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      新型無機材料在煤礦五大自然災害中的應用

      發布時間:2014/11/5

      2014年10月16日,山西安明宏遠受國務院國資委中國煤炭城市發展聯合促進會邀請舉辦的新型材料在煤礦五大自然災害中的應用高峰論壇在山西省展覽館勝利召開。出席領導有國務院國資委中國煤炭城市發展聯合促進會會長步云吉,中國國學院大學常務副校長李德深。其次太原理工大學礦業工程學院相關教授針對煤礦五大自然災害的處理及材料應用做了演講,并與與會嘉賓對時下煤礦安全問題進行技術交流,山西安明宏遠也提出了自己獨到的見解,獲得專家的支持肯定。


      我國是世界上主要產煤國與消費國,資源儲量大、分布廣。隨著煤礦開采強度不斷加大,開采深度和規模日益增加,煤礦工程災害程度加劇。水、火、瓦斯、粉塵、頂板是煤礦五大自然災害,傳統的預防五大自然災害方法雖在煤礦安全生產中起到了一定作用,但它只能從外部對災害進行防治,不能有效的解決隱患。針對這一問題現已成功研制出幾種新型無機材料,可有效的解決煤礦五大自然災害,提高煤礦安全生產。

      新型無機注漿材料是一種復合產品,有較好的粘結力,與煤巖體粘合后抗壓、抗剪強度高,耐沖擊、耐酸、耐堿性好。材料滲透性、流動性好,遇水不發泡。該產品不含揮發性溶劑,不產生任何有毒、有害氣體。下面為傳統方法對五大自然災害的防治和新型無機材料的應用。


      一、礦井頂板事故防治


      頂板事故是煤礦生產的主要災害之一,是指在地下采煤過程中,頂板意冒落造成人員傷亡、設備損壞、生產終止等的事故。常見的有采區局部冒頂、巷道片幫等幾種。

      頂板事故的危害:在地下采煤過程中,頂板意外冒落照成人員傷亡,設備損壞,生產終止等事故。


      1、傳統治理方法:注水泥漿、加強巷道支護(打木垛、 支U型鋼等)。


      優點:水泥用為注漿材料,來源豐富,價格低廉.

           漿液結石體強度高,抗深性好.

           采用單液方式注入,工藝及設備簡單,操作方便.


      缺點:水泥漿較脆且對煤質有影響;

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

            水泥漿液初/終凝結時間長,不能準確控制,容易流失,不宜結石.

      巷道支護只能從外在承受壓力,隨著壓力的增大對支護材料的要求相應提高。


      2、新型無機加固材料:


      目前市場上的新型無機加固材料都是由一種兩組分組成的注射產品,其原理是將材料壓注到破碎煤巖體,生成一種對煤巖體具有較高粘結性的彈性體,人為地改善了松軟破碎煤巖體的物理力學性能,彈性體在破碎煤巖體內膨脹、滲透、充滿整個裂隙面形成網絡骨架,起到補強加固、充填密實作用,在高壓作用下甚至漲開、漲大微小的節理發育層面,漿液充填所有的裂隙,工作面揭露后松散煤巖體已粘結為一體,不易片幫、冒落,有利于及時、安全、有效支護作業。適用于含水、松散、破碎的煤巖體加固,掘進工作面和采煤工作面頂板、煤壁、超前支護段加固,斷層帶、陷落柱、煤巖層破碎帶的超前加固。

      無機加固材料特點:(1)抗壓強度高,可達50MP以上


      (2)反應溫度低,小于90℃


      (3)遇水不發泡,可用于含水的煤巖體加固。


      (4)注入煤巖體后安全性好


      二、礦井水災防治


      凡是影響礦井正常生產活動、威脅礦井安全生產、增加生產成本和使礦井局部或全部被淹沒的礦井涌水事故,稱為礦井水災(亦稱礦井水害)。


      礦井水災的危害:當礦井發生水災時,不但會影響礦井的正常生產,而且會造成人員傷亡以及淹沒礦井和采區,造成很大的人員傷亡和財產損失,危害十分嚴重。


      1、傳統堵水方法:在保證礦井安全生產的前提下以防為主、防治結合,可歸納為“查、探、放、截、堵、排”六個字的綜合防治措施。具體有井下探水、放水、截水(留設防水煤巖柱、設防水閘門和水閘墻、建立防排水系統)。


      2、 新型無機堵水材料:是一種遇水發生反應而形成交聯體,是一種不溶于水的聚合體和高強度的凝體。它是在傳統堵水的基礎上利用材料的滲透性可將煤巖層裂隙充分粘結在一起,形成一個密閉整體,進一步提高堵水工作,人為的引水、導水。而且新型材料遇水不反應,可永久的起到堵水作用。也可構筑擋水墻。


      無機堵水材料特點:


      (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)結石體的抗滲性能好,一般在 10-6~10-8cm/s之間


      (3)結石體抗壓強度高


      三、礦井火災防治


      火災是礦山的五大自然災害之一。井下發生火災,不僅會造成資源的損失、設備設施的損壞,導致生產中斷,而且更為嚴重的是會直接威脅礦工的生命安全。


      火災事故對礦井的危害:當礦井發生火災時,常造成人員傷亡、設備損失、礦井停產、資源破壞,嚴重者會導致瓦斯爆炸照造成更大的傷亡事故。


      1、傳統防治火災:采用不然性材料支護、設置消防材料庫、防火門、消防池和消防水管系統、封閉火區等。


      缺點:施工復雜,所需材料消耗大


      2、新型無機材料:火災的直接滅火、遠程防火密閉墻、注射加固嚴重裂隙地層或空隙堵截空氣和瓦斯。


      無機密閉充填材料特點:


      (1)方便、安全、可靠


      (2)膨脹倍數高,15-25倍


      (3)反應溫度低,小于60℃


      (4)收縮性強、氣密性好、不燃


      四、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過程中產生的以甲烷(CH4)為主的有毒有害氣體的總稱。


      瓦斯事故的危害:當井下瓦斯含量較高時,會相對降低空氣中氧氣的濃度,使人窒息;當瓦斯和氧氣混合達到一定濃度時,遇火能燃燒或者爆炸。


      1、傳統防治瓦斯災害:防止瓦斯積聚、控制火源的出現和瓦斯抽放等。


      2、新型無機材料:


      無機噴涂材料特點:(1)防止瓦斯溢出、提高瓦斯抽采濃度

                        (2)防止煤的風化,提高支護能力

                        (3)防止采空區之間漏風引起煤塵自燃及有害氣體泄露


      在高瓦斯礦井可用新型無機材料對巷道進行噴涂形成一層有效的防護層,防止瓦斯溢出。


      無機封孔材料特點:(1)生成物耐久性好,不收縮、膨脹倍數大

                        (2)反應速度快,安全性好

                        (3)粘結力強、密封性能好


      隨著煤炭行業“綠色煤礦、安全煤礦、科技煤礦、可持續發展”的戰略目標,傳統方法已不能滿足和有效的防治煤礦五大自然災害,新型無機材料必將其取代,翻開煤礦五大災害防治的新篇章開啟新的時代。


      山西安明宏遠 張銀龍


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