新型無(wú)機(jī)材料在煤礦五大自然災(zāi)害中的應(yīng)用

2014年10月16日，山西安明宏遠(yuǎn)受?chē)?guó)務(wù)院國(guó)資委中國(guó)煤炭城市發(fā)展聯(lián)合促進(jìn)會(huì)邀請(qǐng)舉辦的新型材料在煤礦五大自然災(zāi)害中的應(yīng)用高峰論壇在山西省展覽館勝利召開(kāi)。出席領(lǐng)導(dǎo)有國(guó)務(wù)院國(guó)資委中國(guó)煤炭城市發(fā)展聯(lián)合促進(jìn)會(huì)會(huì)長(zhǎng)步云吉，中國(guó)國(guó)學(xué)院大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)李德深。其次太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院相關(guān)教授針對(duì)煤礦五大自然災(zāi)害的處理及材料應(yīng)用做了演講，并與與會(huì)嘉賓對(duì)時(shí)下煤礦安全問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)交流，山西安明宏遠(yuǎn)也提出了自己獨(dú)到的見(jiàn)解，獲得專(zhuān)家的支持肯定。

我國(guó)是世界上主要產(chǎn)煤國(guó)與消費(fèi)國(guó)，資源儲(chǔ)量大、分布廣。隨著煤礦開(kāi)采強(qiáng)度不斷加大，開(kāi)采深度和規(guī)模日益增加，煤礦工程災(zāi)害程度加劇。水、火、瓦斯、粉塵、頂板是煤礦五大自然災(zāi)害，傳統(tǒng)的預(yù)防五大自然災(zāi)害方法雖在煤礦安全生產(chǎn)中起到了一定作用，但它只能從外部對(duì)災(zāi)害進(jìn)行防治，不能有效的解決隱患。針對(duì)這一問(wèn)題現(xiàn)已成功研制出幾種新型無(wú)機(jī)材料，可有效的解決煤礦五大自然災(zāi)害，提高煤礦安全生產(chǎn)。

新型無(wú)機(jī)注漿材料是一種復(fù)合產(chǎn)品，有較好的粘結(jié)力，與煤巖體粘合后抗壓、抗剪強(qiáng)度高，耐沖擊、耐酸、耐堿性好。材料滲透性、流動(dòng)性好，遇水不發(fā)泡。該產(chǎn)品不含揮發(fā)性溶劑，不產(chǎn)生任何有毒、有害氣體。下面為傳統(tǒng)方法對(duì)五大自然災(zāi)害的防治和新型無(wú)機(jī)材料的應(yīng)用。

一、礦井頂板事故防治

頂板事故是煤礦生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一，是指在地下采煤過(guò)程中，頂板意冒落造成人員傷亡、設(shè)備損壞、生產(chǎn)終止等的事故。常見(jiàn)的有采區(qū)局部冒頂、巷道片幫等幾種。

頂板事故的危害：在地下采煤過(guò)程中，頂板意外冒落照成人員傷亡，設(shè)備損壞，生產(chǎn)終止等事故。

傳統(tǒng)治理方法：注水泥漿、加強(qiáng)巷道支護(hù)(打木垛、支U型鋼等)。優(yōu)點(diǎn):水泥用為注漿材料,來(lái)源豐富,價(jià)格低廉.

漿液結(jié)石體強(qiáng)度高,抗深性好.

采用單液方式注入,工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便.

缺點(diǎn)：水泥漿較脆且對(duì)煤質(zhì)有影響;

由于水泥是顆粒型材料,可注性差,難以注入中細(xì)粉沙層級(jí)裂隙巖層.

水泥漿液初/終凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng),不能準(zhǔn)確控制,容易流失,不宜結(jié)石.

巷道支護(hù)只能從外在承受壓力，隨著壓力的增大對(duì)支護(hù)材料的要求相應(yīng)提高。

新型無(wú)機(jī)加固材料：目前市場(chǎng)上的新型無(wú)機(jī)加固材料都是由一種兩組分組成的注射產(chǎn)品，其原理是將材料壓注到破碎煤巖體，生成一種對(duì)煤巖體具有較高粘結(jié)性的彈性體，人為地改善了松軟破碎煤巖體的物理力學(xué)性能，彈性體在破碎煤巖體內(nèi)膨脹、滲透、充滿整個(gè)裂隙面形成網(wǎng)絡(luò)骨架，起到補(bǔ)強(qiáng)加固、充填密實(shí)作用，在高壓作用下甚至漲開(kāi)、漲大微小的節(jié)理發(fā)育層面，漿液充填所有的裂隙，工作面揭露后松散煤巖體已粘結(jié)為一體，不易片幫、冒落，有利于及時(shí)、安全、有效支護(hù)作業(yè)。適用于含水、松散、破碎的煤巖體加固，掘進(jìn)工作面和采煤工作面頂板、煤壁、超前支護(hù)段加固，斷層帶、陷落柱、煤巖層破碎帶的超前加固。

無(wú)機(jī)加固材料特點(diǎn)：(1)抗壓強(qiáng)度高，可達(dá)50MP以上

(2)反應(yīng)溫度低，小于90℃

(3)遇水不發(fā)泡，可用于含水的煤巖體加固。

(4)注入煤巖體后安全性好

礦井水災(zāi)防治凡是影響礦井正常生產(chǎn)活動(dòng)、威脅礦井安全生產(chǎn)、增加生產(chǎn)成本和使礦井局部或全部被淹沒(méi)的礦井涌水事故，稱(chēng)為礦井水災(zāi)(亦稱(chēng)礦井水害)。

礦井水災(zāi)的危害：當(dāng)?shù)V井發(fā)生水災(zāi)時(shí)，不但會(huì)影響礦井的正常生產(chǎn)，而且會(huì)造成人員傷亡以及淹沒(méi)礦井和采區(qū)，造成很大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，危害十分嚴(yán)重。

傳統(tǒng)堵水方法：在保證礦井安全生產(chǎn)的前提下以防為主、防治結(jié)合，可歸納為“查、探、放、截、堵、排”六個(gè)字的綜合防治措施。具體有井下探水、放水、截水(留設(shè)防水煤巖柱、設(shè)防水閘門(mén)和水閘墻、建立防排水系統(tǒng))。新型無(wú)機(jī)堵水材料：是一種遇水發(fā)生反應(yīng)而形成交聯(lián)體，是一種不溶于水的聚合體和高強(qiáng)度的凝體。它是在傳統(tǒng)堵水的基礎(chǔ)上利用材料的滲透性可將煤巖層裂隙充分粘結(jié)在一起，形成一個(gè)密閉整體，進(jìn)一步提高堵水工作，人為的引水、導(dǎo)水。而且新型材料遇水不反應(yīng)，可永久的起到堵水作用。也可構(gòu)筑擋水墻。無(wú)機(jī)堵水材料特點(diǎn)：(1)漿液能均勻地分散或溶解在大量水中，凝膠后形成包有水的彈性體

(2)結(jié)石體的抗?jié)B性能好，一般在10-6~10-8cm/s之間

(3)結(jié)石體抗壓強(qiáng)度高

礦井火災(zāi)防治火災(zāi)是礦山的五大自然災(zāi)害之一。井下發(fā)生火災(zāi)，不僅會(huì)造成資源的損失、設(shè)備設(shè)施的損壞，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，而且更為嚴(yán)重的是會(huì)直接威脅礦工的生命安全。

火災(zāi)事故對(duì)礦井的危害：當(dāng)?shù)V井發(fā)生火災(zāi)時(shí)，常造成人員傷亡、設(shè)備損失、礦井停產(chǎn)、資源破壞，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致瓦斯爆炸照造成更大的傷亡事故。

傳統(tǒng)防治火災(zāi)：采用不然性材料支護(hù)、設(shè)置消防材料庫(kù)、防火門(mén)、消防池和消防水管系統(tǒng)、封閉火區(qū)等。缺點(diǎn)：施工復(fù)雜，所需材料消耗大

新型無(wú)機(jī)材料：火災(zāi)的直接滅火、遠(yuǎn)程防火密閉墻、注射加固嚴(yán)重裂隙地層或空隙堵截空氣和瓦斯。無(wú)機(jī)密閉充填材料特點(diǎn)：(1)方便、安全、可靠

(2)膨脹倍數(shù)高，15-25倍

(3)反應(yīng)溫度低，小于60℃

(4)收縮性強(qiáng)、氣密性好、不燃

礦井瓦斯防治礦井瓦斯是指煤礦井下從煤、巖層中涌出的以及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的以甲烷(CH4)為主的有毒有害氣體的總稱(chēng)。

瓦斯事故的危害：當(dāng)井下瓦斯含量較高時(shí)，會(huì)相對(duì)降低空氣中氧氣的濃度，使人窒息;當(dāng)瓦斯和氧氣混合達(dá)到一定濃度時(shí)，遇火能燃燒或者爆炸。

1、傳統(tǒng)防治瓦斯災(zāi)害：防止瓦斯積聚、控制火源的出現(xiàn)和瓦斯抽放等。

2、新型無(wú)機(jī)材料：

無(wú)機(jī)噴涂材料特點(diǎn)：(1)防止瓦斯溢出、提高瓦斯抽采濃度

(2)防止煤的風(fēng)化，提高支護(hù)能力

(3)防止采空區(qū)之間漏風(fēng)引起煤塵自燃及有害氣體泄露

在高瓦斯礦井可用新型無(wú)機(jī)材料對(duì)巷道進(jìn)行噴涂形成一層有效的防護(hù)層，防止瓦斯溢出。

無(wú)機(jī)封孔材料特點(diǎn)：(1)生成物耐久性好，不收縮、膨脹倍數(shù)大

(2)反應(yīng)速度快，安全性好

(3)粘結(jié)力強(qiáng)、密封性能好

隨著煤炭行業(yè)“綠色煤礦、安全煤礦、科技煤礦、可持續(xù)發(fā)展”的戰(zhàn)略目標(biāo)，傳統(tǒng)方法已不能滿足和有效的防治煤礦五大自然災(zāi)害，新型無(wú)機(jī)材料必將其取代，翻開(kāi)煤礦五大災(zāi)害防治的新篇章開(kāi)啟新的時(shí)代。

山西安明宏遠(yuǎn)張銀龍

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