CN103912285A

CN103912285A - 一种煤矿巷道的封堵方法

Info

Publication number: CN103912285A
Application number: CN201410119575.5A
Authority: CN
Inventors: 党万岐; 翟所业; 杨德; 蒙鹏科; 王振生; 唐文杰
Original assignee: Shenhua Group Corp Ltd; Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co Ltd
Current assignee: Shenhua Group Corp Ltd; Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co Ltd
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: CN103912285B

Abstract

本发明公开了一种煤矿巷道的封堵方法，包括如下步骤：（1）提供一种纳米材料；（2）将水与所述纳米材料混合均匀以形成混合物，水与所述纳米材料的质量比为1:0.36～1:0.44；（3）采用喷涂机将所述混合物喷涂至煤矿巷道的受喷面上以形成喷涂层，所述喷涂机的出口压力为0.3～0.46MPa；其中，所述纳米材料包括铝酸三钙32～38wt%、亚硝酸钠4～8wt%、二氧化硅17～25wt%、丙烯酸酯共聚乳液23～30wt%、和粘合剂11～18wt%。采用本发明的方法可以节约成本，提高施工效率。

Description

一种煤矿巷道的封堵方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿封堵方法，尤其是涉及一种煤矿巷道的封堵方法。

背景技术

自20世纪80年代以来，新奥法支护在我国煤矿巷道中得到了全面推广应用，并根据不同的巷道围岩类型及矿压特点采取不同的控制方式。例如，岩石巷道采用锚网喷支护；回采巷道（煤巷）采取锚带网支护。

煤巷锚带网支护后，由于受巷内潮解的空气、散杂电流及有害气体（一氧化碳、二氧化硫、硫化氢及氯离子等）的侵蚀，造成支护材料锈蚀严重。根据现场实际测量，煤巷锚带网的锈蚀速率达0.35～0.65mm/a，比地面高出5～8倍。由于锚带网锈蚀，导致其弹性降低，脆性增大，尤其是锈蚀后表面上出现密集的斑点坑，斑点坑的深度比锈蚀层厚度大，这些密集的斑点相当于支护材料的外部缺陷，一旦受到外部干扰或扰动就很容易发生脆性断裂。据统计，在煤巷冒顶、偏帮及失稳破坏等事故中，48%以上都是因为锚带网锈蚀造成的支护强度降低所引起的。

此外，回采巷道掘出之后，由于围岩长期暴露在外，导致围岩内出现风化裂隙而变成松散状态。风化裂隙纵横交错并由外向里逐渐发展，造成一定厚度的围岩失去自稳性和自承能力。同时，由于围岩松动，锚杆或锚索的外露端便出现松弛，致使其支护强度下降或丧失，最后导致围岩出现较为严重的变形破坏。

综上，由于锚带网的锈蚀及围岩风化严重影响了巷道的安全及稳定。目前常规解决办法是喷射C20混凝土（即喷浆）。但是，其存在如下问题：

（1）喷浆与围岩（煤壁）粘结力小，喷层重量易变成被金属网悬挂的荷载，从而增大了金属网的挠曲变形，致使喷层起不到围岩防风化的目的，反而还影响了金属网的贴实护表作用。

（2）喷浆密实性较差，在凝固过程中由于收缩而产生大量毛细空隙，无法阻止潮湿的空气、一氧化碳、硫化氢及氯离子等有害气体的侵入，致使喷层起不到锚带网的有效防腐作用。

（3）喷浆因骨料粒度较大，无法充填围岩内的孔隙、裂隙而使它们成为一体。

（4）采用锚带网支护后再喷浆时，形成的结构为金属网在里，喷浆层在外。围岩或危石一旦变形或移动，因金属网变形外凸，相应喷浆层破裂，致使喷浆层起不到应有作用，反而对巷内安全构成很大威胁。

（5）煤巷锚带网支护后，若长期裸露在外，因煤壁风化松动，导致了锚杆外露端产生松弛，进而影响锚杆的支护效果；若采用喷浆进行封闭，因与煤壁的粘结力较小，致使喷浆层起不到应有的支护效果。

（6）喷浆回弹率高（＞30%）、施工效率低、环境差、成本高、成巷速度慢，很不适应煤巷快速掘进的施工要求。

（7）煤巷喷浆后，因其喷厚较大，当工作面回采时对煤质具有较大影响。

因此，目前尚无一种切实可行的方法可以很好解决煤巷围岩防风化及锚带网防腐的问题。

发明内容

为了克服上述缺陷，本申请的发明人进行了深入研究，通过优化分析，遴选出了完全符合煤矿安全规程要求的纳米材料，并经过反复试验形成可行的工艺，从而解决煤巷围岩防风化及锚带网防腐的问题。该工艺可以使纳米材料在煤矿巷道中得到良好的推广应用。

本申请的发明人发现如下技术方案可以实现本发明的目的。

本发明提供一种煤矿巷道的封堵方法，包括如下步骤：

（1）提供一种纳米材料；

（2）将水与所述纳米材料混合均匀以形成混合物，水与所述纳米材料的质量比为1:0.36～1:0.44；

（3）采用喷涂机将所述混合物喷涂至煤矿巷道的受喷面上以形成喷涂层，所述喷涂机的出口压力（风压）为0.3～0.46MPa。

根据本发明所述的方法，所述纳米材料包括铝酸三钙、亚硝酸钠、二氧化硅、丙烯酸酯共聚乳液和粘合剂。优选地，所述纳米材料由铝酸三钙、亚硝酸钠、二氧化硅、丙烯酸酯共聚乳液和粘合剂组成。任选地，所述纳米材料还可以包括其他添加剂，例如抗氧剂、消泡剂、流平剂等。这些抗氧剂、消泡剂、流平剂都是本领域所已知的那些，这里不再赘述。

根据本发明所述的方法，所述纳米材料包括如下组分：

铝酸三钙32～38wt%、

亚硝酸钠4～8wt%、

二氧化硅17～25wt%、

丙烯酸酯共聚乳液23～30wt%、和

粘合剂11～18wt%。

在本发明中，上述各组分的重量百分比之和为100wt%。

根据本发明所述的方法，优选地，所述纳米材料包括如下组分：

铝酸三钙33～37wt%、

亚硝酸钠5～7wt%、

二氧化硅18～23wt%、

丙烯酸酯共聚乳液25～28wt%、和

粘合剂13～16wt%。

作为更优选，所述纳米材料包括如下组分：

铝酸三钙34～36wt%、

亚硝酸钠5.5～6.5wt%、

二氧化硅19～22wt%、

丙烯酸酯共聚乳液26～27wt%、和

粘合剂13.5～15.0wt%。

根据本发明所述的方法，所述丙烯酸酯共聚乳液可以包括上海通洋化工有限公司的Acronal DS6266ap、Acronal296DS ap、Acronal7015、Acronal7016G、Acronal7026、Acronal7035、Acronal7035G、Acronal7037、Pollyed601、Pollyed603、Pollyed604、Pollyed902等。优选地，所述丙烯酸酯共聚乳液的共聚单体包括（甲基）丙烯酸酯和苯乙烯，更优选，所述丙烯酸酯共聚乳液的共聚单体包括（甲基）丙烯酸酯、苯乙烯和丁二烯。更优选地，所述丙烯酸酯共聚乳液为由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯单体形成的共聚乳液。作为实例，本发明的丙烯酸酯共聚乳液可以为广州市台实防水补强有限公司生产的TS～15型丙烯酸酯共聚乳液。

根据本发明所述的方法，优选地，所述粘合剂为用于水泥粘结的粘合剂。作为实例，本发明的粘合剂可以为北京鑫利太华工贸有限责任公司研制生产的909高分子粘结粉。

本发明使用的纳米材料具有如下特点：（1）无污染、抗静电且阻燃，完全符合煤矿安全规程的要求；（2）物理力学性能是C20混凝土的6～8倍；（3）腐蚀电流为0.192μA/cm²（<0.2μA/cm²），对巷道围岩及锚带网具有长期防风化和防腐效果；（4）导热系数为0.362W/m·K，仅为C20混凝土的15%，具有良好的隔热降温性能。

根据本发明所述的方法，优选地，在步骤（2）中，水与所述纳米材料的质量比为1:0.38～1:0.43；更优选地，水与所述纳米材料的质量比为1:0.40～1:0.42。

根据本发明所述的方法，优选地，步骤（2）的混合时间为10～30min，优选为15～20min。在步骤（2）中，可以采用搅拌器来实现水与所述纳米材料的混合。搅拌器为电动的，搅拌齿转动次数为30～80转/min，优选为50～60转/min。这样更符合煤矿安全要求。将原料放入搅拌器内搅拌，从开始搅拌算起，直至浆液表面无气泡为止。搅拌时间为10～30min，优选为15～20min。

本发明的步骤（3）为采用喷涂机将所述混合物喷涂至煤矿巷道的受喷面上以形成喷涂层。优选地，本发明的喷涂机为风动式喷涂机，这样更符合煤矿安全要求。喷涂时不断调整出口风压，当喷涂无回弹时相对应的风压为最佳出口风压。所述喷涂机的出口风压可以为0.3～0.46MPa，优选地，所述喷涂机的出口风压为0.4～0.42MPa。根据本发明所述的方法，优选地，所述喷涂层厚度为1.5～3mm，更优选为1.8～2mm。本发明的受喷面包括但不限于巷帮或巷顶。

采用本发明的方法可以节约综合成本，提高施工效率；综合成本仅为C20混凝土喷浆工艺的综合成本的30%左右，施工效率是C20混凝土喷浆工艺的效率的13～14倍。与现有技术相比，本发明还具有如下优点：

（1）及时封闭围岩，防止了围岩风化松动及锚带网锈蚀，确保了回采巷道的有效控制；

（2）密实性高、凝固快，能有效的防止了煤岩体内的有害气体释放，且巷内温度降低可达2～3℃。

附图说明

图1煤矿巷道表面的喷涂效果图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明做出进一步的说明，但本发明并不限于此。

以下实施例中所使用的原料说明如下：

丙烯酸酯共聚乳液：广州市台实防水补强有限公司生产的TS～15型丙烯酸酯共聚乳液；

粘合剂：北京鑫利太华工贸有限责任公司研制生产的909高分子粘结粉；

其他原料均为常规市售产品。

测试方法说明如下：

喷涂效果：采用裸眼观察。

离析状况：水和纳米材料放入搅拌器内搅拌均匀，然后进行喷涂，待6h后采用显微镜观察表面的离析状况。表面无离析状况，表明水灰比适当。

中性盐雾实验：由Q235钢筋形成锚带网，在锚带网上喷涂2mm后的喷涂层，经箱内170kPa压力、96小时的中性盐雾实验后，取出试样在显微镜下观察锚带网是否出现锈蚀。

腐蚀电流：采用RST电化学工作站测试腐蚀电流。

施工效率：以8小时喷涂的喷涂层面积作为施工效率的指标。

实施例1

（1）纳米材料的制备：

将35g铝酸三钙、6g亚硝酸钠、19g二氧化硅、26g丙烯酸酯共聚乳液和14g粘合剂混合，然后再进行高精研磨混合，获得纳米材料A。所得纳米材料A的平均粒度为50～100nm。

（2）煤矿巷道封堵工艺

将水与纳米材料A混合均匀以形成混合物，水与所述纳米材料的质量比（即水灰比）为1:0.36；

采用喷涂机将所述混合物喷涂至煤矿巷道的受喷面上以形成2mm厚的喷涂层，喷涂机的出口风压为0.42MPa。喷涂效果参见图1。其他详细性能参见下表。

实施例2～5和比较例1～3

除了将水灰比替换为下表所示的比例之外，其他条件与实施例1相同。详细性能参见下表。

实施例6～7以及对比例4

除了将出口风压调整为0.38MPa之外，其他条件与实施例4相同。详细性能参见下表。

实施例8～9

除了将纳米材料的配方替换为如下配方之外，其他条件与实施例4相同：

实施例8：37g铝酸三钙、6g亚硝酸钠、18g二氧化硅、25g丙烯酸酯共聚乳液和14g粘合剂。

实施例9：36g铝酸三钙、6g亚硝酸钠、20g二氧化硅、25g丙烯酸酯共聚乳液和13g粘合剂。

详细性能参见下表。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims

1.一种煤矿巷道的封堵方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）提供一种纳米材料；

（3）采用喷涂机将所述混合物喷涂至煤矿巷道的受喷面上以形成喷涂层，所述喷涂机的出口压力为0.3～0.46MPa；

其中，所述纳米材料包括如下重量百分比的组分：

铝酸三钙32～38wt%、

亚硝酸钠4～8wt%、

二氧化硅17～25wt%、

丙烯酸酯共聚乳液23～30wt%、和

粘合剂11～18wt%。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水与所述纳米材料的质量比为1:0.38～1:0.43。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，水与所述纳米材料的质量比为1:0.40～1:0.42。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）的混合时间为10～30min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷涂机的出口压力为0.4～0.42MPa。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷涂层的厚度为1.5～3mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米材料包括如下重量百分比的组分：

铝酸三钙33～37wt%、

亚硝酸钠5～7wt%、

二氧化硅18～23wt%、

丙烯酸酯共聚乳液25～28wt%、和

粘合剂13～16wt%。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述丙烯酸酯共聚乳液为由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯单体形成的共聚乳液。

9.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述丙烯酸酯共聚乳液为广州市台实防水补强有限公司生产的TS～15型丙烯酸酯共聚乳液。

10.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述粘合剂为北京鑫利太华工贸有限责任公司生产的909型高分子粘结粉。