王慧強

（晉煤集團鳳凰山礦，山西 晉城 048007）

鳳凰山礦屬于老礦井，井下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、礦山壓力大、高冒區(qū)數(shù)量多，易產(chǎn)生瓦斯積聚，給井下安全、高效生產(chǎn)帶來一定的隱患。當(dāng)?shù)V山壓力增大時，高冒區(qū)和部分采空區(qū)通過煤體裂隙導(dǎo)通時，瓦斯積聚量更大，產(chǎn)生重大安全隱患。

目前，我國大多數(shù)礦井在治理高冒區(qū)積聚瓦斯方面普遍采用增加風(fēng)量稀釋法。在全風(fēng)壓通風(fēng)巷道安裝適當(dāng)功率的局部通風(fēng)機，利用風(fēng)筒將新鮮風(fēng)流引至積聚地點進行稀釋處理，利用一定的器材將全風(fēng)壓新鮮風(fēng)流導(dǎo)至局部通風(fēng)不良地點，利用壓入局部通風(fēng)機風(fēng)筒加裝分支處理瓦斯積聚，利用安全不燃性材料將瓦斯涌出積聚的空間充填、噴漿隔絕瓦斯涌出源及瓦斯抽放等手段。利用快速充填、密閉材料進行處理，是解決高冒區(qū)積聚瓦斯問題的國際先進技術(shù)，國外探索較早，實施較多，國內(nèi)正處于探索、推廣階段，屬于較為新興的前沿技術(shù)。該技術(shù)的推廣和應(yīng)用，可為解決高冒區(qū)積聚瓦斯開辟一條新途徑。利用該技術(shù)，可以徹底解決高冒區(qū)瓦斯治理難題。

1 快速充填治理高冒區(qū)積聚瓦斯工藝介紹

快速充填治理高冒區(qū)積聚瓦斯工藝，是以納米改性無機礦物粉體材料，通過遠距離泵送形成凝固成型快、輕質(zhì)高發(fā)泡、固結(jié)體不收縮、完全閉孔細小泡孔結(jié)構(gòu)、高含水、低反應(yīng)溫度（＜40℃）、絕對阻燃抗靜電充填材料，充填密封高冒區(qū)實現(xiàn)杜絕瓦斯積聚。

1.1 材料選擇

根據(jù)煤礦高冒區(qū)冒落特點及煤礦的安全要求，選用納米改性無機礦物發(fā)泡粉體材料。

產(chǎn)品采用防潮袋25kg包裝，現(xiàn)場施工使用時與水直接混合經(jīng)專用泵輸出，水與料的重量比為2～2.5∶1，專用施工泵提前確定好進水流量、加料速度，現(xiàn)場可以實現(xiàn)連續(xù)倒產(chǎn)品到加料斗，連續(xù)穩(wěn)定施工，操作簡便、快速。產(chǎn)品有迅速發(fā)泡（漿液出輸料管口后40～60s）、堆積性強（堆積范圍可調(diào)）、凝固成型較快、固結(jié)體不收縮、完全閉孔細小泡孔結(jié)構(gòu)、密封性優(yōu)異、輕質(zhì)、受壓變形好、不開裂等優(yōu)異性能；同時該產(chǎn)品含有較大量水固化，無任何反應(yīng)溫度。特別適用于煤礦井下較大冒頂空穴、溶腔、冒落區(qū)充填密封，以及高溫、著火煤層或區(qū)域?qū)崿F(xiàn)防滅火功能。該產(chǎn)品充填1m3體積用料80～100kg左右，且穩(wěn)定性好，能很快固結(jié)并具有一定的強度（0.1～0.4MPa）。該產(chǎn)品在應(yīng)用性能上具有輸送距離遠（300～500m）、操作簡便、泵送輸出流量大（20～40m3/h）、凝固時間短（40s～2min）等特性，可以實現(xiàn)非常好的堆積性和充填性能。

表1 納米改性無機礦物發(fā)泡粉體材料產(chǎn)品性能參數(shù)

1.2 施工設(shè)備選擇

使用專用灰漿泵為電動螺桿式注漿泵，防爆電機。該泵具有遠距離輸送功能，施工時輸送距離為150～500m，具有自動調(diào)節(jié)水與灰料比、快速攪拌和連續(xù)、穩(wěn)定輸出等功能。整個泵體積較小，適合井下生產(chǎn)作業(yè)。

表2 專用灰漿泵物性參數(shù)

1.3 施工工藝

高冒區(qū)充填密封時，首先在原高冒區(qū)采用錨網(wǎng)索進行支護；其次在高冒區(qū)底部與巷道頂板處進行人工假頂?shù)臉?gòu)筑；在人工假頂上面采用阻燃風(fēng)筒布或彩條布進行鋪底以防充填時漿液泄漏。

2 技術(shù)難點與創(chuàng)新點

2.1 技術(shù)難點

（1）納米改性無機礦物發(fā)泡粉體材料凝固時間的掌控對于施工的影響；材料發(fā)泡倍數(shù)達到要求及密封性能的研制對于高冒區(qū)的密封有很大的作用。

（2）納米改性無機礦物發(fā)泡粉體材料反應(yīng)溫度不能太高，不能給煤礦安全生產(chǎn)帶來隱患。材料本體絕對阻燃抗靜電無任何潛在的不安全性隱患。

2.2 技術(shù)創(chuàng)新點

采用國際最先進的納米改性無機粉料與水物理作用高發(fā)泡型充填密封材料技術(shù)，實現(xiàn)遠距離泵送，材料輕質(zhì)高泡，密封性能優(yōu)異；突破高分子發(fā)泡充填材料的高反應(yīng)溫度、低阻燃性、單方成本高等的缺點。

納米改性無機粉體與水作用高發(fā)泡充填密封材料與液體高分子發(fā)泡材料比較的直接經(jīng)濟性：

（1）單方充填成本低。充填密封1m3體積空間用料量為60kg左右，成本在300元左右。而當(dāng)前有機高分發(fā)泡材料充填密封1m3體積空間用料量為65kg左右，其成本為1500～2000元左右。

（2）產(chǎn)品的安全技術(shù)優(yōu)異性。納米無機高發(fā)泡材料產(chǎn)品沒有任何反應(yīng)溫度，且是由大量的水混合作用而成，具有較好的防滅火降溫和密封作用。而有機高分子發(fā)泡材料（目前使用的酚醛樹脂發(fā)泡材料）具有較高的反應(yīng)溫度（90度以上），且耐火性較差，在較高溫度下會逐漸碳化、開裂，造成新的漏風(fēng)出現(xiàn)，導(dǎo)致煤層的二次復(fù)燃災(zāi)害的發(fā)生。此外，有機酚醛樹脂發(fā)泡材料含有一定的游離甲醛分子，井下應(yīng)用中易揮發(fā)，對人體有一定的傷害性。而納米無機充填材料沒有任何有害物質(zhì)揮發(fā)。因此，安全性上要優(yōu)異得多。

（3）施工速度高效快捷。納米無機改性高發(fā)泡充填密封材料產(chǎn)品配套的施工泵流量大，每小時充填的體積量可達到20～40m3，而有機高分子發(fā)泡材料每小時充填量不到20m3。

（4）體積穩(wěn)定性優(yōu)異。納米改性無機高發(fā)泡充填密封材料產(chǎn)品在有火區(qū)的空間內(nèi)充填密封耐高溫性能優(yōu)異，不會有任何體積變形性，體積穩(wěn)定性優(yōu)異，因此密封性好。而有機高分子發(fā)泡材料在有火區(qū)的空間中使用其體積穩(wěn)定會有缺陷，容易碳化收縮，失去密封性能。

3 結(jié)語

高冒區(qū)瓦斯積聚問題是長期困擾礦井安全高效生產(chǎn)的難題之一，受到煤礦的高度重視。解決這一問題，現(xiàn)有技術(shù)普遍存在不安全性、次生災(zāi)害性潛在隱患以及成本高等缺陷。采用該技術(shù)可快速、徹底治理高冒區(qū)瓦斯積聚疑難問題，因此具有較好的推廣價值和應(yīng)用前景。