巷道防漏风胶凝材料的实验研究.pdf

第 34卷第 3期 2003 年 5 月太原理工大学学报 JOURNAL OF T AIYU AN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol. 34No. 3 May2003 文章编号 1007-9432 2003 03-0282-03 巷道防漏风胶凝材料的试验研究邢玉忠 1, 刘丽卿2 1. 太原理工大学矿业工程学院, 山西太原 030024; 2. 山西省工业管理学校, 山西太原 030012 摘要通过对石膏促凝剂和缓凝剂的研究, 找到了控制石膏凝结速度的途径, 通过现场工业性试验, 给出了封堵巷道漏风的最佳喷涂工艺, 实践证明该方法经济、高效、实用。关键词胶凝材料; 巷道漏风中图分类号 T D728 文献标识码 A 矿井漏风不但会减少矿井有效风量, 增加主扇电耗, 而且会引起煤炭自燃, 造成瓦斯积聚, 使通风系统复杂化, 降低了矿井的防灾、抗灾能力, 因而煤矿巷道漏风的防治一直是亟待解决的课题。巷道防漏风的难点在于漏风面积大, 漏风裂隙较为隐蔽且分布广泛, 施工困难。采用喷涂法防漏风, 具有直接、高效、经济的特点, 但对喷涂材料的性能要求较高。通过对大量胶凝材料的试验研究, 发现建筑石膏具有来源广范、价格低廉、无体缩龟裂、重量轻、密闭性强、凝结速度快、无毒无异味、对井下环境无污染等优点, 且石膏与岩石、水泥、煤、砖、木材等均有良好的粘结性凝结体的粘结强度为 0. 5～1. 5 MPa , 石膏凝结后还会产生约 1 的膨胀, 而且不开裂, 因而石膏是用喷涂法防漏风的理想材料。应用石膏喷涂巷道防漏风的核心技术在于掌握能控制石膏凝结速度的外加剂。 1 实验目的根据井下漏风的特点, 要求堵漏材料使用后要立即与巷道壁顶粘结, 并产生一定粘结强度, 以达到堵漏风的目的, 为此在井下工业性试验之前必须在实验室完成如下工作 1 寻找、研制能控制石膏凝结速度的外加剂。 2 研究影响石膏凝结速度的促凝剂、缓凝剂的添加量及其影响程度。 3 考察外加剂的来源、成本、是否易于加入、加入量是否易于掌握等实际问题。在实验室虽然不能得到喷射条件下的石膏沙浆体干喷 , 但能通过控制水膏比的变化找到凝结体强度、密闭性、凝结时间等参数随含水量的变化趋势, 从而推测出喷射膏体的密封性和强度的大概情况。从以下数个实验结果可以看出, 随着水膏比的减小, 凝结体强度普遍增加, 密封性增强。实验的另一个目的是找到各种石膏调凝剂的调节幅度, 以便在井下工业性试验现场, 能根据具体情况及时调节石膏的凝结速度添加促凝剂或缓凝剂 , 使喷出的混合体[ 水液、沙、膏] 能及时地凝结在巷道壁顶上, 以达到封堵巷道漏风的目的。 2 石膏促凝剂的研究常用石膏促凝剂有芒硝、水玻璃、氯化钠 NaCl 、氯化钙 CaCl2 、生石灰粉 CaO 等, 另外水膏比的变化对石膏凝结速度的影响也非常大。 2. 1 水膏比对石膏凝结速度的影响通过实验可得水膏比与石膏凝结速度间的变化曲线如图 1 所示。 2. 2 水玻璃对石膏凝结速度的影响将质量分数为 1的水玻璃液在不同液膏比下对石膏凝结速度的影响如图 2 与图 1 中对应水膏比下石膏凝结速度进行比较, 不难看出水玻璃对石膏凝结速度的作用。 2. 3 氯化钠对石膏凝结速度的影响氯化钠浓度对石膏凝结速度的影响见图 3. 2. 4 生石灰粉 CaO 对石膏凝结速度的影响取定量石膏粉若干份, 分别加入不同量的水和生石灰粉, 可得在水膏质量比为 0. 6∶1 的条件下, 收稿日期 2002-06-19 基金项目横向课题巷道防漏水试验 202714 作者简介邢玉忠 1963- , 男, 河北沧州人, 副教授, 主要从事煤矿安全技术及工程的教学与科研工作。图1 水膏比对石膏凝结速度的影响图 2 质量分数为 1 的水玻璃对石膏凝结速度的影响图 3 液膏质量比为 0. 8∶1 时NaCl 浓度对石膏凝结时间的影响 CaO 掺量与石膏凝结速度间的变化曲线, 如图 4 所示; 及 CaO 与石膏的质量分数为 1时不同水膏比下的凝结时间的变化曲线, 如图 5 所示。图 4 水膏质量比为 0. 6∶1 时CaO掺量对石膏浆体凝结速度的影响根据纯石膏水膏比与凝结时间的变化曲线与含 1 CaO 之石膏的水膏比与凝结时间的变化曲线, 可得加入 1 CaO 前后水膏比对膏体凝结时间的变化曲线对照图, 如图 6 所示。芒硝对石膏凝结速度的影响取建筑石膏 1 kg, 用质量分数为 1的芒硝液 1 000 mL 搅拌均匀, 浆体立即失去流动性, 且在 1～2 min 内凝结。上述实验都是在水膏比较大的条件下进行的, 对井下干喷作业, 由于其水膏比大大减少, 故其凝结速度也会更快。 3 石膏缓凝剂的研究石膏常用缓凝剂主要有羧甲基纤维素钠 CMC、硼沙、柠檬酸、聚丙稀酰胺等。根据实验结果, 可绘制出纤维素钠、硼沙、柠檬酸对石膏凝结速度的影响曲线, 如图 7、 8、 9所示。图 5 含1 CaO 的石膏粉在不同液膏比下的凝结速度曲线图 6 加入1 CaO 前后水膏比与凝结时间变化曲线的对照图图7 质量分数为 1 的 CMC 液对石膏凝结速度的影响 4 堵漏风实践与效果为便于施工, 喷浆工艺采用与喷射混凝土相似的干喷工艺, 外加剂以粉状直接与石膏粉、细沙混 283 第 3 期邢玉忠等巷道防漏风胶凝材料的试验研究图 8 不同液膏比下 1 的硼沙对石膏凝结速度的影响图 9 液膏质量比为1∶1 时柠檬酸浓度对石膏凝结速度的影响合, 由压气送至喷枪后与喷枪周围喷出的雾状水混合, 这样不但减化了工艺, 而且喷浆手易于操作, 同时也利于普及与推广。巷道防漏风试验在凤凰山矿 2112 集中回风巷进行, 试验针对 2112 集中回风巷三处漏风的特点, 采用了三种不同的干喷方法 1 石膏加缓凝剂羧甲系纤维素钠 CMC。第一段巷道喷涂试验中, 由于 CMC 没有提前在冷水中泡开, 对水泵进水口有堵塞, 加之水泵压力小, 使得水灰比设计为 0. 6 以下控制失调, 喷涂效果不理想。 2 石膏加缓凝剂芒硝加细沙。针对前一段巷道喷涂中的问题, 在进行第二段巷道防漏喷涂时采取了如下改进 a. 加细沙增加干喷混合物的动量, 减少石膏的损失; b. 更换易溶于水的芒硝作为石膏的缓凝剂。试验结果证明以上两项措施十分有效, 黄沙的加入大大减少了巷道风流对喷射中石膏粉的影响, 更换调凝剂后, 水泵入口被堵的问题也被解决, 但水压不足仍然影响喷射质量。经验证查看此段巷道喷涂后已无明显可感觉漏风。 3 石膏加细沙加生石灰粉或柠檬酸粉。为了减化作业工艺, 提高工作效率, 在第三段巷道防漏风喷涂施工时, 甩掉了水泵供水液系统, 直接使用水管中的静压水其压力可达 1. 0 MPa , 并把粉状缓凝剂生石灰粉或柠檬酸直接在喷浆机中与石膏混合, 效果明显提高, 操作起来比喷射混凝土还方便, 回弹量也少, 能达到较为理想的喷射效果。经过以上现场试验可以确定该技术实用、有效、经济。 4 结论 1 最佳石膏外加剂为生石灰粉, 它不但调凝效果好, 而且施工方便, 经济性好。 2 最佳施工工艺为直接使用井下静压水管供水, 调凝剂直接与建筑石膏混合, 采用喷浆机干喷工艺对巷道壁进行喷涂作业。 3 堵漏风作业中无二氧化硅粉尘产生, 不污染井下环境。 4 用该方法封堵井下漏风高效、经济、实用。参考文献 [ 1] 余红发. 缓凝剂对建筑石膏物理力学性能的影响[J] . 新型建筑材料, 1999 4 13-15. [ 2] 李庚英, 林芳辉, 彭家惠. 建筑石膏缓凝剂的研究[ J] . 汕头大学学报, 1998 2 27-31. 下转第 294页 284 太原理工大学学报第 34 卷 The Effect of Light on the Photoelectrocatalytic Activity of TiO2Thin Film WU Ai-lian, GUO Ting, SUN Yan-ping College of Chemical Engineering semiconductor-photoelectrode; photocatalysis- oxidation; electrochemical impedance spectroscopy 编辑张红霞上接第 284 页 Study on the Test of Cementing Material with Air Leakage Prevention in Roadway XING Yu-Zhong1, LIU Li-qing2 1. College of M ining Engineering of T UT , T aiyuan 030012 China; 2. Shanx i I ndustrial Management School, T aiyuan 030021 China Abstract By studying the influence of coagulant and retarding agent for plaster, the pathway is found about controlling the condensation speed of plaster. T hrough industrial test, the best shotcreting plastering technology is given for sealing the air leakage in the roadway.T his technique is economical, practical and efficient that proved in practice. Key words cementing material; air leakage in roadway 编辑张爱绒 294 太原理工大学学报第 34 卷