FSM-1快速密閉材料在礦井密閉墻中的應(yīng)用

王春明

【摘 要】 密閉墻是礦井生產(chǎn)過(guò)程中常用設(shè)備，提升密閉墻施工效率，對(duì)提升礦井通風(fēng)質(zhì)量、防滅火、瓦斯治理等均有一定的促進(jìn)作用。文章在對(duì)礦井常用的密閉墻施工方法分析基礎(chǔ)上，提出采用FSM-1 快速密閉材料結(jié)合密封袋快速構(gòu)建密閉墻施工技術(shù)，并具體對(duì)FSM-1 快速密閉材料特性及應(yīng)用效果進(jìn)行分析。采用高分子材料結(jié)合密封袋施工密閉墻時(shí)可在地面制作，在施工地點(diǎn)完成拼裝即可，密閉墻施工速度快。并且其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到6.45MPa，基本滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用需求。

【關(guān)鍵詞】 高分子材料;密封袋;密閉墻;采空區(qū)密封;抗壓強(qiáng)度

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TD726 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 2096-4102（2020）03-0029-03 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

回采工作面開(kāi)采完畢和采面推過(guò)聯(lián)絡(luò)巷等工作都需要對(duì)巷道進(jìn)行封閉，從而減少漏風(fēng)量。密閉墻是煤礦開(kāi)采過(guò)程中經(jīng)常施工的設(shè)置，現(xiàn)階段最為常用的密閉墻結(jié)構(gòu)多為磚混式，存在施工期長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大等弊端。一些礦井在封閉位置布置兩道磚墻或料石墻，并在中間填充的黃土間添加羅克休、聚氨酯、馬麗散等無(wú)機(jī)材料，從而提升密閉墻抗壓、封堵能力，部分礦井還采用撐傘、氣囊等方式，實(shí)現(xiàn)密閉墻快速施工。但是均不同程度存在施工時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高、適應(yīng)性不強(qiáng)等問(wèn)題。因此，尋求一種新的材料構(gòu)筑密閉墻，墻體不僅具有一定的“柔性”，而且還具有合適的強(qiáng)度，并且施工工藝簡(jiǎn)單，構(gòu)筑速度快，對(duì)提高煤礦的安全性具有十分重要的意義。

1密封墻材料對(duì)比

就目前的應(yīng)用來(lái)看，礦井普遍采用的方法為下述幾種：

1.1鋼筋混凝土澆筑墻體

這種封閉方法一般在金屬礦山全尾砂充填采空區(qū)時(shí)，應(yīng)用于巷道的封閉。

這種封閉墻強(qiáng)度較高，但施工時(shí)需使用混凝土泵，工藝復(fù)雜，成本較高。

1.2砂漿及料石砌筑的墻體

這種封閉方法因其選材容易、施工簡(jiǎn)單而應(yīng)用最為廣泛。但這種方法輔助運(yùn)輸量較大，尤其是在不能鋪設(shè)軌道采用機(jī)械運(yùn)輸?shù)南锏?，只能靠人工運(yùn)輸料石、黃砂、水泥等，在增大工人勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，密閉效率也較低，從而嚴(yán)重制約礦井的生產(chǎn)能力。

1.3高分子材料墻體

隨著近年來(lái)高分子材料在煤礦的應(yīng)用推廣，羅克休配合馬麗散等高分子材料也越來(lái)越多地被應(yīng)用于采空區(qū)及尾巷的封閉中。因高分子材料具有良好的機(jī)械性能及柔韌性，凝固速度快，封閉效果好，封閉效率高。施工時(shí)只需一臺(tái)風(fēng)動(dòng)專(zhuān)用泵，其體積較小，攜帶方便，且操作簡(jiǎn)單。但高分子材料價(jià)格昂貴且強(qiáng)度低、固化溫度高，成為這種封閉工藝廣泛推廣的掣肘。

FSM-1快速密閉材料具有費(fèi)用低、強(qiáng)度高以及變形、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，充填體可以適應(yīng)圍巖變形，從而有較好的密閉效果。將該材料應(yīng)用到礦井密閉墻施工時(shí)，具有易于操作、密閉性好等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度、構(gòu)筑時(shí)間。

2 FSM-1快速密閉材料特性及施工工藝

2.1材料特性

FSM-1快速密閉材料具有早強(qiáng)高強(qiáng)的特點(diǎn)，其強(qiáng)度隨時(shí)間變化圖見(jiàn)圖1。

從圖1看出FSM-1型快速密閉材料2h、24h、72h抗壓強(qiáng)度可達(dá)2.40MPa、6.22MPa、7.78MPa，7d、28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)9.24MPa、10.11MPa。24h、7d可達(dá)到最終強(qiáng)度的60%、90%以上，具有早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快，速凝早強(qiáng)特性，有利于密閉墻的構(gòu)筑。FSM-1型快速密閉材料凝固體的抗壓強(qiáng)度與水灰比成負(fù)相關(guān)。

2.2施工工藝

FSM-1分甲、乙料兩部分，雙液充填泵分別對(duì)兩種漿液加壓，雙趟高壓管路輸送漿液，在密閉墻位置充填到密閉袋內(nèi)混合、凝固。構(gòu)筑密閉墻作業(yè)包括運(yùn)料、制漿、立模、充填、清洗等工序。密閉設(shè)備配置見(jiàn)圖2。

3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1工程概況

48710工作面埋深平均315m，所采8#煤層節(jié)理發(fā)育，煤層上部厚2.42m的泥巖或砂質(zhì)泥巖夾石。現(xiàn)在48710工作面已回采完畢。西銘礦擬采用FSM-1型快速密閉材料在48710工作面施工6道密閉墻，密閉墻位置見(jiàn)圖3。3號(hào)、5號(hào)為永久密閉墻，其余4道為臨時(shí)密閉墻，具體密閉墻參數(shù)見(jiàn)表1。

3.2高分子材料使用量

根據(jù)FSM-1型快速密閉材料與水灰比的強(qiáng)度關(guān)系、工程經(jīng)驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)性，初步確定快速密閉材料水灰比為1.5∶1，單位體積充填體用料0.5t，抗壓強(qiáng)度10MPa，抗剪強(qiáng)度2.4MPa。

從表1可知，6道密閉墻合計(jì)澆注體積 240.35m3?？焖倜荛]材料水灰比設(shè)計(jì)為1.5∶1，根據(jù)西銘礦的條件，考慮10%的運(yùn)輸及使用損耗，預(yù)計(jì)使用材料132t。

3.3密閉袋設(shè)計(jì)

密閉袋設(shè)計(jì)為封閉的六面體，具有阻燃抗靜電特性。為降低漿液對(duì)立模木柱和鋼筋網(wǎng)的側(cè)向推力，根據(jù)48710工作面密閉墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的密閉袋結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4，規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表2。

3.4現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

3.4.1注漿泵站布置

現(xiàn)場(chǎng)布置1臺(tái)雙液注漿泵、2臺(tái)攪拌機(jī)，每臺(tái)攪拌機(jī)攪拌容積1.0m3，攪拌機(jī)附近布置料場(chǎng)。

3.4.2清理浮煤及雜物、吊掛密閉袋

構(gòu)筑前首先將密閉墻附近的浮煤及雜物清理干凈，兩幫掏槽300～500mm，掏槽要見(jiàn)硬幫、硬底。內(nèi)外兩側(cè)均采用鋼筋網(wǎng)和木立柱立模，然后放入并懸掛好柔性密閉袋（密閉袋頂部吊環(huán)固定在頂板錨桿上），密閉袋內(nèi)充入壓風(fēng)使其成型。

3.4.3上料、攪拌

根據(jù)設(shè)計(jì)的上水量上水、加料，攪拌3min以上后方能泵送。

3.4.4泵送與清洗設(shè)備

為確保密閉袋與巷道頂板、巷幫緊密接觸，密封袋充滿(mǎn)后仍帶壓緩慢充填3～5min。

注漿完成后立即采用清水沖洗注漿系統(tǒng)。

3.5現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

48710工作面共施工6道密閉墻，3號(hào)和5號(hào)密閉墻由于為永久密閉墻，且面積大，共耗時(shí)8個(gè)小班完成立模、充填。通過(guò)3號(hào)和5號(hào)密閉墻施工逐步熟練，其余4道密閉墻立模和充填各1個(gè)班完成。高分子材料密封墻施工耗時(shí)僅為傳統(tǒng)的密封墻施工工藝的1/2。

充填完成24h后現(xiàn)場(chǎng)對(duì)施工的密封墻進(jìn)行測(cè)試，充填密閉袋巷道頂板接觸良好，未有漏風(fēng)裂隙產(chǎn)生。對(duì)密封墻體材料取樣測(cè)試，測(cè)量得出其抗壓強(qiáng)度達(dá)到6.45MPa，可以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用需要。

密閉袋在地表制作，井下密封現(xiàn)場(chǎng)直接拼接即可，在密封地面不需要施工混凝土墻、架設(shè)鋼模板等，施工效率高，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度低。

4總結(jié)

FSM-1型快速密閉材料是一種不燃、反應(yīng)熱低、速凝早強(qiáng)的新型純無(wú)機(jī)膠凝材料。1kgFSM-1型快速密閉材料加水后可以形成12.4L泡沫，泡沫受壓變形接近30%時(shí)抗壓強(qiáng)度仍不發(fā)生變化，變形、承載能力強(qiáng)。

采用的密封袋在地面制作完畢，在施工地面完成拼裝即可（拼裝耗時(shí)在1h以?xún)?nèi)），不需要施工模板、混凝土墻等結(jié)構(gòu)。該材料可進(jìn)行巷道永久充填密閉和聯(lián)絡(luò)巷密閉，具有工藝簡(jiǎn)單、易于操作、構(gòu)筑時(shí)間短、密閉性好等優(yōu)點(diǎn)。

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