新型聚合材料在防治自燃發(fā)火方面的應(yīng)用
山東省三河口生建煤礦 胡傳亭 禹申友 王和平 楊長海
摘要：礦井煤層自燃發(fā)火從理論上講，是指具有自燃傾向性的煤層被破碎后與空氣接觸發(fā)生氧化到自燃。其中主要原因之一就是采空區(qū)或巷道等漏風(fēng)而造成的。本文結(jié)合三河口生建煤礦通過應(yīng)用浩珂?zhèn)ゲ┕镜南盗芯酆喜牧?，成功地將井下采空區(qū)、巷道、含水漏煤眼等漏風(fēng)點(diǎn)進(jìn)行了封堵，在防治自燃發(fā)火方面取得顯著成效。
關(guān)鍵詞：聚合材料、防治自燃發(fā)火、應(yīng)用
一、概述：
三河口生建煤礦為多水平開拓方式，目前開采第一水平3上、3下煤層。礦井延深開拓為集中下山布置。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬噸/年，1990試生產(chǎn)，2000年達(dá)到90萬噸/年，2000年至今實(shí)際產(chǎn)量已超過100萬噸/年。2000年至2003年始終保持三個(gè)對拉工作面生產(chǎn)，其中一個(gè)高檔普采工作面，兩個(gè)炮采對拉工作面?，F(xiàn)開采方式為走向長臂傾斜分層開采，采用巖石集中巷，實(shí)行3上、3下聯(lián)合布置，其中可采的3上煤層平均厚度為5.6米，3下煤層厚度為3.8米，自燃發(fā)火期為4-17個(gè)月。由于首采采區(qū)工作面分層開采時(shí)，造成頂板多次垮落及漏風(fēng)，在1993年3上215懸移支架放頂煤開采時(shí)工作面首次出現(xiàn)CO，2002年10月10日在掘進(jìn)3下215（2）上切眼時(shí)出現(xiàn)CO、C2H4、C2H6、C3H8等自燃標(biāo)志性氣體。與此同時(shí)，在掘進(jìn)的3下231（1）上順槽、221（2）中間巷、3下215（2）上順槽、3下215（2）中間巷等巷道時(shí)都不同程度地出現(xiàn)高溫點(diǎn)，（溫度30℃，O2低于18%，CO2＞2%）給礦井正常生產(chǎn)帶來了極大的影響。
二、對3下215（2）上切眼火區(qū)的簡介及采取的措施：
1、3下215（2）上切眼火區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r。
自礦井發(fā)現(xiàn)自燃征兆以后，礦技術(shù)人員認(rèn)真研究了3下215（2）上切眼上部及3上215的遺留煤柱情況認(rèn)為：3上215及3下215的遺留煤柱因受采動(dòng)動(dòng)壓影響，現(xiàn)已破碎，自燃的地點(diǎn)是3下215遺留的浮煤及破碎的煤柱，于是制定了一套防滅火施工方案。
?、俑淖兣R近3下214（2）對拉工作面通風(fēng)方式。即由上行通風(fēng)改為下行通風(fēng)，降低了3下215（2）上切眼的漏風(fēng)風(fēng)量。（見圖一）
②自3下215（2）切眼發(fā)熱點(diǎn)向采空區(qū)打密集鉆孔，實(shí)施注水，鉆孔位置及參數(shù)：（見表一）
注水后CO等氣體明顯減小，溫度下降。但10月29日早班檢測發(fā)現(xiàn)，個(gè)別地點(diǎn)CO急聚升高到5000ppm，溫度上升。經(jīng)中國礦業(yè)大學(xué)、山東科技大學(xué)防滅火專家與礦方技術(shù)人員分析認(rèn)為：3上煤層停采已久，且回采3下第一分層時(shí)，兩煤層之間的巖柱（8-16米）已斷裂。3上煤層也已自燃，且火源有向3下煤層傳遞的可能。為證實(shí)這一點(diǎn)，分別自3個(gè)不同位置、不同方向向3上采空區(qū)打深孔注水，發(fā)現(xiàn)注入水溫為15℃，水流出溫度為45℃，并伴有高濃度CO，最高濃度達(dá)到15000ppm。為確保井下其它工作面正常生產(chǎn)及井下人員的生命安全，于11月9日撤回設(shè)備，封閉火區(qū)。
2、堵漏材料的選擇：
三河口礦3上、3下煤層均采用分層開采，巷道、煤柱多次受采動(dòng)壓力的影響，破壞嚴(yán)重，造成多處漏風(fēng)并產(chǎn)生高溫點(diǎn)。特別是巖石集中巷、2#、3#、4#、5#漏煤眼含水且漏風(fēng)，給防治煤層自燃帶來困難。參考臨近礦區(qū)及國內(nèi)外控制火區(qū)的技術(shù)發(fā)現(xiàn)，目前防治漏風(fēng)、封閉火區(qū)絕大多數(shù)采用的材料為黃泥、砂漿、磚墻、凝膠。施工中為確保不漏風(fēng)，錨噴巷道要掏槽，防火密封墻內(nèi)的黃泥夾層長達(dá)若干米，且要在密閉內(nèi)外噴混凝土。一旦遇到地質(zhì)破壞帶或架棚巷道及含水的漏風(fēng)點(diǎn)，原有的堵漏方法就無法滿足生產(chǎn)要求。在大量研究國內(nèi)外的堵漏風(fēng)的技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合三河口礦的是實(shí)際情況，決定采用中法合資即浩珂?zhèn)ゲ┕旧a(chǎn)的聚合材料，即艾格勞尼、馬麗散等。
3、聚合材料的基本特性：
聚合材料主要是一種聚合物和另外一種加速劑通過該公司專利產(chǎn)品高容量注射槍混合后射入需要地點(diǎn)，在短時(shí)間內(nèi)即可完成發(fā)泡。作用：①中空填充和冒頂工作后的封閉。②砂質(zhì)底層的固結(jié)。③破碎和不穩(wěn)定地層的固結(jié)。④有地?zé)崆闆r下的側(cè)面隔絕。⑤節(jié)理水密封。優(yōu)點(diǎn)：①質(zhì)量輕、有2—20倍的膨脹率，中空填充用量小。②泡沫反應(yīng)迅速快，不需要防漏支架。③不蔓延火區(qū)，適用于井下滅火。④泡沫形成后不溶于水。
4、聚合材料堵漏基本原理及工藝
1、艾格勞尼。采用兩種不同的膠體聚合材料，通過用高壓風(fēng)帶動(dòng)的艾格勞尼單體泵自不同的兩個(gè)容器通過軟膠管吸入泵中，經(jīng)過加壓后，以20：15或1：1的體積相混合，同時(shí)壓入噴射頭，兩種液體經(jīng)過噴射頭內(nèi)的壓縮空氣自動(dòng)激活，射入要堵漏風(fēng)的地點(diǎn)，瞬間發(fā)泡達(dá)到原體積20倍以上，可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)防火密閉、冒頂或一般的裂隙等上部空洞的填充。工作原理（見圖二）：
2、馬麗散N:兩種不同程度的聚亞膠粘產(chǎn)品，經(jīng)一臺泵和一支混和槍注入要堵漏的含水漏風(fēng)巷道內(nèi)，低粘度混合物保持液體狀態(tài)內(nèi)幾秒鐘，滲透細(xì)小的裂隙后開始膨脹，從而有效地加固和密封含水、漏風(fēng)地點(diǎn)。（馬麗散注射泵原理與艾格勞尼注射泵原理基本相同，區(qū)別是產(chǎn)生的壓力較大）馬麗散技術(shù)參數(shù)：（見表二、表三）
(表二)
1、基本成分
樹脂
催化劑
25℃時(shí)的密度(g/cm3)
1.04
1.23
25℃時(shí)的粘度(mpa.s)
200
210
混合比例(體積比)
1
1
20℃時(shí)的儲存期限(月)
6
6
存儲溫度(℃)
5-30
5-30
包裝
30公斤塑料桶
35公斤塑料桶
(表三)
2.聚合產(chǎn)品
應(yīng)用溫度(℃)
15
25
最初的粘度(Mpa.s)
450
250
開始反應(yīng)(分鐘)
1:15
0:45
發(fā)泡結(jié)束(分鐘)
2:10
1:25
膨脹比
2
2
壓力(Mpa)
＞10
＞10
粘合力(Mpa)
＞1
＞1
5、堵漏效果：
運(yùn)用艾格勞尼對3下231（1）上順槽、3下221（2）中間巷、3下215（2）上順槽、3下215（2）中間巷及3下215（2）火區(qū)等地點(diǎn)進(jìn)行封堵后，從根本上杜絕了采空區(qū)及巷道的漏風(fēng)；運(yùn)用馬麗散對巖石集中巷內(nèi)漏風(fēng)且含水的2#、3#、4#、5#漏煤眼實(shí)施了成功的堵漏。目前3下215（2）上切眼火區(qū)除有22ppm的CO濃度的氣體外，C2H4、C2H6、C3H8等氣體均已消失。3下215（2）采面已經(jīng)開始生產(chǎn)，巷道已經(jīng)恢復(fù)正常掘進(jìn)。
三、聚合材料的優(yōu)缺點(diǎn)：
1、艾格勞尼主要優(yōu)、缺點(diǎn)：
?。?）優(yōu)點(diǎn)：①膨脹率高，材質(zhì)輕，不傳熱，可以從低位傳到高位充填，對防止瓦斯等氣體積聚、封堵裂隙防治漏風(fēng)效果明顯。②封堵速度快，易于操作，在1小時(shí)內(nèi)可施工完一道斷面7.2平方米，厚度2—3米的防火密閉墻，效率高。③成本低，使用方便。
?。?）缺點(diǎn)：①充填固狀物抗壓強(qiáng)度低，不抗沖擊。②聚合材料有一定的氣味。
2、馬麗散的主要優(yōu)點(diǎn)：
?。?）優(yōu)點(diǎn)：①粘度低，能很好地滲入細(xì)小的裂隙中，操作方便。②極好的粘合能力與地層等易于形成很強(qiáng)的粘合。③其良好的柔韌性能能承受地層運(yùn)動(dòng)。④可與水反應(yīng)并封閉水流及漏風(fēng)。⑤能提高煤倉倉體內(nèi)煤的支撐機(jī)械阻力。
?。?）缺點(diǎn)：主要缺點(diǎn)是成本較高。
四：結(jié)論：
聚合材料通過在三河口生建煤礦4個(gè)多月的應(yīng)用，成功地根治了漏風(fēng)，保證了3下215（2）采煤工作面的安全生產(chǎn)及的3下231（1）上順槽、3下221（2）中間巷、3下215（2）上順槽、3下215（2）中間巷等掘進(jìn)迎頭的正常掘進(jìn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。實(shí)踐證明，聚合材料是一種新型的具有廣闊推廣前景的防自燃發(fā)火材料。
參考文獻(xiàn)：
1、中國煤炭工業(yè)勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)礦井通風(fēng)專業(yè)委員會(huì)《第十一屆學(xué)術(shù)和議論文集》。
