标题 | 膨胀充填构筑采空区防火密闭墙 |
范文 | 赵宏涛 摘要:邢东矿由于地压大造成的巷道形状变化大,新建成的防火密闭墙使用时间较短就会出现漏风现象,邢东矿通过多年研究,采用了膨胀膏水进行墙间、墙体四周注浆,解决了密闭墙漏风严重现象,杜绝了采空区自燃发火现象发生。 Abstract: The shape of the roadway caused by large ground pressure in Xingdong Mine has changed greatly. Leakage phenomenon will occur when the newly constructed fireproof closed wall is used for a short time. Xingdong Mine has used the swelling paste water for grouting around the walls through years of research. This has solved the serious air leakage of the sealed wall and eliminated spontaneous combustion and flaming in the goaf. 关键词:防火;密闭;充填 Key words: fire prevention;airtight;filling 中图分类号:TD75+2 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2018)27-0139-03 1 概述 煤层自燃发火是煤矿安全生产的一大重要隐患,如何治理煤层自燃发火成了矿井安全生产的重点工程。尤其是对于开采有自燃发火煤层的矿井,火灾发生率更高。其发生火灾的主要原因就是由于空气与煤炭直接接触,煤炭氧化自热进而引起自燃。因此,为了减少此类火灾的发生,相应采取了一系列防灭火措施,其中主要是从隔绝空气,防止空气与煤炭直接接触,抑制煤炭与煤层的氧化自燃入手,采用砌筑密闭隔墙,封堵隔氧等治理方法。其具体有以下几种方法:①双层木板密闭隔墙,中间填砂子、矿渣或粘土;②两道砖墙中间填砂子或粘土;③红砖密闭墙;④料石密闭墙;⑤混凝土密闭墙;⑥草袋内装砂充填堆砌等。上述几种常见的封堵砌筑方法,其中的一个主要弊端是劳动强度大,工序复杂。此外,由于密闭墙的整体性差,在砌筑渗漏大,尤其是周边受压后,密闭易产生裂隙,也易于透漏空气。 邢东矿煤层易自燃发火,因此,采后空区的密闭防灭火工作成为该矿安全生产中的一项重要的日常工作。目前,邢东矿采用的密闭墙构筑方式:两道砖墙中间充填膏水材料。这种构筑方式大大降低了劳动强度。但由于膏水材料本身不具有膨胀性能,加上巷道受矿压影响,巷道周边参差不齐,巷道围岩存在空隙和裂缝,密闭墙构筑后还是有透漏空气的现象。为了提高密闭效果,促进安全生产,开展了“膨胀充填构筑采空区防火密闭墙技术”项目的研究。 主要内容:①针对邢东矿的生产条件,进行膨胀充填材料和密闭墙构筑技术研究;②密闭墙巷道周边裂隙注浆封堵技术研究。 2 膨胀充填材料的组成及优化配比 2.1 膨胀充填材料的组成 膨胀充填材料主要由膏水材料、膨胀固化剂按适当的比例构成。膏水材料由冀中能源股份有限公司生产,膨胀固化剂采用中国矿业大学(北京)研制的KDB膨胀固化剂。充填材料均为无机材料,无毒、无害、不自燃、腐蚀性小。 膨胀充填材料加入一定比例的水经搅拌均匀后,通过管路泵送至充填地点,在较短的时间内凝结固化成充填体。充填体无毒、无害、不自燃、不透气。而且,可以根据工程需要,料浆在凝固前能够膨胀,膨胀现象一般发生在浆液均匀混合后的20-40分钟,膨胀系数可在0-100%的范围内调制。这种膨胀性能可以使充填体和巷道周边实现严密有效的密闭。 2.2 膨胀充填材料的配比设计 以项目的主要技术要求为研究目标,经过大量的研究与实验对比,获得膨胀充填材料的优化配比方案,及相应的充填体强度特性等,分别见表1、表2。 3 充填密闭墙构筑工艺技术 3.1 充填密闭墙基本形式 充填密闭墙的基本形式:两道砖墙中间注入膨胀充填材料,砖墙厚度0.7m,膨胀充填体厚度5m。 3.2 膨胀充填工艺技术 充填料浆制备及输送工艺流程见图1。设备的具体布置方式可根据井下实际条件灵活安排。 3.3 充填系统设备选型 充填系统设备主要是搅拌机、充填泵和输送管路。搅拌机是用来搅拌充填料浆的,经搅拌机攪拌均匀后的浆液由充填泵经管路输送到充填地点。选择搅拌机和充填泵应综合考虑充填材料性能、浆液输送量、输送管路的最大压力及输送环境等几方面的因素。充填泵、搅拌机和输送管路采用邢东矿现有密闭墙充填设备。 3.4 充填密闭墙的构筑工艺 充填密闭墙构筑为保证施工质量,实现有效密闭,在巷道两帮进行适当掏槽。采空区侧的砖墙向两帮掏槽0.5m深,槽宽和砖墙厚度相同。巷道外侧砖墙位置向两帮掏槽0.5m深,槽宽为1.5m,其中0.7m宽用于砌砖墙,0.8m用于充填密实。 在巷道外侧的砖墙砌筑过程中留设充填管和出气管入口,砖墙完成并硬化后,向两砖墙中充填膨胀充填料浆。首先,进行微膨胀料浆充填(表1中的配比1)。达到充填高度的80%时,进行中度膨胀料浆充填(表1中的配比2)。待出气管出浆时停止充填。 3.5 充填作业操作工序 第一步:准备工作: ①准备本次充填用的充填材料;②检查泵、搅拌桶、电控及信号系统,必要时用水试泵,以确保系统畅通无阻。 第二步:制浆充填。 4 密闭墙巷道周边裂隙注浆封堵技术 根据巷道矿压的普氏理论,顶板破碎带高度h可按下式确定: b'——自然平衡拱在巷道两帮的投影距离,m。 根据生产地质资料,巷道宽为5m,高为3.5m;巷道直接顶为粉砂岩,单轴抗压强度为30.4MPa,其普氏系数f=30.4/10=3.04;两帮现有支护条件下的煤层内摩擦角为40°。 上述参数带入式(1)、(2)、(3)可以得到: b'=1.63m,B=4.3m,h=1.36m 4.1 破碎区注浆孔分布 注浆孔的分布,主要有注浆孔的孔距、孔深以及角度。根据前文分析,巷道顶板破碎区高度为1.36m。考虑到巷道埋深较大,并结合巷道现有支护条件,确定注浆高度为1.5m。注浆一般采用等距布孔、梅花形布置方式。注浆扩散半径一般R=1-2m,孔间距一般取0.8R。本次注浆孔间距取1m,并结合破碎拱形态,确定钻孔分布。 4.2 注浆孔深度和角度 确定了注浆高度,注浆孔深度和角度的关系如图2所示。可采用以下公式计算: 4.3 注浆工艺 4.3.1 注浆工艺流程 注浆工艺系统如图3所示。 4.3.2 钻孔注浆次序 钻孔注浆按以下顺序:1#钻孔→2#、3#钻孔→4#、5#钻孔→6#、7#钻孔。 4.3.3 注浆压力 不同文献介绍的注浆工程中注浆压力相差悬殊,考虑到在裂隙体中注浆,注浆压力主要用于克服浆液在裂隙体中的流动阻力。因此,注浆压力不需要太大,上限为1-2MPa,并在施工时适当调整。 4.3.4 注浆量 根据本次施工的钻孔布置以及浆液在裂隙岩体中的流动特点,考虑在密闭墙顶板中形成一条高1.5m、长3m(沿巷道走向)、宽8.26m(巷道顶板破碎的宽度)的注浆密实带,达到巷道周边裂隙封堵隔漏效果。因此,注浆的破碎带体积计算如下: 在支护条件下,考慮到破碎带孔隙率为10%左右。因此,可得需要注浆的裂隙体积为: 考虑到充填过程中充填材料的损耗以及充填浆液向其它区域的流动量,浆液量考虑1.5倍的富裕系数,因此可得所需的总注浆量: 参考文献: [1]喻晓峰,刘其志.矿井通风[M].重庆大学出版社,2013-01-07. [2]王俭.煤矿通风安全量化分析与分区安全管理[M].煤炭工业出版社,2010-11-01. |
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