FSM-1快速密閉材料在礦井密閉墻中的應用

王春明

【摘 要】 密閉墻是礦井生產過程中常用設備，提升密閉墻施工效率，對提升礦井通風質量、防滅火、瓦斯治理等均有一定的促進作用。文章在對礦井常用的密閉墻施工方法分析基礎上，提出采用FSM-1 快速密閉材料結合密封袋快速構建密閉墻施工技術，并具體對FSM-1 快速密閉材料特性及應用效果進行分析。采用高分子材料結合密封袋施工密閉墻時可在地面制作，在施工地點完成拼裝即可，密閉墻施工速度快。并且其抗壓強度可達到6.45MPa，基本滿足現場使用需求。

【關鍵詞】 高分子材料;密封袋;密閉墻;采空區密封;抗壓強度

【中圖分類號】 TD726 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）03-0029-03 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

回采工作面開采完畢和采面推過聯絡巷等工作都需要對巷道進行封閉，從而減少漏風量。密閉墻是煤礦開采過程中經常施工的設置，現階段最為常用的密閉墻結構多為磚混式，存在施工期長、勞動強度大等弊端。一些礦井在封閉位置布置兩道磚墻或料石墻，并在中間填充的黃土間添加羅克休、聚氨酯、馬麗散等無機材料，從而提升密閉墻抗壓、封堵能力，部分礦井還采用撐傘、氣囊等方式，實現密閉墻快速施工。但是均不同程度存在施工時間長、費用高、適應性不強等問題。因此，尋求一種新的材料構筑密閉墻，墻體不僅具有一定的“柔性”，而且還具有合適的強度，并且施工工藝簡單，構筑速度快，對提高煤礦的安全性具有十分重要的意義。

1密封墻材料對比

就目前的應用來看，礦井普遍采用的方法為下述幾種：

1.1鋼筋混凝土澆筑墻體

這種封閉方法一般在金屬礦山全尾砂充填采空區時，應用于巷道的封閉。

這種封閉墻強度較高，但施工時需使用混凝土泵，工藝復雜，成本較高。

1.2砂漿及料石砌筑的墻體

這種封閉方法因其選材容易、施工簡單而應用最為廣泛。但這種方法輔助運輸量較大，尤其是在不能鋪設軌道采用機械運輸的巷道，只能靠人工運輸料石、黃砂、水泥等，在增大工人勞動強度的同時，密閉效率也較低，從而嚴重制約礦井的生產能力。

1.3高分子材料墻體

隨著近年來高分子材料在煤礦的應用推廣，羅克休配合馬麗散等高分子材料也越來越多地被應用于采空區及尾巷的封閉中。因高分子材料具有良好的機械性能及柔韌性，凝固速度快，封閉效果好，封閉效率高。施工時只需一臺風動專用泵，其體積較小，攜帶方便，且操作簡單。但高分子材料價格昂貴且強度低、固化溫度高，成為這種封閉工藝廣泛推廣的掣肘。

FSM-1快速密閉材料具有費用低、強度高以及變形、承載能力強等優點，充填體可以適應圍巖變形，從而有較好的密閉效果。將該材料應用到礦井密閉墻施工時，具有易于操作、密閉性好等優勢，同時可大幅降低勞動強度、構筑時間。

2 FSM-1快速密閉材料特性及施工工藝

2.1材料特性

FSM-1快速密閉材料具有早強高強的特點，其強度隨時間變化圖見圖1。

從圖1看出FSM-1型快速密閉材料2h、24h、72h抗壓強度可達2.40MPa、6.22MPa、7.78MPa，7d、28d抗壓強度可達9.24MPa、10.11MPa。24h、7d可達到最終強度的60%、90%以上，具有早期強度增長快，速凝早強特性，有利于密閉墻的構筑。FSM-1型快速密閉材料凝固體的抗壓強度與水灰比成負相關。

2.2施工工藝

FSM-1分甲、乙料兩部分，雙液充填泵分別對兩種漿液加壓，雙趟高壓管路輸送漿液，在密閉墻位置充填到密閉袋內混合、凝固。構筑密閉墻作業包括運料、制漿、立模、充填、清洗等工序。密閉設備配置見圖2。

3現場應用

3.1工程概況

48710工作面埋深平均315m，所采8#煤層節理發育，煤層上部厚2.42m的泥巖或砂質泥巖夾石。現在48710工作面已回采完畢。西銘礦擬采用FSM-1型快速密閉材料在48710工作面施工6道密閉墻，密閉墻位置見圖3。3號、5號為永久密閉墻，其余4道為臨時密閉墻，具體密閉墻參數見表1。

3.2高分子材料使用量

根據FSM-1型快速密閉材料與水灰比的強度關系、工程經驗及經濟性，初步確定快速密閉材料水灰比為1.5∶1，單位體積充填體用料0.5t，抗壓強度10MPa，抗剪強度2.4MPa。

從表1可知，6道密閉墻合計澆注體積 240.35m3。快速密閉材料水灰比設計為1.5∶1，根據西銘礦的條件，考慮10%的運輸及使用損耗，預計使用材料132t。

3.3密閉袋設計

密閉袋設計為封閉的六面體，具有阻燃抗靜電特性。為降低漿液對立模木柱和鋼筋網的側向推力，根據48710工作面密閉墻結構設計的密閉袋結構見圖4，規格參數見表2。

3.4現場施工工藝

3.4.1注漿泵站布置

現場布置1臺雙液注漿泵、2臺攪拌機，每臺攪拌機攪拌容積1.0m3，攪拌機附近布置料場。

3.4.2清理浮煤及雜物、吊掛密閉袋

構筑前首先將密閉墻附近的浮煤及雜物清理干凈，兩幫掏槽300～500mm，掏槽要見硬幫、硬底。內外兩側均采用鋼筋網和木立柱立模，然后放入并懸掛好柔性密閉袋（密閉袋頂部吊環固定在頂板錨桿上），密閉袋內充入壓風使其成型。

3.4.3上料、攪拌

根據設計的上水量上水、加料，攪拌3min以上后方能泵送。

3.4.4泵送與清洗設備

為確保密閉袋與巷道頂板、巷幫緊密接觸，密封袋充滿后仍帶壓緩慢充填3～5min。

注漿完成后立即采用清水沖洗注漿系統。

3.5現場應用效果

48710工作面共施工6道密閉墻，3號和5號密閉墻由于為永久密閉墻，且面積大，共耗時8個小班完成立模、充填。通過3號和5號密閉墻施工逐步熟練，其余4道密閉墻立模和充填各1個班完成。高分子材料密封墻施工耗時僅為傳統的密封墻施工工藝的1/2。

充填完成24h后現場對施工的密封墻進行測試，充填密閉袋巷道頂板接觸良好，未有漏風裂隙產生。對密封墻體材料取樣測試，測量得出其抗壓強度達到6.45MPa，可以滿足現場使用需要。

密閉袋在地表制作，井下密封現場直接拼接即可，在密封地面不需要施工混凝土墻、架設鋼模板等，施工效率高，作業人員勞動強度低。

4總結

FSM-1型快速密閉材料是一種不燃、反應熱低、速凝早強的新型純無機膠凝材料。1kgFSM-1型快速密閉材料加水后可以形成12.4L泡沫，泡沫受壓變形接近30%時抗壓強度仍不發生變化，變形、承載能力強。

采用的密封袋在地面制作完畢，在施工地面完成拼裝即可（拼裝耗時在1h以內），不需要施工模板、混凝土墻等結構。該材料可進行巷道永久充填密閉和聯絡巷密閉，具有工藝簡單、易于操作、構筑時間短、密閉性好等優點。

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