一種煤礦巷道的封堵方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤礦巷道的封堵方法，包括如下步驟：（1）提供一種納米材料；（2）將水與所述納米材料混合均勻以形成混合物，水與所述納米材料的質(zhì)量比為1:0.36～1:0.44；（3）采用噴涂機將所述混合物噴涂至煤礦巷道的受噴面上以形成噴涂層，所述噴涂機的出口壓力為0.3～0.46MPa；其中，所述納米材料包括鋁酸三鈣32～38wt%、亞硝酸鈉4～8wt%、二氧化硅17～25wt%、丙烯酸酯共聚乳液23～30wt%、和粘合劑11～18wt%。采用本發(fā)明的方法可以節(jié)約成本，提高施工效率。
【專利說明】一種煤礦巷道的封堵方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦封堵方法，尤其是涉及一種煤礦巷道的封堵方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀80年代以來，新奧法支護在我國煤礦巷道中得到了全面推廣應(yīng)用，并根據(jù)不同的巷道圍巖類型及礦壓特點采取不同的控制方式。例如，巖石巷道采用錨網(wǎng)噴支護；回采巷道(煤巷)采取錨帶網(wǎng)支護。
[0003]煤巷錨帶網(wǎng)支護后，由于受巷內(nèi)潮解的空氣、散雜電流及有害氣體(一氧化碳、二氧化硫、硫化氫及氯離子等)的侵蝕，造成支護材料銹蝕嚴重。根據(jù)現(xiàn)場實際測量，煤巷錨帶網(wǎng)的銹蝕速率達0.35?0.65mm/a,比地面高出5?8倍。由于錨帶網(wǎng)銹蝕，導(dǎo)致其彈性降低，脆性增大，尤其是銹蝕后表面上出現(xiàn)密集的斑點坑，斑點坑的深度比銹蝕層厚度大，這些密集的斑點相當(dāng)于支護材料的外部缺陷，一旦受到外部干擾或擾動就很容易發(fā)生脆性斷裂。據(jù)統(tǒng)計，在煤巷冒頂、偏幫及失穩(wěn)破壞等事故中，48%以上都是因為錨帶網(wǎng)銹蝕造成的支護強度降低所引起的。
[0004]此外，回采巷道掘出之后，由于圍巖長期暴露在外，導(dǎo)致圍巖內(nèi)出現(xiàn)風(fēng)化裂隙而變成松散狀態(tài)。風(fēng)化裂隙縱橫交錯并由外向里逐漸發(fā)展，造成一定厚度的圍巖失去自穩(wěn)性和自承能力。同時，由于圍巖松動，錨桿或錨索的外露端便出現(xiàn)松弛，致使其支護強度下降或喪失，最后導(dǎo)致圍巖出現(xiàn)較為嚴重的變形破壞。
[0005]綜上，由于錨帶網(wǎng)的銹蝕及圍巖風(fēng)化嚴重影響了巷道的安全及穩(wěn)定。目前常規(guī)解決辦法是噴射C20混凝土(即噴漿)。但是，其存在如下問題:
[0006](I)噴漿與圍巖(煤壁)粘結(jié)力小，噴層重量易變成被金屬網(wǎng)懸掛的荷載，從而增大了金屬網(wǎng)的撓曲變形，致使噴層起不到圍巖防風(fēng)化的目的，反而還影響了金屬網(wǎng)的貼實護表作用。
[0007](2)噴漿密實性較差，在凝固過程中由于收縮而產(chǎn)生大量毛細空隙，無法阻止潮濕的空氣、一氧化碳、硫化氫及氯離子等有害氣體的侵入，致使噴層起不到錨帶網(wǎng)的有效防腐作用。
[0008](3)噴漿因骨料粒度較大，無法充填圍巖內(nèi)的孔隙、裂隙而使它們成為一體。
[0009](4)采用錨帶網(wǎng)支護后再噴漿時，形成的結(jié)構(gòu)為金屬網(wǎng)在里，噴漿層在外。圍巖或危石一旦變形或移動，因金屬網(wǎng)變形外凸，相應(yīng)噴漿層破裂，致使噴漿層起不到應(yīng)有作用，反而對巷內(nèi)安全構(gòu)成很大威脅。
[0010](5)煤巷錨帶網(wǎng)支護后，若長期裸露在外，因煤壁風(fēng)化松動，導(dǎo)致了錨桿外露端產(chǎn)生松弛，進而影響錨桿的支護效果；若采用噴漿進行封閉，因與煤壁的粘結(jié)力較小，致使噴漿層起不到應(yīng)有的支護效果。
[0011](6)噴漿回彈率高(> 30%)、施工效率低、環(huán)境差、成本高、成巷速度慢，很不適應(yīng)煤巷快速掘進的施工要求。
[0012](7)煤巷噴漿后，因其噴厚較大，當(dāng)工作面回采時對煤質(zhì)具有較大影響。[0013]因此，目前尚無一種切實可行的方法可以很好解決煤巷圍巖防風(fēng)化及錨帶網(wǎng)防腐的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]為了克服上述缺陷，本申請的發(fā)明人進行了深入研究，通過優(yōu)化分析，遴選出了完全符合煤礦安全規(guī)程要求的納米材料，并經(jīng)過反復(fù)試驗形成可行的工藝，從而解決煤巷圍巖防風(fēng)化及錨帶網(wǎng)防腐的問題。該工藝可以使納米材料在煤礦巷道中得到良好的推廣應(yīng)用。
[0015]本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如下技術(shù)方案可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0016]本發(fā)明提供一種煤礦巷道的封堵方法，包括如下步驟:
[0017](1)提供一種納米材料；
[0018](2)將水與所述納米材料混合均勻以形成混合物，水與所述納米材料的質(zhì)量比為1:0.36 ~1:0.44 ;
[0019](3)采用噴涂機將所述混合物噴涂至煤礦巷道的受噴面上以形成噴涂層，所述噴涂機的出口壓力(風(fēng)壓)為0.3~0.46MPa。
[0020]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，所述納米材料包括鋁酸三鈣、亞硝酸鈉、二氧化硅、丙烯酸酯共聚乳液和粘合劑。優(yōu)選地，所述納米材料由鋁酸三鈣、亞硝酸鈉、二氧化硅、丙烯酸酯共聚乳液和粘合劑組成。任選地，所述納米材料還可以包括其他添加劑，例如抗氧劑、消泡齊?、流平劑等。這些抗氧劑、消泡劑、流平劑都是本領(lǐng)域所已知的那些，這里不再贅述。
[0021]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，所述納米材料包括如下組分:
[0022]鋁酸三鈣32~38wt%、
[0023]亞硝酸鈉4~8wt%、
[0024]二氧化硅 17 ~25wt%、
[0025]丙烯酸酯共聚乳液23~30wt%、和
[0026]粘合劑11 ~18wt%。
[0027]在本發(fā)明中，上述各組分的重量百分比之和為100wt%。
[0028]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，所述納米材料包括如下組分:
[0029]鋁酸三鈣33~37wt%、
[0030]亞硝酸鈉5~7wt%、
[0031]二氧化硅 18 ~23wt%、
[0032]丙烯酸酯共聚乳液25~28wt%、和
[0033]粘合劑13 ~16wt%。
[0034]作為更優(yōu)選，所述納米材料包括如下組分:
[0035]鋁酸三鈣34~36wt%、
[0036]亞硝酸納5.5 ~6.5wt%>
[0037]二氧化硅 19 ~22wt%、
[0038]丙烯酸酯共聚乳液26~27wt%、和
[0039]粘合劑I3.5 ~I5.0wt%。
[0040]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，所述丙烯酸酯共聚乳液可以包括上海通洋化工有限公司的 Acronal DS6266ap、Acronal296DS ap、Acronal7015> Acronal7016G> Acronal7026>Acronal7035> Acronal7035G> Acronal7037> Pollyed601 > Pollyed603> Pollyed604>Pollyed902等。優(yōu)選地，所述丙烯酸酯共聚乳液的共聚單體包括(甲基)丙烯酸酯和苯乙烯，更優(yōu)選，所述丙烯酸酯共聚乳液的共聚單體包括(甲基)丙烯酸酯、苯乙烯和丁二烯。更優(yōu)選地，所述丙烯酸酯共聚乳液為由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯單體形成的共聚乳液。作為實例，本發(fā)明的丙烯酸酯共聚乳液可以為廣州市臺實防水補強有限公司生產(chǎn)的TS?15型丙烯酸酯共聚乳液。
[0041]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，所述粘合劑為用于水泥粘結(jié)的粘合劑。作為實例，本發(fā)明的粘合劑可以為北京鑫利太華工貿(mào)有限責(zé)任公司研制生產(chǎn)的909高分子粘結(jié)粉。
[0042]本發(fā)明使用的納米材料具有如下特點:(I)無污染、抗靜電且阻燃，完全符合煤礦安全規(guī)程的要求；(2)物理力學(xué)性能是C20混凝土的6?8倍；(3)腐蝕電流為0.192 μ A/cm2(<0.2 μ A/cm2)，對巷道圍巖及錨帶網(wǎng)具有長期防風(fēng)化和防腐效果；(4)導(dǎo)熱系數(shù)為0.362W/m.K，僅為C20混凝土的15%，具有良好的隔熱降溫性能。
[0043]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，在步驟(2)中，水與所述納米材料的質(zhì)量比為1:0.38?1:0.43 ;更優(yōu)選地，水與所述納米材料的質(zhì)量比為1:0.40?1:0.42。
[0044]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，步驟(2)的混合時間為10?30min，優(yōu)選為15?20min。在步驟(2)中，可以采用攪拌器來實現(xiàn)水與所述納米材料的混合。攪拌器為電動的，攪拌齒轉(zhuǎn)動次數(shù)為30?80轉(zhuǎn)/min,優(yōu)選為50?60轉(zhuǎn)/min。這樣更符合煤礦安全要求。將原料放入攪拌器內(nèi)攪拌，從開始攪拌算起，直至漿液表面無氣泡為止。攪拌時間為10?30min,優(yōu)選為 15 ?20min。
[0045]本發(fā)明的步驟(3 )為采用噴涂機將所述混合物噴涂至煤礦巷道的受噴面上以形成噴涂層。優(yōu)選地，本發(fā)明的噴涂機為風(fēng)動式噴涂機，這樣更符合煤礦安全要求。噴涂時不斷調(diào)整出口風(fēng)壓，當(dāng)噴涂無回彈時相對應(yīng)的風(fēng)壓為最佳出口風(fēng)壓。所述噴涂機的出口風(fēng)壓可以為0.3?0.46MPa，優(yōu)選地，所述噴涂機的出口風(fēng)壓為0.4?0.42MPa。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，所述噴涂層厚度為1.5?3mm，更優(yōu)選為1.8?2mm。本發(fā)明的受噴面包括但不限于巷幫或巷頂。
[0046]采用本發(fā)明的方法可以節(jié)約綜合成本，提高施工效率；綜合成本僅為C20混凝土噴漿工藝的綜合成本的30%左右，施工效率是C20混凝土噴漿工藝的效率的13?14倍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還具有如下優(yōu)點:
[0047](I)及時封閉圍巖，防止了圍巖風(fēng)化松動及錨帶網(wǎng)銹蝕，確保了回采巷道的有效控制；
[0048](2)密實性高、凝固快，能有效的防止了煤巖體內(nèi)的有害氣體釋放，且巷內(nèi)溫度降低可達2?3°C。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖1煤礦巷道表面的噴涂效果圖。
【具體實施方式】[0050]以下將結(jié)合實施例對本發(fā)明做出進一步的說明，但本發(fā)明并不限于此。
[0051]以下實施例中所使用的原料說明如下:
[0052]丙烯酸酯共聚乳液:廣州市臺實防水補強有限公司生產(chǎn)的TS~15型丙烯酸酯共聚乳液；
[0053]粘合劑:北京鑫利太華工貿(mào)有限責(zé)任公司研制生產(chǎn)的909高分子粘結(jié)粉；
[0054]其他原料均為常規(guī)市售產(chǎn)品。
[0055]測試方法說明如下:
[0056] 噴涂效果:采用裸眼觀察。
[0057] 離析狀況:水和納米材料放入攪拌器內(nèi)攪拌均勻，然后進行噴涂，待6h后采用顯微鏡觀察表面的離析狀況。表面無離析狀況，表明水灰比適當(dāng)。
[0058]中性鹽霧實驗:由Q235鋼筋形成錨帶網(wǎng)，在錨帶網(wǎng)上噴涂2mm后的噴涂層，經(jīng)箱內(nèi)170kPa壓力、96小時的中性鹽霧實驗后，取出試樣在顯微鏡下觀察錨帶網(wǎng)是否出現(xiàn)銹蝕。
[0059]腐蝕電流:采用RST電化學(xué)工作站測試腐蝕電流。 [0060]施工效率:以8小時噴涂的噴涂層面積作為施工效率的指標。
[0061]實施例1
[0062]( I)納米材料的制備:
[0063]將35g鋁酸三鈣、6g亞硝酸鈉、19g 二氧化硅、26g丙烯酸酯共聚乳液和14g粘合劑混合，然后再進行高精研磨混合，獲得納米材料A。所得納米材料A的平均粒度為50~IOOnm0
[0064]( 2 )煤礦巷道封堵工藝
[0065]將水與納米材料A混合均勻以形成混合物，水與所述納米材料的質(zhì)量比(即水灰比)為 1:0.36 ；
[0066]采用噴涂機將所述混合物噴涂至煤礦巷道的受噴面上以形成2mm厚的噴涂層，噴涂機的出口風(fēng)壓為0.42MPa。噴涂效果參見圖1。其他詳細性能參見下表。
[0067]實施例2~5和比較例I~3
[0068]除了將水灰比替換為下表所示的比例之外，其他條件與實施例1相同。詳細性能參見下表。
[0069]
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦巷道的封堵方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)提供一種納米材料； (2)將水與所述納米材料混合均勻以形成混合物，水與所述納米材料的質(zhì)量比為1:0.36 ?1:0.44 ; (3)采用噴涂機將所述混合物噴涂至煤礦巷道的受噴面上以形成噴涂層，所述噴涂機的出口壓力為0.3?0.46MPa ； 其中，所述納米材料包括如下重量百分比的組分: 鋁酸三鈣32?38wt%、 亞硝酸鈉4?8wt%、 二氧化硅17?25wt%、 丙烯酸酯共聚乳液23?30wt%、和 粘合劑11?18wt%0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，水與所述納米材料的質(zhì)量比為1:0.38?1:0.43。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，水與所述納米材料的質(zhì)量比為1:0.40?1:0.42。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)的混合時間為10?30min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴涂機的出口壓力為0.4?0.42MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴涂層的厚度為1.5?3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述納米材料包括如下重量百分比的組分: 鋁酸三鈣33?37wt%、 亞硝酸鈉5?7wt%、 二氧化硅18?23wt%、 丙烯酸酯共聚乳液25?28wt%、和 粘合劑13?16wt%0
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述丙烯酸酯共聚乳液為由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯單體形成的共聚乳液。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述丙烯酸酯共聚乳液為廣州市臺實防水補強有限公司生產(chǎn)的TS?15型丙烯酸酯共聚乳液。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述粘合劑為北京鑫利太華工貿(mào)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的909型高分子粘結(jié)粉。
【文檔編號】E21D11/00GK103912285SQ201410119575
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】黨萬岐, 翟所業(yè), 楊德, 蒙鵬科, 王振生, 唐文杰 申請人:神華集團有限責(zé)任公司, 神華寧夏煤業(yè)集團有限責(zé)任公司