CN110017167B - 一种煤矿防爆密闭墙及其构筑方法 - Google Patents

一种煤矿防爆密闭墙及其构筑方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种煤矿防爆密闭墙，包括巷道、两个密闭墙体、填充墙和两个注浆区，在需要密闭段的巷道内壁的四周向上分别平行设置有两个掏槽，两个密闭墙体分别设置在两个所述掏槽内，两个密闭墙体之间设有填充墙；两个密闭墙体的两侧的巷道的四周侧壁分别设有注浆区，两个密闭墙体之间从下至上依次设有放水管、观测管、充填管、采空区注浆或注氮管和检查管，所述巷道的表面沿其周向设有若干注浆管，注浆管的一端深入巷道内2‑5m，另一端连接注浆设备，填充墙由柔性充填材料充填而成。本发明所述的煤矿防爆密闭墙的构筑方法构筑的密闭墙，具有密闭性能好、抗爆能力强的优点，不同性质、不同收缩率的材料组合能最大限度地满足强度和气密性要求。

Description

一种煤矿防爆密闭墙及其构筑方法
技术领域
本发明属于煤矿开采过程中的充填密闭技术领域，特别是涉及一种煤矿防爆密闭墙及其构筑方法。
背景技术
我国煤炭资源丰富，煤是我国的主要能源，在能源结构中占据主导地位，煤炭工业的健康、稳定、持续地发展是关系到国家能源安全的重大问题。
目前煤矿井下密闭墙一般分为临时密闭墙和永久密闭墙。永久密闭墙根据其用途分为：防爆密闭墙、防火密闭墙和堵水密闭墙等。目前，国内虽然构筑密闭墙的材料和方法种类很多，但没有完整统一的设计、构筑密闭墙的技术标准，甚至各矿业集团也没有构筑密闭墙的相关规定，以致于各个煤矿只是根据经验设计、构筑密闭墙，致使我国煤矿永久密闭墙的整体技术水平较低、性能质量较差。
防爆密闭墙是煤矿最主要、最常用的一种密闭墙。防爆密闭墙和一般永久密闭墙不同，根据国内构筑防爆密闭墙的经验和实践，被广泛认同的要求是：防爆密闭墙必须全部用不燃性、失水后不开裂、不收缩的材料构筑。严禁使用聚氨酯高分子材料及凝胶类材料等构筑、充填。防爆密闭墙对墙体强度和气密性有着更严格的要求。一方面要求防爆密闭墙有足够的抗冲击强度；另一方面要求密闭墙具有良好的气密性，以预防爆炸的发生。目前煤矿密闭墙大都强调强度指标，故全部采用砖石、混凝土等刚性材料构筑，甚至越厚越好，但是刚性材料失水干燥后收缩或在矿山压力作用下开裂，致使密闭墙气密性大大降低。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种煤矿防爆密闭墙，本发明还提供了一种煤矿防爆密闭墙的构筑方法。
本发明采用的技术方案是：
一种煤矿防爆密闭墙，包括巷道、两个密闭墙体、填充墙和四个注浆区，在需要密闭段的巷道内壁的四周向上分别平行设置有两个掏槽，两个所述密闭墙体分别设置在两个所述掏槽内，两个所述密闭墙体之间设有所述填充墙；两个密闭墙体的两侧的所述巷道的四周侧壁分别设有注浆区，在所述密闭墙体的两侧5m范围内分别设置有所述注浆区，所述注浆区设置在与所述密闭墙体距离5m范围内，两个所述密闭墙体之间从下至上依次设有放水管、观测管、充填管、采空区注浆或注氮管和检查管，位于所述注浆区的所述巷道的表面沿其周向设有若干注浆管，所述注浆管的一端深入巷道内2-5m，另一端连接注浆设备，所述填充墙由柔性充填材料充填而成。
本发明所述的煤矿防爆密闭墙，其中，所述柔性充填材料由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥50～55份，膨润土23～25份，粉煤灰15～18份，发泡剂3～4份和木质素磺酸钙0.5～1份；所述发泡剂为动物蛋白发泡剂或植物蛋白发泡剂。
本发明所述的煤矿防爆密闭墙，其中，所述柔性充填材料由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥55份，膨润土25份，粉煤灰15份，发泡剂4份和木质素磺酸钙1份。
本发明所述的煤矿防爆密闭墙，其中，所述充填管一端穿过一个密闭墙体深入到两个所述密闭墙体之间的巷道内，另一端连接充填设备；所述检查管一端穿过一个所述密闭墙体深入到两个所述密闭墙体之间的巷道内，另一端位于该密闭墙体外部，所述放水管、所述观测管和所述采空区注浆或注氮管分别贯穿两个所述密闭墙体和所述填充墙。
本发明所述的煤矿防爆密闭墙，其中，所述掏槽的深度设置在煤巷为≥500mm、岩巷为≥300mm，所述掏槽的宽度与所述密闭墙体的宽度适配。
本发明所述的煤矿防爆密闭墙，其中，所述密闭墙体的单墙厚度为0.5-2m；所述填充墙的厚度为1-5m。
本发明所述的煤矿防爆密闭墙的构筑方法，其中，包括以下步骤：
(a)密闭墙砌筑前，在所述巷道的四周进行掏槽，掏得两个所述掏槽，岩巷见硬帮硬底；
(b)在两个所述密闭墙体之间的位于所述注浆区的所述巷道的周围进行全面喷浆处理；喷浆完成后及时通过所述注浆管进行注浆加固处理；
(c)砌筑所述密闭墙体，所述密闭墙体的砌筑要严格按照有关建筑规范执行，与巷帮结合处要接实，砌所述密闭墙体时，在所述密闭墙体上留设充填孔、检查孔、注浆孔、放水孔、观测孔和采空区注浆或注氮孔，在砌墙时预埋安装所述充填管、检查管、注浆管、放水管、观测管和采空区注浆或注氮管在预定位置；
(d)两个所述密闭墙体砌筑完毕后，及时用所述柔性充填材料对两个所述密闭墙体之间进行充填，充填时，将所述柔性充填材料与水按照1：0.6～1.0的比例混合，得到均匀的浆体，通过所述充填管进行灌注，达到设计充填压力1Mpa后，结束充填，得到所述填充墙；
(e)然后对所述密闭墙体的远离所述填充墙的一侧的所述注浆区的墙面、巷帮和巷顶进行全面喷浆，喷浆完成后及时进行注浆加固处理；
(f)最后对巷道松动圈、密闭墙体与巷帮结合处的裂隙进行注浆加固。
本发明所述的煤矿防爆密闭墙的构筑方法，其中，步骤(b)和(e)中喷浆厚度不小于0.2m。
本发明有益效果：
本发明所述的煤矿防爆密闭墙构筑方法，相对现有技术在构筑工艺，如掏槽砌墙、注浆方法(即分区域注浆)和充填材料等进行了改进。所构筑的密闭墙，具有密闭性能好、抗爆能力强、免于维护等优点。密闭墙体用红砖、瓦石或混凝土等刚性材料构筑而成，其主要作用是承压、抗爆；两密闭墙体之间使用柔性充填材料充填的填充墙，主要作用是密闭、适应巷道变形，这样不同性质、不同收缩率的材料组合能最大限度地满足强度和气密性要求。当爆炸发生时，爆炸冲击波首先到达最里层墙，然后到达柔性充填材料充填体经过缓冲及能量吸收，最后到达防爆密闭墙的外层墙，最终起到抗爆减压的目的。
本发明所述的煤矿防爆密闭墙的构筑方法，喷浆厚度不小于0.2m，防止煤岩体风化或作为止浆层用。
附图说明
图1为本发明所述煤矿防爆密闭墙的主视图；
图2为图1中A向视图。
图中，1-巷道；2-密闭墙体；3-填充墙；4-注浆区；5-放水管；6-观测管；7-充填管；8-采空区注浆或注氮管；9-检查管；10-注浆管；11-巷道松动圈；12-密闭墙与巷帮结合处。
下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
如图1和2所示，一种煤矿防爆密闭墙，包括巷道1、两个密闭墙体2、填充墙3和四个注浆区4，在需要密闭段的巷道1内壁的四周向上分别平行设置有两个掏槽，两个所述掏槽间隔设置，两个密闭墙体2分别设置在两个所述掏槽内，两个密闭墙体2之间设有填充墙3；两个密闭墙体2的两侧的巷道1的四周侧壁分别设有注浆区4，在闭墙体2的两侧5m范围内分别设置有注浆区4，两个密闭墙体2之间从下至上依次设有放水管5、观测管6、充填管7、采空区注浆或注氮管8和检查管9，充填管7一端穿过一个密闭墙体2深入到两个密闭墙体2之间的巷道1内，另一端连接充填设备(图中未示出)；充填管7为6分焊管，充填管7尽量靠近巷道顶板布置。检查管9一端穿过一个密闭墙体2深入到两个密闭墙体2之间的巷道1内，另一端位于该密闭墙体2外部的长度约为0.6m，检查管9尽量靠近巷道顶板布置。
放水管5、观测管6和采空区注浆或注氮管8分别贯穿两个密闭墙体2和填充墙3，放水管5位于密闭墙体2的3/10-4/10高度的范围内，观测管6位于密闭墙体2的3/5高度以上的范围内，采空区注浆或注氮管8位于密闭墙体2的5/6高度以上的范围内，放水管5、观测管6和采空区注浆或注氮管8的直径、长度由根据实际需要而定。
位于注浆区4的巷道1的表面沿其周向设有若干注浆管10，注浆管10的一端深入巷道1内2-5m，另一端连接注浆设备，若干注浆管10根据巷道1的裂隙发育情况灵活布置。
密闭墙体2的单墙厚度为0.5-2m；填充墙3的厚度为1-5m。密闭墙体2的单墙厚度是根据瓦斯爆炸强度1.5倍确定的。
所述掏槽的深度设置在煤巷为500mm、岩巷为300mm，所述掏槽的宽度与密闭墙体2的宽度适配，使墙体能够固定在掏槽中；
密闭墙体2采用红砖、瓦石或混凝土等刚性材料构筑而成。
填充墙3由柔性充填材料充填而成，所述柔性充填材料由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥55份，膨润土25份，粉煤灰15份，发泡剂4份和木质素磺酸钙1份；所述发泡剂为动物蛋白发泡剂或植物蛋白发泡剂。所述柔性充填材料由纯无机材料复合而成，具有不燃、抗静电性能，无反应热，遇水不影响材料性能，可带水施工；渗透能力强，最远泵送距离可达到1200m；早强度高，所述柔性充填材料制成的浆液，可以根据需要在30min内调整初凝时间；注浆时所形成的网络固结体8h内抗压强度可达到10mpa以上，最终抗压强度不小于30mpa；粘结力强，注浆时所形成的网络固结体，能够更好地与泥沙、软煤岩、岩石粘结在一起，最终粘结强度不小于2mpa；膨胀倍数大，充填后所形成的充填体密度为≥0.125kg/m3，膨胀体积可达到原料体积的7倍以上，且不收缩、不开裂，绿色环保。
密闭墙体2用红砖、瓦石或混凝土等刚性材料构筑而成，按照有关建筑标准执行，其主要作用是承压、抗爆；两密闭墙体之间使用所述柔性充填材料充填的填充墙3，主要作用是密闭、适应巷道变形，这样不同性质、不同收缩率的材料组合能最大限度地满足强度和气密性要求。当爆炸发生时，爆炸冲击波首先到达最里层墙，然后到达柔性充填材料充填体经过缓冲及能量吸收，最后到达防爆密闭墙的外层墙，最终起到抗爆减压的目的。
本实施例所述的煤矿防爆密闭墙的构筑方法，包括以下步骤：
(a)密闭墙砌筑前，在巷道1的四周进行掏槽，掏得两个所述掏槽，岩巷见硬帮硬底；
(b)在两个密闭墙体2之间的位于注浆区4的巷道1的周围进行全面喷浆处理，喷浆厚度不小于0.2m；喷浆完成后及时通过若干注浆管10进行注浆加固处理；喷浆的作用是防止注浆时跑漏浆，注浆的作用是封闭巷道1的内部裂隙，喷浆材料为煤矿井下专用混凝土喷浆材料(有煤炭行业标准)；
(c)砌筑密闭墙体2，密闭墙体2的砌筑要严格按照有关建筑规范执行，与巷帮结合处要接实，砌密闭墙体2时在密闭墙体2上留设充填孔、检查孔、注浆孔、放水孔、观测孔和采空区注浆或注氮孔，然后在砌墙时预埋安装充填管7、检查管9、注浆管10、放水管5、观测管6和采空区注浆或注氮管8在预定位置；
(d)两个密闭墙体2砌筑完毕后，及时用所述柔性充填材料对两个密闭墙体2之间进行充填，充填时，将所述柔性充填材料与水按照1：0.8的比例混合，得到均匀的浆体，通过充填管7进行灌注，达到设计充填压力1Mpa后，结束充填，得到填充墙3；充填压力1Mpa，压力大充填材料使用的多，容易造成浪费；
(e)然后对密闭墙体2的远离填充墙3的一侧的注浆区4的墙面、巷帮和巷顶进行全面喷浆，喷浆完成后及时进行注浆加固处理；
(f)最后对巷道松动圈11、密闭墙体与巷帮结合处12的裂隙进行注浆加固。
峰峰集团羊东矿8261采空区采用本实施例所述的密闭墙密闭后，8261运料巷墙与现有技术中两墙之间填充黄土构筑的8259溜子道墙的墙内、外CH4、CO2、CO、温度和漏风情况对比数据如表1所示。
表1对比数据表
Figure BDA0002034807130000061
由表1可知，在2.18-2.25之间，8261运料巷墙的墙内、外压差在160-223Pa之间，而溜子道墙内、外压差基本在100Pa左右，因此，8261运料巷墙的墙内、外压差比8259溜子道墙的大，对减少矿井采空区漏风，避免采空区自燃有较好的作用，因此，8261运料巷墙体密闭效果较好，能有效地将8261采空区与外界空气隔绝。
另外，从表1中数据的还可以看出，在2.11-2.25之间，时间越久，8261运料巷墙的内外压差越大；相反用两墙之间充填黄土构筑的密闭墙内外压差越来越小。这主要由于两墙之间充填黄土失水后收缩，充填体产生裂缝，时间越久，裂缝越大越多，因而气密性越差；而利用本实施例所述柔性充填材料的充填的填充墙越压越密实的缘故，时间越久，气密性越好。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种煤矿防爆密闭墙，其特征在于：包括巷道(1)、两个密闭墙体(2)、填充墙(3)和四个注浆区(4)，在需要密闭段的巷道(1)内壁的四周向上分别平行设置有两个掏槽，两个所述密闭墙体(2)分别设置在两个所述掏槽内，两个所述密闭墙体(2)之间设有所述填充墙(3)；两个密闭墙体(2)的两侧的所述巷道(1)的四周侧壁分别设有注浆区(4)，在所述密闭墙体(2)的两侧5m范围内分别设置有所述注浆区(4)，两个所述密闭墙体(2)之间从下至上依次设有放水管(5)、观测管(6)、充填管(7)、采空区注浆或注氮管(8)和检查管(9)，位于所述注浆区(4)的所述巷道(1)的表面沿其周向设有若干注浆管(10)，所述注浆管(10)的一端深入巷道(1)内2-5m，另一端连接注浆设备，所述填充墙(3)由柔性充填材料充填而成；
所述柔性充填材料由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥50～55份，膨润土23～25份，粉煤灰15～18份，发泡剂3～4份和木质素磺酸钙0.5～1份；所述发泡剂为动物蛋白发泡剂或植物蛋白发泡剂；
所述密闭墙体(2)的单墙厚度为0.5-2m；所述填充墙(3)的厚度为1-5m；
所述的煤矿防爆密闭墙的构筑方法包括以下步骤：
(a)密闭墙砌筑前，在所述巷道(1)的四周进行掏槽，掏得两个所述掏槽，岩巷见硬帮硬底；
(b)在两个所述密闭墙体(2)之间的位于所述注浆区(4)的所述巷道(1)的周围进行全面喷浆处理；喷浆完成后及时通过所述注浆管(10)进行注浆加固处理；
(c)砌筑所述密闭墙体(2)，所述密闭墙体(2)的砌筑要严格按照有关建筑规范执行，与巷帮结合处要接实，砌所述密闭墙体(2)时，在所述密闭墙体(2)上留设充填孔、检查孔、注浆孔、放水孔、观测孔和采空区注浆或注氮孔，在砌墙时预埋安装所述充填管(7)、检查管(9)、注浆管(10)、放水管(5)、观测管(6)和采空区注浆或注氮管(8)在预定位置；
(d)两个所述密闭墙体(2)砌筑完毕后，及时用所述柔性充填材料对两个所述密闭墙体(2)之间进行充填，充填时，将所述柔性充填材料与水按照1：0.6～1.0的比例混合，得到均匀的浆体，通过所述充填管(7)进行灌注，达到设计充填压力1Mpa后，结束充填，得到所述填充墙(3)；
(e)然后对所述密闭墙体(2)的远离所述填充墙(3)的一侧的所述注浆区(4)的墙面、巷帮和巷顶进行全面喷浆，喷浆完成后及时进行注浆加固处理；
(f)最后对巷道松动圈(11)、密闭墙体与巷帮结合处(12)的裂隙进行注浆加固。
2.根据权利要求1所述的煤矿防爆密闭墙，其特征在于：所述柔性充填材料由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥55份，膨润土25份，粉煤灰15份，发泡剂4份和木质素磺酸钙1份。
3.根据权利要求1所述的煤矿防爆密闭墙，其特征在于：所述充填管(7)一端穿过一个密闭墙体(2)深入到两个所述密闭墙体(2)之间的巷道(1)内，另一端连接充填设备；所述检查管(9)一端穿过一个所述密闭墙体(2)深入到两个所述密闭墙体(2)之间的巷道(1)内，另一端位于该密闭墙体(2)外部，所述放水管(5)、所述观测管(6)和所述采空区注浆或注氮管(8)分别贯穿两个所述密闭墙体(2)和所述填充墙(3)。
4.根据权利要求1所述的煤矿防爆密闭墙，其特征在于：所述掏槽的深度设置在煤巷为≥500mm、岩巷为≥300mm，所述掏槽的宽度与所述密闭墙体(2)的宽度适配。
5.根据权利要求1所述的煤矿防爆密闭墙，其特征在于：步骤(b)和(e)中喷浆厚度不小于0.2m。
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