噴涂聚氨酯泡沫材料防治穿采空區(qū)巷道漏風(fēng)

杜云峰

(中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司,重慶市沙坪壩區(qū),400037)

噴涂聚氨酯泡沫材料防治穿采空區(qū)巷道漏風(fēng)

杜云峰

(中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司,重慶市沙坪壩區(qū),400037)

分析穿采空區(qū)巷道有害氣體涌出的危害,指出了可以應(yīng)用聚氨酯泡沫噴涂堵漏技術(shù)防治巷道漏風(fēng),控制有害氣體涌出。在對(duì)聚氨酯泡沫噴涂地面試驗(yàn)、測(cè)試涂層性能的基礎(chǔ)上,應(yīng)用該技術(shù)對(duì)板定梁塔煤礦回風(fēng)斜井穿過煤層采空區(qū)的漏風(fēng)位置進(jìn)行了表面噴涂,結(jié)果表明巷道有害氣體涌出得到了有效控制。

聚氨酯泡沫 表面噴涂 穿采空區(qū)巷道 漏風(fēng)位置

隨著各地煤炭行業(yè)調(diào)整整頓工作的進(jìn)行,部分煤礦通過資源整合提升了生產(chǎn)規(guī)模,改變了采煤方法,更新了生產(chǎn)裝備。在整合礦井的建設(shè)過程中,由于實(shí)際條件的限制,一些礦井新開拓的巷道需要穿過上煤層的采空區(qū)。但采空區(qū)中含有CH4、CO2、CO等有害氣體,穿采空區(qū)巷道在通風(fēng)過程中容易導(dǎo)致采空區(qū)氣體的涌出,給礦井的正常生產(chǎn)帶來安全隱患。為消除有害氣體涌出危險(xiǎn),有必要對(duì)巷道漏風(fēng)進(jìn)行治理,確保礦井的生產(chǎn)安全。研究實(shí)踐表明,在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、探測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有技術(shù),對(duì)回風(fēng)斜井巷道表面應(yīng)用聚氨酯泡沫噴涂堵漏技術(shù),可以有效防止有害氣體的涌出。

1 聚氨酯泡沫材料的特點(diǎn)

聚氨酯泡沫噴涂適用于各種基材,具有方便成型效率高的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能保溫、冷庫及化工設(shè)備保溫、汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域。兩種原材料白料(組合聚醚)、黑料(聚合MDI)混合后迅速反應(yīng)生成泡沫,并快速膨脹到原體積的15～25倍。膨脹完畢后,泡沫會(huì)在幾分鐘內(nèi)硬化。聚氨酯泡沫材料快速發(fā)泡成型,發(fā)泡倍數(shù)高,固化后具有較大的韌性,不發(fā)脆、不開裂,具有優(yōu)異的密封性能,是充填、密閉的最佳選擇。

聚氨酯泡沫材料在煤礦井下主要應(yīng)用于一定承壓范圍內(nèi)的永久密閉,井下有害氣體的快速堵截,瓦斯抽排巷、高位鉆場(chǎng)充填及密閉,封堵圍巖裂隙,防止空氣滲流,在一定范圍內(nèi)構(gòu)筑密閉墻及防火墻,中空充填及巷道、工作面的冒頂充填,空留巷支架的壁后充填和沿空掘巷的小煤柱裂隙封堵等地方,但較少用于表面噴涂,所以在井下應(yīng)用之前在地面進(jìn)行了試驗(yàn)。

2 噴涂試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)選取與巷道表面相似的墻體為試驗(yàn)對(duì)象。噴涂設(shè)備采用以壓縮空氣做動(dòng)力的氣動(dòng)注漿泵,壓縮空氣由高壓膠管引入,經(jīng)過氣源附件進(jìn)入氣動(dòng)增壓雙液泵;壓縮空氣驅(qū)動(dòng)雙液泵,使兩個(gè)進(jìn)料口分別吸入黑、白料,通過工作缸增壓后經(jīng)排漿口輸出。排出的漿液用膠管經(jīng)三通接入噴槍,混合霧化噴出細(xì)霧狀小液滴,均勻覆蓋到煤巖體表面,反應(yīng)發(fā)泡成型。噴涂過程如圖1所示。

圖1 噴涂過程示意圖

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

(1)堵漏風(fēng)性能。聚氨酯泡沫材料用于防治巷道漏風(fēng)時(shí),密封性是衡量其性能的重要因素。試驗(yàn)過程中材料噴涂之后均勻的覆蓋在墻體表面,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)發(fā)泡形成了泡沫層和表皮層。噴涂形成的泡沫層細(xì)膩均勻,表皮層致密光滑且具有一定的硬度,涂層整體將墻體完全密封起來,有效地阻止了氣體通過墻體表面涂層。涂層透氣性的高低主要取決于密閉微孔的數(shù)量。經(jīng)測(cè)試,噴涂后的涂層中微孔閉孔率達(dá)到了95%以上,聚氨酯泡沫材料具有良好的堵漏風(fēng)性能。

(2)強(qiáng)度。聚氨酯泡沫材料的配方、工藝和結(jié)構(gòu)決定了材料的強(qiáng)度。聚氨酯泡沫材料用于巷道表面噴涂堵漏風(fēng)時(shí),需要較大的粘結(jié)強(qiáng)度,可以保證材料能迅速粘結(jié)到墻體表面并保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定。測(cè)試表明材料在10%變形時(shí)的抗壓強(qiáng)度達(dá)到了0.6 MPa以上,可以滿足井下堵漏風(fēng)的要求。

(3)尺寸穩(wěn)定性。聚氨酯泡沫材料長(zhǎng)時(shí)間受壓時(shí)體積會(huì)發(fā)生一定的變化,噴涂后的涂層在長(zhǎng)時(shí)間放置后變形小于10%,表面光滑,具有一定的彈性變形能力。涂層的韌性和遇壓變形性好,能夠適應(yīng)井下巷道隨巖層的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的形變。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 礦井概況

板定梁塔煤礦是在原礦井資源整合的基礎(chǔ)上改造而成的,煤礦(整合區(qū))內(nèi)可采煤層有1－2＃上、1－2＃、2－2＃、3－1＃上煤層,均為全區(qū)可采煤層。原板定梁塔煤礦主要開采1－2＃上煤層,采用房柱式開采方法,現(xiàn)主要巷道與原開采范圍內(nèi)采空區(qū)通過密閉墻和井巷砌碹的方式進(jìn)行隔離。板定梁塔煤礦周圍大面積范圍內(nèi)存在著煤層自燃現(xiàn)象,煤層自燃產(chǎn)生的CO氣體在礦井負(fù)壓通風(fēng)作用下流入到板定梁塔井巷內(nèi),導(dǎo)致礦井中CO濃度超限。其中穿過1－2＃上煤層采空區(qū)的回風(fēng)斜井受礦壓及礦井負(fù)壓通風(fēng)等因素的影響,造成巷道壁穿越煤層存在多處漏風(fēng),導(dǎo)致回風(fēng)流中CO濃度超限。

3.2 漏風(fēng)位置

回風(fēng)斜井位于主斜井東南側(cè),井口標(biāo)高＋1140.0 m,傾角25°,巷道斷面凈寬3.5 m,凈斷面積9.7 m2,表土段料石砌碹,支護(hù)厚度350 mm;基巖段錨噴厚度100 mm;敷設(shè)人行臺(tái)階和扶手,擔(dān)負(fù)礦井的總回風(fēng)及安全出口的任務(wù)。回風(fēng)斜井穿越1－2＃上煤層采空區(qū)與回風(fēng)巷交匯長(zhǎng)度約30 m,巷道下部為碎石砌成,漏風(fēng)嚴(yán)重。雖然回風(fēng)斜井風(fēng)量較大,但風(fēng)流中CO濃度仍達(dá)到0.06%～0.07%,靠近巷道壁漏風(fēng)點(diǎn)CO濃度達(dá)5%左右。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)施工

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,結(jié)合地面試驗(yàn)結(jié)果,利用專業(yè)噴涂設(shè)備對(duì)漏風(fēng)最為嚴(yán)重的巷道下半部進(jìn)行噴涂堵漏,噴涂區(qū)域如圖2所示。施工工藝為:基底處理→周邊防護(hù)→連接注漿泵、注漿管和噴槍→將兩根吸管分別插入裝有黑料和白料的桶內(nèi)→開泵注漿→開噴槍→噴涂→涂層檢驗(yàn)→沖洗機(jī)具→停泵→拆卸噴槍。

圖2 噴涂區(qū)域示意圖

(1)基底處理。由于巷道長(zhǎng)時(shí)間處于回風(fēng)流中,表面累積了較多的煤塵,在噴涂前用工具將煤塵清刷干凈,保證噴涂的泡沫材料能更好地粘結(jié)到巷道表面。

(2)作業(yè)防護(hù)。巷道傾角達(dá)到25°,在施工時(shí)需對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行防護(hù),防止施工過程中人員跌落。噴涂時(shí)操作人員佩戴防護(hù)用具,施工過程中始終處于進(jìn)風(fēng)側(cè),防止噴涂過程中產(chǎn)生的有害氣體損害人體。

(3)設(shè)備連接。施工前選擇合適的場(chǎng)地安裝設(shè)備,存放材料。將噴涂設(shè)備接施工順序正確連接,檢查確認(rèn)設(shè)備能夠正常工作。

(4)噴涂施工。噴涂時(shí)沿巷道底板從下到上噴涂,噴槍移動(dòng)時(shí)要保持勻速。聚氨酯泡沫材料分3遍噴涂到巷道表面,第一遍噴涂完成后,間隔2～3 min待材料完全反應(yīng)后再噴涂第二遍。第一遍不宜噴涂過厚,一般為4 mm左右。第三遍噴涂主要是查漏補(bǔ)缺,對(duì)漏噴或需加強(qiáng)噴涂的地方進(jìn)行補(bǔ)噴。施工時(shí)應(yīng)盡量保持涂層均勻,減少流掛。

(5)清洗。噴涂完成后,先停止吸入黑料,用白料沖洗管路。如長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí),需用專用的清洗劑清洗設(shè)備及管路,防止材料在管路內(nèi)反應(yīng)。

4 防治效果

為防止礦井CO濃度超限,保障礦井生產(chǎn)安全。在保持礦井主通風(fēng)機(jī)正常通風(fēng)的條件下,通過啟動(dòng)老礦井原通風(fēng)機(jī)工作,控制井下CO濃度。在回風(fēng)斜井漏風(fēng)地點(diǎn)噴涂堵漏施工前,由于主通風(fēng)機(jī)負(fù)壓遠(yuǎn)大于老井通風(fēng)機(jī)負(fù)壓,回風(fēng)斜井處于整個(gè)礦井的最高負(fù)壓區(qū),且回風(fēng)斜井內(nèi)漏風(fēng)位置較多,回風(fēng)斜井風(fēng)流中CO監(jiān)測(cè)濃度在0.005%～0.01%之間。在采取噴涂措施后,回風(fēng)斜井CO濃度已降至0.002%以下。回風(fēng)斜井治理后每日CO監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最高值如圖3所示。

圖3 回風(fēng)斜井治理后CO濃度最高值監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

由圖3可知,在1月25日至2月1日之間,回風(fēng)流中的CO傳感器監(jiān)測(cè)值均在0.002%以下,低于報(bào)警值(0.0024%)。

5 結(jié)論

(1)受礦井負(fù)壓的影響,采空區(qū)的有害氣體通過穿采空區(qū)巷道的漏風(fēng)通道涌出,嚴(yán)重威脅礦井的正常生產(chǎn)。治理漏風(fēng)巷道,避免有害氣體涌出能保證礦井的安全生產(chǎn)。

(2)在地面選取與巷道表面相似的墻體為試驗(yàn)對(duì)象,選取合適的設(shè)備及工藝完成噴涂試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,噴涂聚氨酯泡沫材料的堵漏風(fēng)性能、強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性都能滿足治理穿采空區(qū)巷道的需求。

(3)板定梁塔煤礦的回風(fēng)斜井穿過1－2＃上煤層采空區(qū),受礦井通風(fēng)的影響,巷道壁存在多處漏風(fēng)。根據(jù)礦井的實(shí)際情況,利用噴涂設(shè)備對(duì)巷道下半部進(jìn)行噴涂堵漏。經(jīng)聚氨酯泡沫材料噴涂堵漏后,回風(fēng)斜井中CO濃度已降至0.0024%以下。

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Study on spraying polyurethane foam materials for air leakage in gob roadway

Du Yunfeng
(Chongqing Research Institute of China Coal Technology&Engineering Group Corp., Shapingba,Chongqing 400037,China)

By analyzing hazard of noxious gases leakage in gob roadway,pointing out that spraying and blocking technology of polyurethane foam materials could be applied to prevent roadway air leakage and harmful gases inflow.Based on polyurethane foam materials spraying ground experiment and paint coat property test,this new technique was applied in leakage spot at return air shaft,which goes through coal seam gob at Bandingliangta Mine.The results showed that harmful gases burst in roadway had been under control.

polyurethane foam materials,surface spraying,roadway through gob,air leakage spot

TD728

A

杜云峰(1980－),山西晉中人,碩士,助理研究員,2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué),主要從事礦井防滅火方面的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐與研究。

(責(zé)任編輯 張艷華)

杜云峰．噴涂聚氨酯泡沫材料防治穿采空區(qū)巷道漏風(fēng)[J]．中國煤炭,2017,43(1):116－118．Du Yunfeng．Study on spraying polyurethane foam materials for air leakage in gob roadway[J]．China Coal,2017, 43(1):116－118．