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新型无机材料在煤矿五大自然灾害中的应用

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2014年10月16日,山西安明宏远受国务院国资委中国煤炭城市发展联合促进会邀请举办的新型材料在煤矿五大自然灾害中的应用高峰论坛在山西省展览馆胜利召开。出席领导有国务院国资委中国煤炭城市发展联合促进会会长步云吉,中国国学院大学常务副校长李德深。其次太原理工大学矿业工程学院相关教授针对煤矿五大自然灾害的处理及材料应用做了演讲,并与与会嘉宾对时下煤矿安全问题进行技术交流,山西安明宏远也提出了自己独到的见解,获得专家的支持肯定。


我国是世界上主要产煤国与消费国,资源储量大、分布广。随着煤矿开采强度不断加大,开采深度和规模日益增加,煤矿工程灾害程度加剧。水、火、瓦斯、粉尘、顶板是煤矿五大自然灾害,传统的预防五大自然灾害方法虽在煤矿安全生产中起到了一定作用,但它只能从外部对灾害进行防治,不能有效的解决隐患。针对这一问题现已成功研制出几种新型无机材料,可有效的解决煤矿五大自然灾害,提高煤矿安全生产。

新型无机注浆材料是一种复合产品,有较好的粘结力,与煤岩体粘合后抗压、抗剪强度高,耐冲击、耐酸、耐碱性好。材料渗透性、流动性好,遇水不发泡。该产品不含挥发性溶剂,不产生任何有毒、有害气体。下面为传统方法对五大自然灾害的防治和新型无机材料的应用。


一、矿井顶板事故防治


顶板事故是煤矿生产的主要灾害之一,是指在地下采煤过程中,顶板意冒落造成人员伤亡、设备损坏、生产终止等的事故。常见的有采区局部冒顶、巷道片帮等几种。

顶板事故的危害:在地下采煤过程中,顶板意外冒落照成人员伤亡,设备损坏,生产终止等事故。


1、传统治理方法:注水泥浆、加强巷道支护(打木垛、 支U型钢等)。


优点:水泥用为注浆材料,来源丰富,价格低廉.

     浆液结石体强度高,抗深性好.

     采用单液方式注入,工艺及设备简单,操作方便.


缺点:水泥浆较脆且对煤质有影响;

      由于水泥是颗粒型材料,可注性差,难以注入中细粉沙层级裂隙岩层.

      水泥浆液初/终凝结时间长,不能准确控制,容易流失,不宜结石.

巷道支护只能从外在承受压力,随着压力的增大对支护材料的要求相应提高。


2、新型无机加固材料:


目前市场上的新型无机加固材料都是由一种两组分组成的注射产品,其原理是将材料压注到破碎煤岩体,生成一种对煤岩体具有较高粘结性的弹性体,人为地改善了松软破碎煤岩体的物理力学性能,弹性体在破碎煤岩体内膨胀、渗透、充满整个裂隙面形成网络骨架,起到补强加固、充填密实作用,在高压作用下甚至涨开、涨大微小的节理发育层面,浆液充填所有的裂隙,工作面揭露后松散煤岩体已粘结为一体,不易片帮、冒落,有利于及时、安全、有效支护作业。适用于含水、松散、破碎的煤岩体加固,掘进工作面和采煤工作面顶板、煤壁、超前支护段加固,断层带、陷落柱、煤岩层破碎带的超前加固。

无机加固材料特点:(1)抗压强度高,可达50MP以上


(2)反应温度低,小于90℃


(3)遇水不发泡,可用于含水的煤岩体加固。


(4)注入煤岩体后安全性好


二、矿井水灾防治


凡是影响矿井正常生产活动、威胁矿井安全生产、增加生产成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井涌水事故,称为矿井水灾(亦称矿井水害)。


矿井水灾的危害:当矿井发生水灾时,不但会影响矿井的正常生产,而且会造成人员伤亡以及淹没矿井和采区,造成很大的人员伤亡和财产损失,危害十分严重。


1、传统堵水方法:在保证矿井安全生产的前提下以防为主、防治结合,可归纳为“查、探、放、截、堵、排”六个字的综合防治措施。具体有井下探水、放水、截水(留设防水煤岩柱、设防水闸门和水闸墙、建立防排水系统)。


2、 新型无机堵水材料:是一种遇水发生反应而形成交联体,是一种不溶于水的聚合体和高强度的凝体。它是在传统堵水的基础上利用材料的渗透性可将煤岩层裂隙充分粘结在一起,形成一个密闭整体,进一步提高堵水工作,人为的引水、导水。而且新型材料遇水不反应,可永久的起到堵水作用。也可构筑挡水墙。


无机堵水材料特点:


(1)浆液能均匀地分散或溶解在大量水中,凝胶后形成包有水的弹性体


(2)结石体的抗渗性能好,一般在 10-6~10-8cm/s之间


(3)结石体抗压强度高


三、矿井火灾防治


火灾是矿山的五大自然灾害之一。井下发生火灾,不仅会造成资源的损失、设备设施的损坏,导致生产中断,而且更为严重的是会直接威胁矿工的生命安全。


火灾事故对矿井的危害:当矿井发生火灾时,常造成人员伤亡、设备损失、矿井停产、资源破坏,严重者会导致瓦斯爆炸照造成更大的伤亡事故。


1、传统防治火灾:采用不然性材料支护、设置消防材料库、防火门、消防池和消防水管系统、封闭火区等。


缺点:施工复杂,所需材料消耗大


2、新型无机材料:火灾的直接灭火、远程防火密闭墙、注射加固严重裂隙地层或空隙堵截空气和瓦斯。


无机密闭充填材料特点:


(1)方便、安全、可靠


(2)膨胀倍数高,15-25倍


(3)反应温度低,小于60℃


(4)收缩性强、气密性好、不燃


四、矿井瓦斯防治


矿井瓦斯是指煤矿井下从煤、岩层中涌出的以及生产过程中产生的以甲烷(CH4)为主的有毒有害气体的总称。


瓦斯事故的危害:当井下瓦斯含量较高时,会相对降低空气中氧气的浓度,使人窒息;当瓦斯和氧气混合达到一定浓度时,遇火能燃烧或者爆炸。


1、传统防治瓦斯灾害:防止瓦斯积聚、控制火源的出现和瓦斯抽放等。


2、新型无机材料:


无机喷涂材料特点:(1)防止瓦斯溢出、提高瓦斯抽采浓度

                  (2)防止煤的风化,提高支护能力

                  (3)防止采空区之间漏风引起煤尘自燃及有害气体泄露


在高瓦斯矿井可用新型无机材料对巷道进行喷涂形成一层有效的防护层,防止瓦斯溢出。


无机封孔材料特点:(1)生成物耐久性好,不收缩、膨胀倍数大

                  (2)反应速度快,安全性好

                  (3)粘结力强、密封性能好


随着煤炭行业“绿色煤矿、安全煤矿、科技煤矿、可持续发展”的战略目标,传统方法已不能满足和有效的防治煤矿五大自然灾害,新型无机材料必将其取代,翻开煤矿五大灾害防治的新篇章开启新的时代。


山西安明宏远 张银龙


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