化工材料在采礦安全中的應(yīng)用及配套裝備研究

摘要：隨著現(xiàn)今科技的快速發(fā)展，各領(lǐng)域間不再是相對獨立的了，各種技術(shù)在各個行業(yè)中都有了“用武之地”。就如化工材料在采礦安全中的作用越來越明顯，化工材料和其配套設(shè)施在采礦安全中的使用，可以幫助提高采礦的安全系數(shù)，提高采礦安全度。同時，這也是推動我國采礦業(yè)發(fā)展的一個重要條件。本文著重闡述了當(dāng)前使用在采礦安全和生產(chǎn)中的兩類化工材料的理化和力學(xué)性能，以及其配套的噴涂一體化裝備的研制，并通過對上述兩大類化工材料各項性能的詳細分析，進一步闡述了采礦中通風(fēng)控制、防漏風(fēng)、圍巖加固等工程技術(shù)的應(yīng)用原理。

關(guān)鍵詞：化工材料；采礦安全；配套裝備；應(yīng)用

中圖分類號：TD353.8文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1673-9671-(2012)042-0106-01

目前開發(fā)出的可用于采礦安全生產(chǎn)的化工材料有很多種，例如：水玻璃—水泥、水玻璃—碳氫化合物、聚氨酯樹酯、不飽和聚酯、脲醛樹脂等。根據(jù)實際施工表明，安全效果最好的化工材料是聚氨酯和水玻璃。水玻璃硅酸鈉和碳酸氫鈉的水溶液反應(yīng)生成物可以用于煤體破碎裂隙填充、高冒和采空區(qū)的防火和滅火、孔注煤層、巷道圍巖的加固等；多異氰酸酯和多元醇化合物聚醚或聚酯兩種混合反應(yīng)生的成物聚氨酯泡沫塑料，可以把其用于各種條件下的煤巖層加固和其他不同情況下的防火、滅火工程當(dāng)中。

1工程的技術(shù)特點和物理特性

1.1物理特性

1）化學(xué)凝膠體。它的組成成分為：水玻璃（Na2SiO3）和碳酸氫氨（NH4HCO3），根據(jù)它們的重量之比制成的水溶液混合后，形成凝膠所用的時間、強度的實驗結(jié)果可以制作出圖表。

2）聚氨酯泡沫體。聚氨酯材料的合成包括：預(yù)聚體法、半預(yù)聚體法以及一步法這三種方法。礦用的聚氨酯材料大多使用一步合成法，它的原料大多是多異氰酸酯為一組，多元醇聚醚、催化劑、發(fā)泡劑、阻燃劑等為一組，把它們分別進行包裝，簡稱它們?yōu)楹诹虾桶琢?。使用時可以把黑料和白料等量的混合后，攪拌均勻，在1分鐘-10分鐘內(nèi)就可以制得具有較高的分子量和一定交鏈度的泡沫制品，可以通過控制催化劑的用量來控制發(fā)泡的速度。

1.2工程技術(shù)原理

1）化學(xué)凝膠的工程技術(shù)原理。使用高壓泥漿泵，把水溶液壓入巷道中破碎的頂幫煤體中，Na2SiO3和NH4HCO3的水溶液混合后會發(fā)生吸熱反映，降低煤體的溫度，通過形成硅酸膠體堵塞松散煤體的漏風(fēng)通道，把煤體包裹住，防止煤體和外界氧氣的接觸，阻礙煤體自燃的條件，達到滅火的目的。

2）聚氨酯的工程技術(shù)原理。在聚氨酯泡沫材料的分子鏈中含有大量的極性基團，這些基團和煤巖體的表面有著非常強的粘結(jié)力，粘結(jié)力對阻止裂隙的發(fā)育和頂班離層有很好的效果；聚氨酯的泡沫強度和材料的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，聚氨酯材料的高分子鏈?zhǔn)蔷哂兄Щ徒绘湺鹊娜嵝枣満蛣傂枣湺螛?gòu)成的聚合物。分子鏈中的剛性鏈越多，生成的聚氨酯聚合物的剛性越好，強度也

越高。

2噴注工藝和新型成套裝備技術(shù)

2.1噴注工藝

目前使用的噴注裝備大多是用其它設(shè)備組合起來的，目前還沒有專門的裝備生產(chǎn)廠家。它的組合形式一般有兩種：一是兩臺泵分別壓注A料液和B料液到混合管進行噴注；二是通過氣動裝置驅(qū)動兩臺氣泵分別把A、B液壓入，為了加大噴注力度，使兩料液均勻混合，氣動裝置還可以直接和混合管相連接。

2.2新型裝備技術(shù)

2.2.1新型裝備技術(shù)的原則

井下的待噴注地點大多是分散的和局部噴注的，噴注的范圍一般較小，特別是防火、滅火工程，所以成套的裝備要達到便于移動、結(jié)構(gòu)緊密，可完成不同情況下的噴注工作的要求。用于驅(qū)動的動力源要把壓風(fēng)機機房井下現(xiàn)有的動力源作為動力的首選。

2.2.2新型噴注裝備的結(jié)構(gòu)

新型的噴注裝備一般包括：混合器、多功能閥體、一體化結(jié)構(gòu)的密封A、B料液封容器這三個部分。

1）化學(xué)凝膠的應(yīng)用。①采空區(qū)。某礦的急傾斜煤層在進行完回采后，拆架子回料，建立間距為1米的永久封閉墻2道，由于煤體受采動壓力的影響，隔離煤柱被壓碎。在回風(fēng)流中的CO的濃度持續(xù)升高，使用每天注漿和使用5.5 kW的局扇進行供風(fēng)，但回風(fēng)流的CO濃度仍持續(xù)升高，使用黃泥注漿，因為漿液隨著柔性掩護支架的工作面流到下方的采空區(qū)，這就達不到堵漏滅火的目的。在一順的封閉墻上使用充填凝膠，在注入2個小時后，檢測發(fā)現(xiàn)回風(fēng)流中的CO濃度有所下降，再繼續(xù)注入2小時后，回風(fēng)流中的CO已經(jīng)有了明顯的下降，可以看到巷道的頂幫結(jié)著一層白色的膠狀物，它可以堵住漏風(fēng)，斷絕氧氣來源，以此來達到滅火的目的；②利用孔注法堵漏裂隙風(fēng)道。在漏風(fēng)帶合理的布置鉆孔，使用ZPY-Ⅱ型的AB料液控制器，把凝膠注入鉆孔當(dāng)中，使其滲透到漏風(fēng)帶，進行密封、堵漏、吸熱，防止煤體的氧化，進而有效的防止因工作面漏風(fēng)而引起火災(zāi)。

2）聚氨酯的工程應(yīng)用。聚氨酯工程中用到的壓注法是使用ZPY-Ⅱ型的AB料液控制器把聚氨酯的兩種漿液分別等量的注入到煤巖體中，聚氨酯材料在煤巖體中會發(fā)生膨脹性的固化反應(yīng)，這可以將松散的煤巖體進行粘接和補強加固形成有機的整體，并提高其整體的強度，總的來說，聚氨酯對煤巖體有網(wǎng)絡(luò)骨架作用、粘結(jié)補強作用、填充壓密作用以及轉(zhuǎn)破壞機制。

3結(jié)束語

化工材料及配套裝備的研究在采礦安全中的使用，可以幫助提高采礦的安全系數(shù)，保障人員和機械的安全，對于促進我國采礦行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的推動作用。采礦業(yè)在我國發(fā)展比較迅速，礦井下安全等都成為我國行業(yè)內(nèi)急需考慮和解決的問題，在當(dāng)今世界上研究開發(fā)出的能用于煤礦安全生產(chǎn)的化工材料種類繁多，實踐證明有一些材料能很好的應(yīng)用于施工工程。其中不乏環(huán)保類型材料。在科技發(fā)達的今天，我們不僅僅要看到安全，同時也要看到環(huán)保。礦業(yè)安全與環(huán)保同等重要。希望在不久的將來，能研發(fā)出更多有利于采礦工程的化工材料和配套裝備技術(shù)。

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