采煤工作面囊袋封堵漏风技术研究.pdf

92 技术应用与研究 2020 ・ 15 当代化工研究 Modem Chemiad Remearch 釆煤工作面囊袋封堵漏风技术研究 *张志强 （郑州煤电股份有限公司超化煤矿河南450000） 摘要现已有大量工程实践表明，工作面采空一旦存有漏风情况，则将会增加煤氧化自燃事件发生的风险.为保证采煤工作面开采过程 的安全性，提出合理应用囊袋封堵漏风技术设想.文章在分析121103工作面具体情况的基础上，对塑性材料配制比等展开研究分析，获得 了塑性封堵材料餉最适配比，并对其具体应用予以探究.该材料持有较优良密闭性与可塑性，现场使用时也表现出良好效能. 关键词工作面；采空区；煤自燃；囊袋封堵漏风；塑性填充 中图分类号TD752 文献标识码A Research on Bag Sealing Air Leakage Technology in Coal Mining Face Zh a n g Zh iq ia n g Ch a o h ua Co a l Min e, Zh en gzh o u Co a l Po wer Co ., Lt d ., Hen a n , 450000 Abstract A large number of engineering practices have shown that once there is air leakage in the goaf, it will increase the risk of coal oxidation and spontaneous combustion. In order to ensure the safety of the mining process in the coal face, a proposal of reasonable applying the bag sealing air leakage technology is proposed. Based on the analysis of the specific situation of 121103 working face, this paper studies and analyzes the proportion of plastic materials, obtains the optimum proportion of plastic sealing materials, and probes into its specific application. The material has good airtightness and plasticity, and it also shows good perance when used on site. Key words x working face gocif； ； coal spontaneous combustion bag sealing air leakage plastic filling 煤是促进我国社会经济持续发展的重要基础资源类型， 现如今我国煤炭挖掘深度逐渐拓展，矿井生产状况得到全社 会的广泛关注，煤自燃是威胁矿井生产安全性的主要灾害类 型。有效防控、治理煤自燃是诸多煤矿企业运营期间持续探 索的问题，回顾既往我国煤自燃情况，发现其大多数发生在 工作面的采空区，若能实施有效封堵措施，则有益于降低煤 自燃事件发生率山。传统封堵法在使用过程中暴露出容易堵 管、后期易发生硬化等劣势，噬待改进。本文提出一种新的 防堵方法一一囊袋封堵漏风技术。 1. 工作面概况 勘测资料记载，1211031作面平均走向长度是1409. 2m, 倾向长度均值为202. 0 （净煤壁），煤层厚度为2. 8〜 4.0m,均值为3. 5m。使用综合机械工艺顺沿煤层顶板进行开 采作业，一次开采采全高，借用全部垮落法管理顶板，已知 工作面推进速度是6. 1〜7.0m/d；直接顶材质以泥岩与粉砂 岩为主，老顶是细砂岩；煤尘有很大概率诱导爆炸事件，结 合权威机构作出的自燃倾向性鉴定报告，断定自燃煤层是 11-2煤；分析矿井材料后，认定其对应的发火期是3〜6m。本 工作面选用U型后退式上行通风形式，供风量约为2000m3/min o 2. 采煤工作面系统漏风状况 ⑴作业面通风系统图 分层回风巷 图1工作面通风系统图示 因为安置了底版岩石集中平巷，故而漏风区主要分布在 分层平巷与工作面。漏风区段的起始、终止点依次是集中平 巷与分层平巷联结的用于进、回风的联络巷位置（见图1所 示）。为便于后续研究分析，图1中仅勾画出漏风区段的巷 道系统。 （2）漏风类型 结合矿区现场调查研究情况，依照漏风通道的差异性， 可以把工作面漏风细化为如下两种类型一种是漏风是地表 大气经由上覆岩层内存留的缝隙直接被整合至工作面通风系 统，实质上就是井下系统和地表发生短路。该种短路的主要 通道分别和上、下顺槽相互连通的固定式裂缝及和工作面连 通的移动式裂缝。但对地表状态综合分析后，我们发现漏风 通道不单纯是以线形分布的三条大裂缝，还包括于地表呈面 形分布的全部裂缝，但在步入系统之前全部漏风均聚集在三 条大裂缝内。第二种漏风是进风顺槽的分流经顶板内裂缝进 入到回风顺槽，实质上就是进风与回风顺槽短路。 如果不分析漏风对矿井通风系统形成的影响，仅分析其 对采煤工作面的作用效果，则可以把漏风分为有益、无益漏 风两种类型，前者即于工作面上端点之前的第一类漏风，该 种漏风对工作面会形成一定正向作用；而无益漏风涵盖了回 风顺槽内的第一类漏风与所有第二类漏风，该类型漏风对工 作面不会形成任何正向作用。 3.囊袋塑性充填封堵技术 ⑴囊袋充填 该种填充方法多被用于工作面进、回风隅角处，主要是 因为两巷采空区域没有发生垮落或者跨落不完全时会形成三 角漏风区，故而加以填充封堵。 施工阶段结合开切眼余上、下两道形成的横截面积，量 身定制囊袋并把其悬吊在架后封堵区，在袋上适当位置开设 注浆接口，随后与注浆管路衔接，满灌塑性充填材料，借此 当代化工研究 qq Modern Chemical Research 7 D2020 15 技术应用与研究 方式现实预期封堵目标。 ⑵机制分析 因为本矿井环境特殊，故而针对限定的填充材料，要求 其务必符合不燃、不助燃、持有较高强度及可塑性等特征， 这样便能在矿压作用下形体发生一定改变，针对新形成的压 裂破碎区，应及时予以填充，这是整体提升采空区填充效果 的有效方法，且施工流程较为简易，耗用的人力资源量偏 低。 本文选用的充填材料属于一种新型充填堵漏型防火材 料，材料制作期间选用了A料、B料与骨料并加入适量水分。 其中，A料、B料与骨料分别对应的是高分子聚合物、诱发 剂、增效剂。在A、B料内骨料加入量等同。因A料、B料内均 储有粉料，且网状结构内的聚合物与粉料两者紧密贴合，最 后打造出在紧密性、广阔度指标占据优势的空间结构，豁度 提升时其典型特征。在网状结构抵达一定规模后，分子中斥 力与引力两者动态平衡，结构规模不再扩增。此时材料持有 的豁度不仅能有效封堵裂隙，还能维持塑性流动实现有效拓 展，材料被分解的概率偏低，能维持较好、较持久的封堵效 果孔 ⑶塑性封堵材料配比 ① 规划配比 选用的时机有165高分子基料、10促凝剂、168骨 料。 利用豁度计检测不同时间位点下胶体豁度指标，随即勾 画相应的变化曲线图，观察并比较不同组分对应的反应时间 及相对应的稠化、初凝、终凝时间，进而后续施工方案编制 提供较全面的参照依据閃。 ② 实验结果及分析 针对不同A、B料反应配比之下豁度指标变化状况进行分 析，发现当AB反应比例高于11时，反应豁度在刹那间明显 提高，总反应时间＜5s ,推测此时泵送料浆可能在没有抵达 输送目的地时字体流动性就已丧失。本试验中设定的两种配 制比例对泵送压力提出的要求相对较高，且难以实现整体封 堵裂缝的目标；当AB比例低于1时，反应后豁度指标波动较 轻微，历经5min后依然＜30万mPa /s,流动性相对较优良， 但煤层裂隙内流失率相对较高，也难以取得较满意的封堵效 果，且豁度最大值也处于较低水平；当AB比例恰好为1时， 一方面能确保料浆能顺利抵达封堵位点，另一方面也能较为 快捷的抵达最大豁度，符合釆空区封堵施工工艺设计要求， 故而设定A B比例为11凶。 ③ 水料配比 探究添加比例存在差异性时，豁度水平伴随时间推移 的改变情况。实验研究中发现，当水料比例偏低时，豁度上 升速度较为迟缓，对外表现出较好的流动性，提示浆体易由 缝隙内流失；而若水料比例偏大，则豁度在刹那间黏稠度明 显增加，丧失了流动性，此时也难以有效达封堵区，也不能 在煤层缝隙内出现流动现象，并且还会增加管路被堵塞的风 险。最后设定最适水料比121在生产实践，当水料比在 151-101范围内取值时，对应的豁度是准许被接受的，其 不仅能为管道输送过程预留出一定时间，还确保裂隙中浆体 的相对稳定性。 4. 囊袋封堵漏风技术的实践应用 规划121103工作面宽5m,高程为4m,结合当下两巷道的 垮落状况，依照巷道规格设计囊袋，设定为5mX4mX2m,保 证囊袋在满贯状态下能将未垮落空间整体遮盖。选择的囊袋 应持有较优良的抗静电与阻燃性，强度与柔韧性也应处于较 高层面上。在囊袋四周以l m为间距预制1个吊带，吊带上附 有挂钩，按照6m间距在采空区安置1个囊袋，保证悬挂好的 囊袋顺沿工作面形成的倾向是5m,走向是2m,高程为4m。囊 袋正面配有注浆接口。 待囊袋悬挂工艺整体结束后，就可以采用普瑞特II材料 予以填充。填充期间选用ZQBS-10/3气动双液注浆泵注浆。 在具体实践中可以事前将气动泵悬吊在端头架下部，并于支 架同步一定，随即严格依照设计要求衔接注浆设施。A、B依 照11比例经注浆泵分别泵入至前端发泡成胶装备中，充分 混合后与风压衔接，其目的是促进混合物料发泡过程，历经 钢丝软管被输入值囊袋内，直至灌满间。 具体施工工序如下首先，把A、B料管依次整合至相对 应料桶内；其次开启发泡器开关压风；再者，启动注浆泵压 风及安装局部通风机，在综采作业面中在合理部位安设局部 通风机，能够使上隅角获得更大风流，这样使上隅角始终处 于正压状态，逐步驱散工作面上隅角位置的瓦斯，最后把上 隅角处瓦斯浓度调控在安全范畴中，在采用加装局部通风机 的形式去降低上隅角处瓦斯浓度时，局部通风机会伴随综采 作业面生产活动推进持续前移；最后，进行注浆填充操作。 5. 结束语 1211031作面两巷持续推进20m以上后，垮落依然未出 现明显改变。对预埋束管气体检测结果予以分析，发现处理 后100m范畴中采空区氧气浓度＞12,为煤炭资源氧化及自 燃过程创造了优良条件。而采用本文设计的封堵技术手段以 后，严格依照施工设计要求填充囊袋，底板堆积煤块不会干 扰填充过程顺畅度，并且填充期，若煤帮、底板形体改变 时，囊袋形体也会有所变化，最终取得无规则漏风空间100 的封堵效果。 【参考文献】 [1] 杜文璋.特厚煤层综放工作面瓦斯抽采技术研究[J].煤炭 技术，2020, 39 01 110-113. [2] 王依磊.唐口煤矿深部复杂开采工作面瓦斯分源涌出规律 研究[J].能源与环保,2019, 41 12 29-3237. [3] 李秀峰.高瓦斯矿井工作面上隅角瓦斯超限治理技术研究 及应用[J].能源技术与管理，2018,43 06 28-29. [4] 张勇杰.某矿近距离煤层综釆工作面釆空区漏风压力场数 值模拟分析[J].现代矿业，2017, 33 09 211-213. [5] 詹庆超.综采支架对采空区漏风及瓦斯分布规律的影响 [J].山东煤炭科技,2017 05 56-5861. [6] 蒋文.偏型通风综放工作面上隅角瓦斯治理技术研究 [J].内蒙古煤炭经济,2018, 266 21 112-114. 【作者简介】 张志强 1985-，男，汉，河南郑州人，本科，工程师，郑 州煤电股份有限公司超化煤矿；研究方向采矿工程.