CN102863183A - 一种井下巷道用封堵材料及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下巷道用封堵材料。以重量份计，所述井下巷道用封堵材料包括以下组分：水泥：1.0份；土：1.5~2.5份；混凝土速凝剂：0.03~0.08份。本发明的井下巷道用封堵材料，原料易得、制备简单、成本低，适合大量使用；附壁性好、工效高，封堵漏风效果好；剥离性好，在工作面的回采过程中，可以容易地对巷道支护材料进行回收，从而使得支护材料可以重复使用，降低成本。

Description

一种井下巷道用封堵材料及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种井下巷道用封堵材料及其使用方法。

背景技术

煤矿开采的采空区裂隙发育，漏风严重，易引起煤自燃火灾，同时采空区内的瓦斯容易随漏风涌入生产区域，威胁安全生产。例如，神华宁夏煤业集团的白芨沟煤矿的2521-2工作面回风侧漏风量达到1500~1800m³/min，出现工作面配风困难，掘进面瓦斯涌出大的问题。

神华宁夏煤业集团的白芨沟煤矿的2521工作面开采初期，从工作面进回风量分析，已发现漏风现象（回风大于进风约200m³/min），2521-2工作面前方接续的回顺掘进期间，回一川向北掘进约100米时，风筒出口风量为380m³/min，后巷回风量为1000m³/min。由于漏风，将采空区瓦斯带出，回风流瓦斯浓度达到0.7%，局部高顶部瓦斯浓度达到1.5%。为了抑制瓦斯涌出，在回顺设置临时风门，通过调量窗调节，使回风风量与风筒出口风量保持一致后，风流中瓦斯浓度恢复正常，但回顺掘进还有400米，在巷道内设置风门，给行人运料带来不便，同时给管理带来了困难，且巷道形成后漏风情况仍然存在，工作面配风仍然出现困难。

此外，神华宁夏煤业集团的白芨沟煤矿早在4521、2421工作面生产时就出现漏风严重的问题，为消除漏风，被迫在井底安装与主扇同等能力的辅助通风机（辅扇）采用抽压结合的方法控制漏风，保证了4521、2421条带各分层工作面的顺利开采。但使用辅扇均压通风，对监测井下采空区自燃发火不利，不能及时发现采空区自燃情况，增加了发火预测预报难度。且使用辅扇通风后，通风系统复杂，增加了通风系统管理难度，降低了系统抗灾防灾能力。同时使用与主扇同等能力的320KW辅扇后，年耗电量增加了140.16万度，增加费用72.88万元。另外采取喷涂混凝土封堵漏风，前后喷涂巷道260米，虽然消除了漏风通道，控制了瓦斯涌出，但在工作面回采过程中，巷道支护材料无法回收，造成28465.5吨金属支架一次性投入后不能复用。

在新型封堵材料出现后，先后使用过聚氨酯、罗克休、马丽散、瑞米喷涂等化学材料，虽然封堵漏风效果较好，但这些材料单价都在20000~30000元/吨，使得封堵巷道每米成本超过10000元。因为需要大量应用，投入费用昂贵，因此治理大范围漏风问题成本高。

由此可见，采用现有治理漏风的技术需要增加大型通风设备，由此造成通风系统复杂；或者封堵漏风效果差、劳动强度大、工效低；或者化学材料投入成本高，难以大量应用等一系列问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的井下巷道用封堵材料，在井下巷道喷涂使用时，它可以有效控制漏风，封堵瓦斯涌出，稳定通风系统，保证工作面正常生产；且原料易得、制备简单、成本低，适合大量使用；附壁性好、工效高，封堵漏风效果好；剥离性好，在工作面的回采过程中，可以容易地对巷道支护材料进行回收，从而使得支护材料可以重复使用，降低成本。

本发明提供的井下巷道用封堵材料，以重量份计，其包括以下组分：

水泥：1.0份；

土：1.5~2.5份；

混凝土速凝剂：0.03~0.08份。

所述水泥没有特别地限制，可以使用本领域中已知的各种市售水泥。优选使用硅酸盐类水泥。所述硅酸盐类水泥包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。所述水泥是起凝固作用。

所述土可以为粘土和/或黄土。若土含水量较高，一般在使用前需干燥。所述土在所述井下巷道用封堵材料中作为基料使用，其粘性好、柔软、附壁性好，剥离性好。

所述混凝土速凝剂没有特别地限制，可以使用本领域中已知的各种市售混凝土速凝剂。优选使用铝氧熟料-碳酸盐类混凝土速凝剂，其包括红星Ⅰ型、711型和782型混凝土速凝剂。所述混凝土速凝剂可以使得喷涂后浆体的附壁性好、初凝时间短，有一定塑性强度，不易龟裂。

更优选地，所述水泥为普通硅酸盐水泥（例如425#普通硅酸盐水泥）；所述土为黄土；所述混凝土速凝剂为红星Ⅰ型混凝土速凝剂。此时，所述井下巷道用封堵材料成本低、附壁性好，剥离性好。

所述铝氧熟料-碳酸盐类混凝土速凝剂的主要成分为铝氧熟料、碳酸钠和生石灰。红星Ⅰ型混凝土速凝剂是由铝氧熟料（主要成分NaAlO₂）、碳酸钠（NaCO₃）和生石灰（CaO）按质量比1:1:0.5的比例配制而成。所述铝氧熟料是由铝矾土矿（主要成分为NaAlO₂，其中NaAlO₂含量可达60%-80%）经过煅烧而成。

更优选地，所述井下巷道用封堵材料，以重量份计，其包括以下组分：

水泥：1.0份；

土：2.0~2.5份；

混凝土速凝剂：0.04~0.06份。

最优选地，所述井下巷道用封堵材料，以重量份计，其包括以下组分：

水泥：1.0份；

土：2.5份；

混凝土速凝剂：0.05份。

本发明还提供上述井下巷道用封堵材料的制备方法，包括：将所述井下巷道用封堵材料的各个组分按照重量份混合、搅拌均匀即得。

本发明还提供上述井下巷道用封堵材料的使用方法，包括：将所述井下巷道用封堵材料与水以重量份计按照1:2~3的比例混合，搅拌为浆体后通过喷涂的方式涂覆到需要封堵的壁面所需厚度即可。

所述所需厚度一般为20~100mm。

所述喷涂通过使用喷浆机进行。

本发明的井下巷道用封堵材料，原料易得、制备简单、成本低，适合大量使用；附壁性好、工效高，封堵漏风效果好；剥离性好，在工作面的回采过程中，可以容易地对巷道支护材料进行回收，从而使得支护材料（金属支架）可以重复使用，降低成本。

本发明的井下巷道用封堵材料，喷涂1米断面为10m²的巷道，材料成本仅仅为11.4元左右。同时在密闭施工、高冒处理、裸露煤巷喷涂等方面具有重要应用前景，它的成功实施为我国无煤柱开采防治瓦斯涌出及煤层自燃提供了技术示范，实现了喷涂隔风技术的创新，推动了行业的科技进步。

通过测定平均百米漏风量、平均百米漏风率、单位涂层厚度百米漏风率等指标，实测和数值计算结果表明，喷涂本发明的井下巷道用封堵材料后，巷道的漏风量减少到喷涂前的1/3，封堵漏风效果显著。

本发明的井下巷道用封堵材料主要具有以下优点：1、稳定通风系统；2、控制采空区瓦斯涌出量；3、防止外部火源引入采空区。

具体实施方式

下面的实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明。

黄土来自白芨沟矿区山下的平原地区。使用前过筛除黄土中的草根、粘块等杂物。

水泥为市售425#普通硅酸盐水泥。

混凝土速凝剂为市售红星Ⅰ型混凝土速凝剂。

喷浆机型号为PCI6，购自江苏常州煤矿机电设备有限公司。

制备实施例1

将水泥、黄土和混凝土速凝剂以重量份计按照1:1.5:0.03的比例混合，搅拌均匀即得本发明的井下巷道用封堵材料。

制备实施例2

将水泥、黄土和混凝土速凝剂以重量份计按照1:2.2:0.06的比例混合，搅拌均匀即得本发明的井下巷道用封堵材料。

制备实施例3

将水泥、黄土和混凝土速凝剂以重量份计按照1:2.5:0.08的比例混合，搅拌均匀即得本发明的井下巷道用封堵材料。

制备实施例4

将水泥、黄土和混凝土速凝剂以重量份计按照1:2.0:0.05的比例混合，搅拌均匀即得本发明的井下巷道用封堵材料。

制备实施例5

将水泥、黄土和混凝土速凝剂以重量份计按照1:2.5:0.05的比例混合，搅拌均匀即得本发明的井下巷道用封堵材料。

试验实施例1

将实施例1中制备的井下巷道用封堵材料与水以重量份计按照1:2的比例混合，搅拌为浆体后使用喷浆机通过喷涂的方式涂覆到井下2521-2回风巷的漏风处，厚度为20~100mm。待所述井下巷道用封堵材料凝固后，测定了2521-2回风巷的漏风量，测定原理为：在2521-2回风巷自三川口开始由外向里每隔100米测定一次风量，由测定的风量计算平均百米漏风量。测风结果依次为：口川口以北为426m³/min、100米处为448m³/min、200米处为495m³/min、300米处为618m³/min、400米处为700m³/min。

通过上述对漏风量的计算分析，可知2521-2回风巷平均百米漏风量约为34.25m³/min，说明本发明的井下巷道用封堵材料封堵漏风性能优异。

试验实施例2

将实施例2中制备的井下巷道用封堵材料与水以重量份计按照1:3的比例混合，搅拌为浆体后使用喷浆机通过喷涂的方式涂覆到井下巷道的漏风处，厚度为50~100mm。待所述井下巷道用封堵材料凝固后，测定了漏风量。通过封堵漏风，拆除回顺临时风门后，漏风量由原来的1500m³/min降低到340m³/min，横川漏风量由喷浆前的500m³/min降低到100m³/min，表明通过封堵漏风，降低了漏风量，即提高了矿井有效风量率，减少通风设施，稳定了通风系统。

试验实施例3

三川北回顺掘进期间，漏风将采空区瓦斯带出，造成风流中瓦斯浓度升高，被迫进行局部均压通风。巷道贯通后，对各回风横川、回顺喷浆封堵漏风。将实施例3中制备的井下巷道用封堵材料与水以重量份计按照1:2.5的比例混合，搅拌为浆体后使用喷浆机通过喷涂的方式涂覆到井下巷道的漏风处，厚度为20~100mm。待所述井下巷道用封堵材料凝固后，测定了风流中瓦斯浓度。结果风流中瓦斯浓度由掘进时的0.7%降低到0.2％，有效控制和减少了采空区瓦斯涌出，降低风流中瓦斯浓度，保证了安全生产。

试验实施例4

白芨沟目前所采煤层经鉴定为不易自燃煤层。从历次发火情况看，大部分发火均因漏风将外部火源引入造成的。2521地表碴台发火对工作面的安全回采已构成威胁，工作面开采初期，采空区出现24ppm的CO。将实施例4中制备的井下巷道用封堵材料与水以重量份计按照1:2.2的比例混合，搅拌为浆体后使用喷浆机通过喷涂的方式涂覆到井下巷道的漏风处，厚度为20~100mm。通过从井下进行封堵漏风处理，有效地控制了地表漏风，从束管监测系统分析，采空区未检测出CO气体，表明该封堵处理稳定了采空区的惰化状态，保证了工作面的安全回采。

试验实施例5

封堵采空区漏风通道是防发火、防治瓦斯涌出、稳定通风系统的重要技术手段。将实施例5中制备的井下巷道用封堵材料与水以重量份计按照1:2.7的比例混合，搅拌为浆体后使用喷浆机通过喷涂的方式涂覆到2521-2回风巷（喷堵长度480米）的漏风处，厚度为20~100mm，有效地控制了漏风，而总成本仅为10万元。与使用辅扇及化学材料成本对比分别为1:7和1:15。

使用实施例1~5中制备的封堵材料喷涂井下巷道壁面，待凝固后，这些封堵材料均具有很好的附壁性，可充分覆盖巷道壁面，封堵煤体裂隙及金属网假顶采空区缝隙，从而形成隔离层，隔绝漏风。而且所述封堵材料的柔韧性很好，在巷道即使受压变形，也不易龟裂；但是在外力作用下，较容易破裂。因而在采用回柱绞车回收金属支架时，无抗拒性、剥离性好，可以容易地对巷道支护材料进行回收，从而使得支护材料可以重复使用，降低成本。

本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可以对本发明做出一些修改或变化。这些修改和变化也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种井下巷道用封堵材料，其特征在于，以重量份计，其包括以下组分：

水泥：1.0份；

土：1.5~2.5份；

混凝土速凝剂：0.03~0.08份。

2.根据权利要求1所述的井下巷道用封堵材料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐类水泥；所述土为粘土和/或黄土；所述混凝土速凝剂为铝氧熟料-碳酸盐类混凝土速凝剂。

3.根据权利要求2所述的井下巷道用封堵材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥；所述土为黄土；所述混凝土速凝剂为红星Ⅰ型混凝土速凝剂。

4.根据权利要求1或3所述的井下巷道用封堵材料，其特征在于，以重量份计，其包括以下组分：

水泥：1.0份；

土：2.0~2.5份；

混凝土速凝剂：0.04~0.06份。

5.根据权利要求4所述的井下巷道用封堵材料，其特征在于，以重量份计，其包括以下组分：

水泥：1.0份；

土：2.5份；

混凝土速凝剂：0.05份。

6.一种权利要求1~5任一项所述井下巷道用封堵材料的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：将所述井下巷道用封堵材料与水以重量份计按照1:2~3的比例混合，搅拌为浆体后通过喷涂的方式涂覆到需要封堵的壁面所需厚度即可。

7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述所需厚度为20~100mm。

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述喷涂通过使用喷浆机进行。