新型聚合材料在防治自燃發火方麵的應用
山東省三河口生建煤礦胡傳亭 禹申友 王和平 楊長海
摘要：礦井煤層自燃發火從理論上講，是指具有自燃傾向性的煤層被破碎後與空氣接觸發生氧化到自燃。其中主要原因之一就是采空區或巷道等漏風而造成的。本文結合三河口生建煤礦通過應用浩珂偉博公司的係列聚合材料，成功地將井下采空區、巷道、含水漏煤眼等漏風點進行了封堵，在防治自燃發火方麵取得顯著成效。
關鍵詞：聚合材料、防治自燃發火、應用
一、概述：
三河口生建煤礦為多水平開拓方式，目前開采第一水平3上、3下煤層。礦井延深開拓為集中下山布置。礦井設計生產能力60萬噸/年，1990試生產，2000年達到90萬噸/年，2000年至今實際產量已超過100萬噸/年。2000年至2003年始終保持三個對拉工作麵生產，其中一個高檔普采工作麵，兩個炮采對拉工作麵。現開采方式為走向長臂傾斜分層開采，采用岩石集中巷，實行3上、3下聯合布置，其中可采的3上煤層平均厚度為5.6米，3下煤層厚度為3.8米，自燃發火期為4-17個月。由於首采采區工作麵分層開采時，造成頂板多次垮落及漏風，在1993年3上215懸移支架放頂煤開采時工作麵首次出現CO，2002年10月10日在掘進3下215（2）上切眼時出現CO、C2H4、C2H6、C3H8等自燃標誌性氣體。與此同時，在掘進的3下231（1）上順槽、221（2）中間巷、3下215（2）上順槽、3下215（2）中間巷等巷道時都不同程度地出現高溫點，（溫度30℃，O2低於18%，CO2＞2%）給礦井正常生產帶來了極大的影響。
二、對3下215（2）上切眼火區的簡介及采取的措施：
1、3下215（2）上切眼火區的發展狀況。
自礦井發現自燃征兆以後，礦技術人員認真研究了3下215（2）上切眼上部及3上215的遺留煤柱情況認為：3上215及3下215的遺留煤柱因受采動動壓影響，現已破碎，自燃的地點是3下215遺留的浮煤及破碎的煤柱，於是製定了一套防滅火施工方案。
①改變臨近3下214（2）對拉工作麵通風方式。即由上行通風改為下行通風，降低了3下215（2）上切眼的漏風風量。（見圖一）
②自3下215（2）切眼發熱點向采空區打密集鑽孔，實施注水，鑽孔位置及參數：（見表一）
注水後CO等氣體明顯減小，溫度下降。但10月29日早班檢測發現，個別地點CO急聚升高到5000ppm，溫度上升。經中國礦業大學、山東科技大學防滅火專家與礦方技術人員03manbetx
認為：3上煤層停采已久，且回采3下第一分層時，兩煤層之間的岩柱（8-16米）已斷裂。3上煤層也已自燃，且火源有向3下煤層傳遞的可能。為證實這一點，分別自3個不同位置、不同方向向3上采空區打深孔注水，發現注入水溫為15℃，水流出溫度為45℃，並伴有高濃度CO，最高濃度達到15000ppm。為確保井下其它工作麵正常生產及井下人員的生命安全，於11月9日撤回設備，封閉火區。
2、堵漏材料的選擇：
三河口礦3上、3下煤層均采用分層開采，巷道、煤柱多次受采動壓力的影響，破壞嚴重，造成多處漏風並產生高溫點。特別是岩石集中巷、2#、3#、4#、5#漏煤眼含水且漏風，給防治煤層自燃帶來困難。參考臨近礦區及國內外控製火區的技術發現，目前防治漏風、封閉火區絕大多數采用的材料為黃泥、砂漿、磚牆、凝膠。施工中為確保不漏風，錨噴巷道要掏槽，防火密封牆內的黃泥夾層長達若幹米，且要在密閉內外噴混凝土。一旦遇到地質破壞帶或架棚巷道及含水的漏風點，原有的堵漏方法就無法滿足生產要求。在大量研究國內外的堵漏風的技術的基礎上，結合三河口礦的是實際情況，決定采用中法合資即浩珂偉博公司生產的聚合材料，即艾格勞尼、馬麗散等。
3、聚合材料的基本特性：
聚合材料主要是一種聚合物和另外一種加速劑通過該公司專利產品高容量注射槍混合後射入需要地點，在短時間內即可完成發泡。作用：①中空填充和冒頂工作後的封閉。②砂質底層的固結。③破碎和不穩定地層的固結。④有地熱情況下的側麵隔絕。⑤節理水密封。優點：①質量輕、有2—20倍的膨脹率，中空填充用量小。②泡沫反應迅速快，不需要防漏支架。③不蔓延火區，適用於井下滅火。④泡沫形成後不溶於水。
4、聚合材料堵漏基本原理及工藝
1、艾格勞尼。采用兩種不同的膠體聚合材料，通過用高壓風帶動的艾格勞尼單體泵自不同的兩個容器通過軟膠管吸入泵中，經過加壓後，以20：15或1：1的體積相混合，同時壓入噴射頭，兩種液體經過噴射頭內的壓縮空氣自動激活，射入要堵漏風的地點，瞬間發泡達到原體積20倍以上，可以在很短的時間內完成一個防火密閉、冒頂或一般的裂隙等上部空洞的填充。工作原理（見圖二）：
2、馬麗散N:兩種不同程度的聚亞膠粘產品，經一台泵和一支混和槍注入要堵漏的含水漏風巷道內，低粘度混合物保持液體狀態內幾秒鍾，滲透細小的裂隙後開始膨脹，從而有效地加固和密封含水、漏風地點。（馬麗散注射泵原理與艾格勞尼注射泵原理基本相同，區別是產生的壓力較大）馬麗散技術參數：（見表二、表三）
(表二)
1、基本成分
樹脂
催化劑
25℃時的密度(g/cm3)
1.04
1.23
25℃時的粘度(mpa.s)
200
210
混合比例(體積比)
1
1
20℃時的儲存期限(月)
6
6
存儲溫度(℃)
5-30
5-30
包裝
30公斤塑料桶
35公斤塑料桶
(表三)
2.聚合產品
應用溫度(℃)
15
25
最初的粘度(Mpa.s)
450
250
開始反應(分鍾)
1:15
0:45
發泡結束(分鍾)
2:10
1:25
膨脹比
2
2
壓力(Mpa)
＞10
＞10
粘合力(Mpa)
＞1
＞1
5、堵漏效果：
運用艾格勞尼對3下231（1）上順槽、3下221（2）中間巷、3下215（2）上順槽、3下215（2）中間巷及3下215（2）火區等地點進行封堵後，從根本上杜絕了采空區及巷道的漏風；運用馬麗散對岩石集中巷內漏風且含水的2#、3#、4#、5#漏煤眼實施了成功的堵漏。目前3下215（2）上切眼火區除有22ppm的CO濃度的氣體外，C2H4、C2H6、C3H8等氣體均已消失。3下215（2）采麵已經開始生產，巷道已經恢複正常掘進。
三、聚合材料的優缺點：
1、艾格勞尼主要優、缺點：
（1）優點：①膨脹率高，材質輕，不傳熱，可以從低位傳到高位充填，對防止瓦斯等氣體積聚、封堵裂隙防治漏風效果明顯。②封堵速度快，易於操作，在1小時內可施工完一道斷麵7.2平方米，厚度2—3米的防火密閉牆，效率高。③成本低，使用方便。
（2）缺點：①充填固狀物抗壓強度低，不抗衝擊。②聚合材料有一定的氣味。
2、馬麗散的主要優點：
（1）優點：①粘度低，能很好地滲入細小的裂隙中，操作方便。②極好的粘合能力與地層等易於形成很強的粘合。③其良好的柔韌性能能承受地層運動。④可與水反應並封閉水流及漏風。⑤能提高煤倉倉體內煤的支撐機械阻力。
（2）缺點：主要缺點是成本較高。
四：結論：
聚合材料通過在三河口生建煤礦4個多月的應用，成功地根治了漏風，保證了3下215（2）采煤工作麵的安全生產及的3下231（1）上順槽、3下221（2）中間巷、3下215（2）上順槽、3下215（2）中間巷等掘進迎頭的正常掘進，取得了顯著的經濟效益和良好的社會效益。實踐證明，聚合材料是一種新型的具有廣闊推廣前景的防自燃發火材料。
參考文獻：
1、中國煤炭工業勞動保護科學技術協會礦井通風專業委員會《第十一屆學術和議論文集》。
