王愛(ài)愛(ài)

（中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110015）

某露天礦礦一分區(qū)煤層采用井工回采易造成頂板垮落切頂、工作面采空區(qū)發(fā)火、遺留煤柱自燃、導(dǎo)水裂隙突水等方面的安全隱患，為實(shí)現(xiàn)礦井一分區(qū)的安全開(kāi)采，提出了剝離回采回填的開(kāi)采建議，7 號(hào)煤層厚度10 m 左右，屬于容易自燃煤層，鄰近礦井開(kāi)采情況表明，自燃危險(xiǎn)性大，最短自然發(fā)火期30 d 左右。因此，在剝離開(kāi)采過(guò)程中對(duì)含有7 號(hào)煤層邊坡、臺(tái)階部位需采取防滅火材料噴涂。

1 防滅火材料

1.1 材料特點(diǎn)

KXW-1 型礦用新型無(wú)機(jī)防滅火材料呈白色（或灰色）粉末狀，無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染、無(wú)腐蝕性，并具有良好的黏結(jié)性和附壁性，保證其與煤巖體產(chǎn)生高度黏合。

材料密度為700 kg/m3，以無(wú)機(jī)防火絕熱材料為主要成分，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①材料本身為無(wú)機(jī)礦物材料，是不燃產(chǎn)品，本產(chǎn)品具有隔熱作用；②涂層密度小，導(dǎo)熱率低，有效地提高了防護(hù)體的耐火極限；③具有明顯的消音、吸音效果，同時(shí)具有隔絕空氣的效果；④對(duì)人體無(wú)毒、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，是環(huán)境友好型產(chǎn)品；⑤材料與混凝土、巖土等附著力強(qiáng)，不開(kāi)裂、不脫落；⑥施工方便，可以人工抹涂又可以機(jī)械噴涂。

作為特種涂料，除了具有普通涂料作用和對(duì)基材提供物理保護(hù)外，還具有阻燃耐火的特殊功能，這就要求其在一定溫度下能發(fā)泡形成防火隔熱層[1]。因此要求基料能與整個(gè)涂料體系協(xié)和，使涂料既有良好的機(jī)械理化機(jī)能，又能在受火時(shí)形成較好的泡沫隔熱層，為了達(dá)到一定的阻燃耐火時(shí)間，要求發(fā)泡層在高溫下也不脫落。

1.2 材料防火機(jī)理

1）材料本身不燃。使被保護(hù)基材不直接與空氣接觸，延遲物體著火和減少燃燒的速度，具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，可以延遲火焰溫度向被保護(hù)基材的傳遞。

2）固結(jié)后的材料在高溫下受熱分解出不燃惰性氣體。沖淡被保護(hù)物體受熱分解出的可燃性氣體，使之不易燃燒或燃燒速度減慢。

3）材料受熱膨脹發(fā)泡，形成碳質(zhì)泡沫隔熱層封閉被保護(hù)的物體，延遲熱量與基材的傳遞，阻止物體著火燃燒或因溫度升高而造成的強(qiáng)度下降。

1.3 材料性能指標(biāo)

KXW-1 型礦用新型無(wú)機(jī)防滅火材料中含有能抑制煙霧及阻斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的物質(zhì)，與常規(guī)防滅火材料相比，能大大提高防滅火效能和滅火速度[2]。材料執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB 28375—2012 混凝土結(jié)構(gòu)防火涂料，KXW-1 型礦用新型無(wú)機(jī)防滅火材料性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 KXW-1 型礦用新型無(wú)機(jī)防滅火材料性能參數(shù)

2 堆煤噴涂試驗(yàn)

試驗(yàn)準(zhǔn)備2 個(gè)煤堆，主要完成2 個(gè)試驗(yàn)，分別為自然堆放觀測(cè)最短自然發(fā)火期、碾壓堆放噴涂防火材料，依據(jù)前期噴涂實(shí)驗(yàn)結(jié)果，兼顧可行性和經(jīng)濟(jì)性的原則[3]，設(shè)計(jì)噴涂厚度3～5 cm，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整。對(duì)于破碎區(qū)域、高溫易燃區(qū)域等可適當(dāng)增加噴涂厚度，保證包裹覆蓋的密實(shí)性。煤堆參數(shù)表見(jiàn)表2。采用溫度傳感器進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖1。

表2 煤堆參數(shù)表

圖1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

經(jīng)過(guò)35 d 的溫度監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)顯示礦用新型無(wú)機(jī)防滅火材料吸熱能力低，隔熱性能好，密閉性強(qiáng)、粘結(jié)性強(qiáng)，高溫條件下開(kāi)裂少，裂縫小。3～5 cm 厚涂層，能夠?qū)γ憾哑鸬搅己玫拿芊獗Ｗo(hù)作用。

3 采區(qū)煤層防火噴涂施工

1）施工準(zhǔn)備。配備升降高度12 m 左右的高空作業(yè)臺(tái)車(chē)作為噴涂施工平臺(tái)；現(xiàn)場(chǎng)配備發(fā)電機(jī)和灑水車(chē)，用以供電和供水；對(duì)煤體表面進(jìn)行平整處理，將松動(dòng)的煤塊清理掉；用高壓水沖洗煤體表面，洗去壁面的浮渣與浮塵。

2）配料攪拌。攪拌時(shí)，需將材料和水按1∶0.7 左右的比例進(jìn)行配比。攪拌需遵從“先干后稀”的原則，先將適量的材料一次性倒入攪拌桶內(nèi)，并加入少量的水，攪拌至干粉完全變成糊狀后，再加適量的水稀釋并繼續(xù)攪拌[4-5]。攪拌過(guò)程中，水量需嚴(yán)格控制，保證漿液稀稠適中，避免漿液過(guò)稀而掛不住漿，過(guò)稠而又造成堵管、涂層質(zhì)量差等。

3）噴涂施工。噴涂時(shí)，按照噴槍出口方向與壁面的關(guān)系，遵從先上下再左右的噴涂順序，確保材料覆蓋包裹住所有坑洼表面。每次噴涂厚度3～5 mm，間隔施工時(shí)間以上次材料基本干透為標(biāo)準(zhǔn)，如此循環(huán)，直至噴涂到設(shè)計(jì)厚度。噴涂工藝流程如圖2。

圖2 噴涂工藝流程圖

4）設(shè)備投入及保養(yǎng)。投入主要設(shè)備如下：①JP60-R 噴涂機(jī)成套設(shè)備1 套；②UBJ3-D 擠壓式灰漿泵1臺(tái)；③SJ400 攪拌機(jī)1 臺(tái)；④30kW 發(fā)電機(jī)1 臺(tái)；⑤空壓機(jī)1 臺(tái)；⑥皮卡車(chē)1 輛；⑦Ti32 紅外熱像儀1 臺(tái)；⑧高空作業(yè)車(chē)1 臺(tái)。常規(guī)保養(yǎng)28 d，養(yǎng)護(hù)條件與普通混凝土相同，涂層如有損傷，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。

4 防火監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)區(qū)域及監(jiān)測(cè)方式

1）主要監(jiān)測(cè)區(qū)域。①煤層頂板暴露區(qū)域；②端幫、非工作幫及工作幫；③防滅火材料噴涂覆蓋區(qū)域；④坑內(nèi)煤體或夾矸堆放區(qū)域；⑤其他易自然發(fā)火區(qū)域。

2）監(jiān)測(cè)方式方法。結(jié)合工程實(shí)際情況，在選取部分防火材料噴涂區(qū)域?qū)嵤┤粘１O(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)方法主要采用預(yù)留監(jiān)測(cè)孔監(jiān)測(cè)、手持紅外熱像儀監(jiān)測(cè)，由于該地區(qū)地表溫度6—8 月最高，月平均地表溫度在30～35℃之間，7 月間中午最高地表溫度達(dá)70～80 ℃，1 月份地表層溫度低于深層溫度，7 月份地表層溫度高于深層溫度。因此紅外熱像儀監(jiān)測(cè)以考察溫度變化為主，根據(jù)溫度變化趨勢(shì)分析判斷煤層自燃情況。檢測(cè)孔監(jiān)測(cè)主要用于實(shí)體煤的內(nèi)部監(jiān)測(cè)[6]，能夠及時(shí)測(cè)定煤體內(nèi)部溫度及自燃標(biāo)志性氣體的變化趨勢(shì)，進(jìn)而可判斷出煤體內(nèi)部的升溫氧化進(jìn)程及自燃趨勢(shì)[7]。

4.2 防滅火巡查制度

監(jiān)測(cè)人員日常巡查中如發(fā)現(xiàn)煤體出現(xiàn)高溫點(diǎn)或自然發(fā)火時(shí)，立即向調(diào)度中心、值班領(lǐng)導(dǎo)及項(xiàng)目經(jīng)理匯報(bào)，調(diào)度中心向管理處調(diào)度中心匯報(bào)[8]。防滅火小組應(yīng)立刻組織人員、設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理，處理方式參照煤體自燃滅火措施執(zhí)行。

調(diào)度指揮中心值班調(diào)度通過(guò)視頻監(jiān)控發(fā)現(xiàn)發(fā)火跡象時(shí)應(yīng)及時(shí)通知防滅火工作小組到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。確認(rèn)核實(shí)后及時(shí)報(bào)告調(diào)度中心，再由調(diào)度中心向管理處調(diào)度中心匯報(bào)情況。

5 結(jié)語(yǔ)

KXW-1 型礦用新型無(wú)機(jī)防滅火材料良好的黏結(jié)性和附壁性，能使其與煤巖體產(chǎn)生高度黏合，并能阻斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，有效抑制煙霧，阻燃耐火。通過(guò)對(duì)該材料自然堆放和碾壓堆放噴涂試驗(yàn)對(duì)比，溫度變化規(guī)律結(jié)果驗(yàn)證了其特性，并成功應(yīng)用于采區(qū)煤層防火噴涂。