機粉體與水作用高發泡充填密封材料與液體高分子發泡材料比較的直接經濟性：

（1）單方充填成本低。充填密封1m3體積空間用料量為60kg左右，成本在300元左右。而當前有機高分發泡材料充填密封1m3體積空間用料量為65kg左右，其成本為1500～2000元左右。

（2）產品的安全技術優異性。納米無機高發泡材料產品沒有任何反應溫度，且是由大量的水混合作用而成，具有較好的防滅火降溫和密封作用。而有機高分子發泡材料（目前使用的酚醛樹脂發泡材料）具有較高的反應溫度（90度以上），且耐火性較差，在較高溫度下會逐漸碳化、開裂，造成新的漏風出現，導致煤層的二次復燃災害的發生。此外，有機酚醛樹脂發泡材料含有一定的游離甲醛分子，井下應用中易揮發，對人體有一定的傷害性。而納米無機充填材料沒有任何有害物質揮發。因此，安全性上要優異得多。

（3）施工速度高效快捷。納米無機改性高發泡充填密封材料產品配套的施工泵流量大，每小時充填的體積量可達到20～40m3，而有機高分子發泡材料每小時充填量不到20m3。

（4）體積穩定性優異。納米改性無機高發泡充填密封材料產品在有火區的空間內充填密封耐高溫性能優異，不會有任何體積變形性，體積穩定性優異，因此密封性好。而有機高分子發泡材料在有火區的空間中使用其體積穩定會有缺陷，容易碳化收縮，失去密封性能。

3 結語

高冒區瓦斯積聚問題是長期困擾礦井安全高效生產的難題之一，受到煤礦的高度重視。解決這一問題，現有技術普遍存在不安全性、次生災害性潛在隱患以及成本高等缺陷。采用該技術可快速、徹底治理高冒區瓦斯積聚疑難問題，因此具有較好的推廣價值和應用前景。