一種井下巷道用封堵材料及其使用方法

2023-06-14 02:37:41

專利名稱：一種井下巷道用封堵材料及其使用方法
技術領域：
本發明涉及一種井下巷道用封堵材料及其使用方法。
背景技術：
煤礦開採的採空區裂隙發育，漏風嚴重，易引起煤自燃火災，同時採空區內的瓦斯容易隨漏風湧入生產區域，威脅安全生產。例如，神華寧夏煤業集團的白芨溝煤礦的2521-2工作面迴風側漏風量達到150(Tl800m3/min，出現工作面配風困難，掘進面瓦斯湧出大的問題。神華寧夏煤業集團的白芨溝煤礦的2521工作面開採初期，從工作面進迴風量分析，已發現漏風現象(迴風大於進風約200m3/min)，2521-2工作面前方接續的回順掘進期間，回一川向北掘進約100米時，風筒出口風量為380m3/min，後巷迴風量為1000m3/min。由於漏風，將採空區瓦斯帶出，迴風流瓦斯濃度達到O. 7%，局部高頂部瓦斯濃度達到I. 5%。為了抑制瓦斯湧出，在回順設置臨時風門，通過調量窗調節，使迴風風量與風筒出口風量保持一致後，風流中瓦斯濃度恢復正常，但回順掘進還有400米，在巷道內設置風門，給行人運料帶來不便，同時給管理帶來了困難，且巷道形成後漏風情況仍然存在，工作面配風仍然出現困難。此外，神華寧夏煤業集團的白芨溝煤礦早在4521、2421工作面生產時就出現漏風嚴重的問題，為消除漏風，被迫在井底安裝與主扇同等能力的輔助通風機(輔扇)採用抽壓結合的方法控制漏風，保證了 4521、2421條帶各分層工作面的順利開採。但使用輔扇均壓通風，對監測井下採空區自燃發火不利，不能及時發現採空區自燃情況，增加了發火預測預報難度。且使用輔扇通風後，通風系統複雜，增加了通風系統管理難度，降低了系統抗災防災能力。同時使用與主扇同等能力的320KW輔扇後，年耗電量增加了 140. 16萬度，增加費用72. 88萬元。另外採取噴塗混凝土封堵漏風，前後噴塗巷道260米，雖然消除了漏風通道，控制了瓦斯湧出，但在工作面回採過程中，巷道支護材料無法回收，造成28465. 5噸金屬支架一次性投入後不能復用。在新型封堵材料出現後，先後使用過聚氨酯、羅克休、馬麗散、瑞米噴塗等化學材料，雖然封堵漏風效果較好，但這些材料單價都在2000(Γ30000元/噸，使得封堵巷道每米成本超過10000元。因為需要大量應用,投入費用昂貴，因此治理大範圍漏風問題成本高。由此可見，採用現有治理漏風的技術需要增加大型通風設備，由此造成通風系統複雜；或者封堵漏風效果差、勞動強度大、工效低；或者化學材料投入成本高，難以大量應用等一系列問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種新的井下巷道用封堵材料，在井下巷道噴塗使用時，它可以有效控制漏風，封堵瓦斯湧出，穩定通風系統，保證工作面正常生產；且原料易得、製備 簡單、成本低，適合大量使用；附壁性好、工效高，封堵漏風效果好；剝離性好，在工作面的回採過程中，可以容易地對巷道支護材料進行回收，從而使得支護材料可以重複使用，降低成本。本發明提供的井下巷道用封堵材料，以重量份計，其包括以下組分水泥1.0份；土 1. 5 2. 5 份； 混凝土速凝劑0· 03、· 08份。所述水泥沒有特別地限制，可以使用本領域中已知的各種市售水泥。優選使用矽酸鹽類水泥。所述矽酸鹽類水泥包括矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥、火山灰矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥和複合矽酸鹽水泥。所述水泥是起凝固作用。
所述土可以為粘土和/或黃土。若土含水量較高，一般在使用前需乾燥。所述土在所述井下巷道用封堵材料中作為基料使用，其粘性好、柔軟、附壁性好，剝離性好。所述混凝土速凝劑沒有特別地限制，可以使用本領域中已知的各種市售混凝土速凝劑。優選使用鋁氧熟料-碳酸鹽類混凝土速凝劑，其包括紅星I型、711型和782型混凝土速凝劑。所述混凝土速凝劑可以使得噴塗後漿體的附壁性好、初凝時間短，有一定塑性強度，不易龜裂。更優選地，所述水泥為普通矽酸鹽水泥(例如425#普通矽酸鹽水泥)；所述土為黃土 ；所述混凝土速凝劑為紅星I型混凝土速凝劑。此時，所述井下巷道用封堵材料成本低、附壁性好，剝離性好。所述鋁氧熟料-碳酸鹽類混凝土速凝劑的主要成分為鋁氧熟料、碳酸鈉和生石灰。紅星I型混凝土速凝劑是由鋁氧熟料(主要成分NaA102)、碳酸鈉(NaCO3)和生石灰(CaO)按質量比1:1:0. 5的比例配製而成。所述鋁氧熟料是由鋁礬土礦(主要成分為NaAlO2,其中NaAlO2含量可達60%-80%)經過煅燒而成。更優選地，所述井下巷道用封堵材料，以重量份計，其包括以下組分水泥1.0份；土 2·0 2·5份；混凝土速凝劑0· 04 O. 06份。最優選地，所述井下巷道用封堵材料，以重量份計，其包括以下組分水泥1.0份；土 2. 5 份；混凝土速凝劑0· 05份。本發明還提供上述井下巷道用封堵材料的製備方法，包括將所述井下巷道用封堵材料的各個組分按照重量份混合、攪拌均勻即得。本發明還提供上述井下巷道用封堵材料的使用方法，包括將所述井下巷道用封堵材料與水以重量份計按照1:2 3的比例混合，攪拌為漿體後通過噴塗的方式塗覆到需要封堵的壁面所需厚度即可。所述所需厚度一般為2(Tl00mm。所述噴塗通過使用噴漿機進行。本發明的井下巷道用封堵材料，原料易得、製備簡單、成本低，適合大量使用；附壁性好、工效高，封堵漏風效果好；剝離性好，在工作面的回採過程中，可以容易地對巷道支護材料進行回收，從而使得支護材料(金屬支架)可以重複使用，降低成本。本發明的井下巷道用封堵材料，噴塗I米斷面為IOm2的巷道，材料成本僅僅為
11.4元左右。同時在密閉施工、高冒處理、裸露煤巷噴塗等方面具有重要應用前景，它的成功實施為我國無煤柱開採防治瓦斯湧出及煤層自燃提供了技術示範，實現了噴塗隔風技術的創新，推動了行業的科技進步。通過測定平均百米漏風量、平均百米漏風率、單位塗層厚度百米漏風率等指標，實測和數值計算結果表明，噴塗本發明的井下巷道用封堵材料後，巷道的漏風量減少到噴塗前的1/3，封堵漏風效果顯著。
本發明的井下巷道用封堵材料主要具有以下優點1、穩定通風系統；2、控制採空區瓦斯湧出量；3、防止外部火源引入採空區。
具體實施例方式下面的實施例僅用於說明本發明，而非限制本發明。黃土來自白芨溝礦區山下的平原地區。使用前過篩除黃土中的草根、粘塊等雜物。水泥為市售425#普通矽酸鹽水泥。混凝土速凝劑為市售紅星I型混凝土速凝劑。噴漿機型號為PCI6，購自江蘇常州煤礦機電設備有限公司。製備實施例I將水泥、黃土和混凝土速凝劑以重量份計按照1:1. 5:0. 03的比例混合，攪拌均勻即得本發明的井下巷道用封堵材料。製備實施例2將水泥、黃土和混凝土速凝劑以重量份計按照1:2. 2:0. 06的比例混合，攪拌均勻即得本發明的井下巷道用封堵材料。製備實施例3將水泥、黃土和混凝土速凝劑以重量份計按照1:2. 5:0. 08的比例混合，攪拌均勻即得本發明的井下巷道用封堵材料。製備實施例4將水泥、黃土和混凝土速凝劑以重量份計按照1:2. 0:0. 05的比例混合，攪拌均勻即得本發明的井下巷道用封堵材料。製備實施例5將水泥、黃土和混凝土速凝劑以重量份計按照1:2. 5:0. 05的比例混合，攪拌均勻即得本發明的井下巷道用封堵材料。試驗實施例I將實施例I中製備的井下巷道用封堵材料與水以重量份計按照1:2的比例混合，攪拌為漿體後使用噴漿機通過噴塗的方式塗覆到井下2521-2迴風巷的漏風處，厚度為2(Tl00mm。待所述井下巷道用封堵材料凝固後，測定了 2521-2迴風巷的漏風量，測定原理為在2521-2迴風巷自三川口開始由外向裡每隔100米測定一次風量，由測定的風量計算平均百米漏風量。測風結果依次為口川口以北為426m3/min、100米處為448m3/min、200米處為 495m3/min、300 米處為 618m3/min、400 米處為 700m3/min。
通過上述對漏風量的計算分析，可知2521-2迴風巷平均百米漏風量約為34. 25m3/min，說明本發明的井下巷道用封堵材料封堵漏風性能優異。試驗實施例2將實施例2中製備的井下巷道用封堵材料與水以重量份計按照1:3的比例混合，攪拌為漿體後使用噴漿機通過噴塗的方式塗覆到井下巷道的漏風處，厚度為5(Tl00mm。待所述井下巷道用封堵材料凝固後，測定了漏風量。通過封堵漏風，拆除回順臨時風門後，漏風量由原來的1500m3/min降低到340m3/min,橫川漏風量由噴眾前的500m3/min降低到100m3/min，表明通過封堵漏風，降低了漏風量，即提高了礦井有效風量率，減少通風設施，穩定了通風系統。試驗實施例3三川北回順掘進期間，漏風將採空區瓦斯帶出，造成風流中瓦斯濃度升高，被迫進 行局部均壓通風。巷道貫通後，對各迴風橫川、回順噴漿封堵漏風。將實施例3中製備的井下巷道用封堵材料與水以重量份計按照1:2. 5的比例混合，攪拌為漿體後使用噴漿機通過噴塗的方式塗覆到井下巷道的漏風處，厚度為2(Tl00mm。待所述井下巷道用封堵材料凝固後，測定了風流中瓦斯濃度。結果風流中瓦斯濃度由掘進時的O. 7%降低到0.2%，有效控制和減少了採空區瓦斯湧出，降低風流中瓦斯濃度，保證了安全生產。試驗實施例4白芨溝目前所採煤層經鑑定為不易自燃煤層。從歷次發火情況看，大部分發火均因漏風將外部火源引入造成的。2521地表碴臺發火對工作面的安全回採已構成威脅，工作面開採初期，採空區出現24ppm的CO。將實施例4中製備的井下巷道用封堵材料與水以重量份計按照1:2. 2的比例混合，攪拌為漿體後使用噴漿機通過噴塗的方式塗覆到井下巷道的漏風處，厚度為2(Tl00mm。通過從井下進行封堵漏風處理，有效地控制了地表漏風，從束管監測系統分析，採空區未檢測出CO氣體，表明該封堵處理穩定了採空區的惰化狀態，保證了工作面的安全回採。試驗實施例5封堵採空區漏風通道是防發火、防治瓦斯湧出、穩定通風系統的重要技術手段。將實施例5中製備的井下巷道用封堵材料與水以重量份計按照1:2. 7的比例混合，攪拌為漿體後使用噴漿機通過噴塗的方式塗覆到2521-2迴風巷(噴堵長度480米)的漏風處，厚度為2(Tl00mm，有效地控制了漏風，而總成本僅為10萬元。與使用輔扇及化學材料成本對比分別為1:7和1:15。使用實施例I飛中製備的封堵材料噴塗井下巷道壁面，待凝固後，這些封堵材料均具有很好的附壁性，可充分覆蓋巷道壁面，封堵煤體裂隙及金屬網假頂採空區縫隙，從而形成隔離層，隔絕漏風。而且所述封堵材料的柔韌性很好，在巷道即使受壓變形，也不易龜裂；但是在外力作用下，較容易破裂。因而在採用回柱絞車回收金屬支架時，無抗拒性、剝離性好，可以容易地對巷道支護材料進行回收，從而使得支護材料可以重複使用，降低成本。本領域技術人員可以理解，在本說明書的教導之下，可以對本發明做出一些修改或變化。這些修改和變化也應當在本發明權利要求所限定的範圍之內。
權利要求
1.一種井下巷道用封堵材料，其特徵在於，以重量份計，其包括以下組分 水泥1. O份；土 1. 5 2. 5 份； 混凝土速凝劑0. 03、. 08份。
2.根據權利要求I所述的井下巷道用封堵材料，其特徵在於，所述水泥為矽酸鹽類水泥；所述土為粘土和/或黃土 ；所述混凝土速凝劑為鋁氧熟料-碳酸鹽類混凝土速凝劑。
3.根據權利要求2所述的井下巷道用封堵材料，其特徵在於，所述水泥為普通矽酸鹽水泥；所述土為黃土 ；所述混凝土速凝劑為紅星I型混凝土速凝劑。
4.根據權利要求I或3所述的井下巷道用封堵材料，其特徵在於，以重量份計，其包括以下組分 水泥1. O份；土 2. (Γ2. 5 份； 混凝土速凝劑0. 04 O. 06份。
5.根據權利要求4所述的井下巷道用封堵材料，其特徵在於，以重量份計，其包括以下組分 水泥1. O份；土 2. 5 份； 混凝土速凝劑0. 05份。
6.一種權利要求I飛任一項所述井下巷道用封堵材料的使用方法，其特徵在於，所述使用方法包括將所述井下巷道用封堵材料與水以重量份計按照1:2 3的比例混合，攪拌為漿體後通過噴塗的方式塗覆到需要封堵的壁面所需厚度即可。
7.根據權利要求6所述的使用方法，其特徵在於，所述所需厚度為2(Tl00mm。
8.根據權利要求7所述的使用方法，其特徵在於，所述噴塗通過使用噴漿機進行。
全文摘要
本發明涉及一種井下巷道用封堵材料。以重量份計，所述井下巷道用封堵材料包括以下組分水泥1.0份；土1.5~2.5份；混凝土速凝劑0.03~0.08份。本發明的井下巷道用封堵材料，原料易得、製備簡單、成本低，適合大量使用；附壁性好、工效高，封堵漏風效果好；剝離性好，在工作面的回採過程中，可以容易地對巷道支護材料進行回收，從而使得支護材料可以重複使用，降低成本。
文檔編號C04B28/00GK102863183SQ20121032141
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者鄭學軍, 朱國忠, 黃江寧, 楊榮武, 賀佔軍 申請人:神華集團有限責任公司, 神華寧夏煤業集團有限責任公司, 神華寧夏煤業集團有限責任公司白芨溝煤礦