新型無機材料在煤礦五大自然災(zāi)害中的應(yīng)用

2014年10月16日，山西安明宏遠受國務(wù)院國資委中國煤炭城市發(fā)展聯(lián)合促進會邀請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。出席領(lǐng)導(dǎo)有國務(wù)院國資委中國煤炭城市發(fā)展聯(lián)合促進會會長步云吉，中國國學(xué)院大學(xué)常務(wù)副校長李德深。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，并與與會嘉賓對時下煤礦安全問題進行技術(shù)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(chǎn)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(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，但它只能從外部對災(zāi)害進行防治，不能有效的解決隱患。針對這一問題現(xiàn)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(zāi)害，提高煤礦安全生產(chǎn)。

新型無機注漿材料是一種復(fù)合產(chǎn)品，有較好的粘結(jié)力，與煤巖體粘合后抗壓、抗剪強度高，耐沖擊、耐酸、耐堿性好。材料滲透性、流動性好，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)方法對五大自然災(zāi)害的防治和新型無機材料的應(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、加強巷道支護(打木垛、支U型鋼等)。優(yōu)點:水泥用為注漿材料,來源豐富,價格低廉.

漿液結(jié)石體強度高,抗深性好.

采用單液方式注入,工藝及設(shè)備簡單,操作方便.

缺點：水泥漿較脆且對煤質(zhì)有影響;

由于水泥是顆粒型材料,可注性差,難以注入中細粉沙層級裂隙巖層.

水泥漿液初/終凝結(jié)時間長,不能準(zhǔn)確控制,容易流失,不宜結(jié)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(yīng)提高。

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(chǎn)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(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、充滿整個裂隙面形成網(wǎng)絡(luò)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(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、安全、有效支護作業(yè)。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(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、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的礦井涌水事故，稱為礦井水災(zāi)(亦稱礦井水害)。

礦井水災(zāi)的危害：當(dāng)?shù)V井發(fā)生水災(zāi)時，不但會影響礦井的正常生產(chǎn)，而且會造成人員傷亡以及淹沒礦井和采區(qū)，造成很大的人員傷亡和財產(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)防水閘門和水閘墻、建立防排水系統(tǒng))。新型無機堵水材料：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，形成一個密閉整體，進一步提高堵水工作，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(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)重的是會直接威脅礦工的生命安全。

火災(zāi)事故對礦井的危害：當(dāng)?shù)V井發(fā)生火災(zāi)時，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、設(shè)置消防材料庫、防火門、消防池和消防水管系統(tǒng)、封閉火區(qū)等。缺點：施工復(fù)雜，所需材料消耗大

新型無機材料：火災(zāi)的直接滅火、遠程防火密閉墻、注射加固嚴(yán)重裂隙地層或空隙堵截空氣和瓦斯。無機密閉充填材料特點：(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、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)過程中產(chǎn)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(dāng)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(dāng)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(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(fēng)化，提高支護能力

(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(shù)大

(2)反應(yīng)速度快，安全性好

(3)粘結(jié)力強、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，新型無機材料必將其取代，翻開煤礦五大災(zāi)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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