新材料加固密闭墙技术在成庄矿的应用

毕浩浩

（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司成庄矿,山西 晋城 048000）

在煤矿生产过程中，由于通风需要通常在巷道内构建密闭构筑物，但由于矿山压力影响，密闭构筑物受到不同程度的变形开裂、损坏等[1-2]。山西成庄煤矿井下受采掘工艺及工作面通风方式的制约，通风设施数量较多，且均由刚性材料（基本上是用红砖或木柱、木板、水泥混凝土）构筑，通风设施受采动影响易变形、损坏，尤其是密闭墙的损坏造成瓦斯外泄，漏风大，维护难度大。传统的喷浆方式人力投工过多，运输问题难以解决，灰浆撞击产生火花，局部地点瓦斯大；远距离输送泵，并不能解决生产过程中出现的投工多等缺点，故新型材料加固密封密闭构筑物的研究迫在眉睫[3-4]。

1 传统加固密闭墙技术在该矿的应用情况

成庄矿的密闭墙按材料不同分为砖、料石和混凝土（喷浆）三类。修建砖、料石密闭墙时，受技术等的影响，封顶时灰上的不足，砖与砖、层与层之间空缝过大，灰浆不饱满，后期受矿压的影响，砖、料石密闭墙刚性过大，容易垮塌，后续处理时，黏贴性差，极易出现离层现象，不利于后期维护。在该矿4219/4224副巷9#横川、4216副巷北段正头直接用双板墙向中间填充沙、水泥混合物（混凝土），但存在的关键问题是接顶时封闭困难，墙体承压效果不好。对于密闭墙尤其是连通采空区的密闭墙，由于不同程度受顶板压力影响，出现密闭墙被压垮等现象，采取的措施为贴砖或混凝土喷浆处理通风设施，但人工倒料工程量大，施工时间长，职工长期处于顶板压力不稳定区域工作，加大了工作的危险性，而且采用贴砖或混凝土喷浆处理密闭墙后，由于刚性较强，韧性不足，经过一段时间之后，仍会出现二次压裂现象，无形中给矿井瓦斯管理增加了难度。

2 新材料加固密封技术的应用

结合该矿实际解决密闭墙施工工艺存在的弊端，采用先进的无机柔性喷涂材料，旨在有效解决密闭墙开裂、漏风、瓦斯泄漏及渗水等问题[5]。该材料是北京瑞诺安科新能源技术有限公司生产的瑞诺无机柔性喷涂材料，是一种新型煤矿安全功能性材料应用技术，是无机复合材料，具有与煤体表面粘附力强、固化物本体抗拉强度高（＞2MPa）、拉升变形大（＞30%）、耐久性好、顶立面喷涂不流挂、表干和硬化时间快、绝对阻燃和抗静电等优异特点。

现场试验地点在5301工作面联络巷以及4220副巷正头密闭墙、4215正头密闭墙、4220巷正头密闭墙。

2.1 施工方法及主要技术参数

（1）密闭墙构造技术方案

密闭墙采用木板构筑方式。首先在适当位置构筑木板密闭墙，然后在密闭墙表面喷涂瑞诺无机材料。需要注意的是构筑木板密闭墙的木点柱与顶板、底板均接触，顶板位置可打上木楔固定。靠近煤柱的木点柱用铁丝固定于两边铁丝网上。构筑木板密闭墙的基本要求，如下简图1所示。在木柱上铺板时,木板厚度为25mm。由上至下平铺。有与木点柱交接位置用钉子固定（并在铺设的木板上平铺风筒布）。

图1 构筑木板密闭墙示意图

（2）堵缝及喷涂材料

木板墙构筑完毕后，须用喷涂砂浆对四周较大缝隙进行封堵。然后，使用瑞诺无机柔性喷涂材料进行木板墙表面喷涂防漏风、防开裂处理。

（3）主要技术参数及操作方法

主要技术参数：喷涂后初凝时间30～60min，终凝时间2～3h，最大抗拉强度需满足2.5MPa，最大拉伸率大于50%。喷涂所用液料采用50kg/桶包装，粉料采用25kg/袋的防潮袋包装，该材料绝对阻燃抗静电，在高温下无任何有害物质释放。

具体操作方法：瑞诺喷涂设计使用的液体与粉体配比为2:1，采用专用喷涂泵施工。施工时，只需将粉料加入高分子材料中混合均匀即可，搅拌约3～5min，务求均匀，喷涂时送料泵不要开得太大，喷涂枪处，压风要送足，喷涂枪走得要均匀，涂层要薄并且均匀。枪口距喷涂面的距离不可太远，距离1～1.5m。调试及喷涂时先打开喷枪出风控制阀，再打开输浆机控制阀门，结束时要先关闭输浆机控制阀门，再关闭喷枪出风控制阀。喷涂后形成的密封层，可以有效地防止气体的渗漏并可随煤岩层位移发生变形。在施工过程中如果因设备问题或停风造成施工中断时，必须采用高压水清除设备中的浆液。为了获得最优的喷涂性能，不能在低于15℃的环境中使用该材料。

动力源要求：井下压风，压力不小于5kg/cm2，流量不小于4m3/min。需要从主管上引气，气管须使用直径25mm的高压胶管，接头KJ25快插接头。水源要求：井下压力水，压力不小于2kg/cm2。需要从主管上引水。其他备件要求：高压风管（内径1寸）、输浆管10m（内径1寸、带快速接头）、喷枪两个、气管20m。

2.2 需要注意的安全事项

因为影响喷涂层最终强度的形成时间和使用寿命的因素为墙体表面清洁度、环境温度、喷涂速度等，所以需要注意以下内容：

（1）清理待喷涂体的表面，保证表面没有浮尘。对煤壁要清除浮煤，并平整煤壁的表面。喷涂施工以30m2为一个循环，从左到右先喷比较薄的一层，然后逐渐增加厚度直到达到设计厚度为止；一个循环完成后接着喷下一个循环，直到施工结束。

（2）每循环大约需要1～2h，每个循环结束后彻底清洗一次喷涂泵，保证下个循环的正常进行。整个施工大约需要2个循环。

（3）正式开始喷涂，为了喷涂均匀，每次喷涂不能太厚，循环施工，直到达到厚度。

3 新材料应用效果分析

2017年3月4日，利用新型无机材料在5301工作面联络巷的密闭墙进行现场试验，并进行30d的观测，发现密闭墙无漏风现象，保证了墙体的密闭性和抗压性，提高了密闭墙的质量。5月6日在4220副巷正头密闭墙、4215正头密闭墙、4220巷正头密闭墙进行现场应用，现场监测30d，监测显示无任何有害气体渗漏，有效地解决了密闭墙受顶板压力后墙体变形带来的通风瓦斯问题。

4 结论

在成庄矿顶板受压巷道内密闭墙采用瑞诺无机柔性喷涂材料，不但人工投入少，材料运输工程量小，而且施工安全，速度快，受压收缩性好，维护效果好，能进一步避免因密闭墙受压损坏后导致风量不足后瓦斯积聚情况的发生。现场监测无任何有害气体渗漏，有效地解决了密闭墙受顶板压力后墙体变形带来的通风瓦斯问题。