井巷高冒区积聚瓦斯治理技术研究

王慧强

（晋煤集团凤凰山矿，山西 晋城 048007）

凤凰山矿属于老矿井，井下地质构造复杂、矿山压力大、高冒区数量多，易产生瓦斯积聚，给井下安全、高效生产带来一定的隐患。当矿山压力增大时，高冒区和部分采空区通过煤体裂隙导通时，瓦斯积聚量更大，产生重大安全隐患。

目前，我国大多数矿井在治理高冒区积聚瓦斯方面普遍采用增加风量稀释法。在全风压通风巷道安装适当功率的局部通风机，利用风筒将新鲜风流引至积聚地点进行稀释处理，利用一定的器材将全风压新鲜风流导至局部通风不良地点，利用压入局部通风机风筒加装分支处理瓦斯积聚，利用安全不燃性材料将瓦斯涌出积聚的空间充填、喷浆隔绝瓦斯涌出源及瓦斯抽放等手段。利用快速充填、密闭材料进行处理，是解决高冒区积聚瓦斯问题的国际先进技术，国外探索较早，实施较多，国内正处于探索、推广阶段，属于较为新兴的前沿技术。该技术的推广和应用，可为解决高冒区积聚瓦斯开辟一条新途径。利用该技术，可以彻底解决高冒区瓦斯治理难题。

1 快速充填治理高冒区积聚瓦斯工艺介绍

快速充填治理高冒区积聚瓦斯工艺，是以纳米改性无机矿物粉体材料，通过远距离泵送形成凝固成型快、轻质高发泡、固结体不收缩、完全闭孔细小泡孔结构、高含水、低反应温度（＜40℃）、绝对阻燃抗静电充填材料，充填密封高冒区实现杜绝瓦斯积聚。

1.1 材料选择

根据煤矿高冒区冒落特点及煤矿的安全要求，选用纳米改性无机矿物发泡粉体材料。

产品采用防潮袋25kg包装，现场施工使用时与水直接混合经专用泵输出，水与料的重量比为2～2.5∶1，专用施工泵提前确定好进水流量、加料速度，现场可以实现连续倒产品到加料斗，连续稳定施工，操作简便、快速。产品有迅速发泡（浆液出输料管口后40～60s）、堆积性强（堆积范围可调）、凝固成型较快、固结体不收缩、完全闭孔细小泡孔结构、密封性优异、轻质、受压变形好、不开裂等优异性能；同时该产品含有较大量水固化，无任何反应温度。特别适用于煤矿井下较大冒顶空穴、溶腔、冒落区充填密封，以及高温、着火煤层或区域实现防灭火功能。该产品充填1m3体积用料80～100kg左右，且稳定性好，能很快固结并具有一定的强度（0.1～0.4MPa）。该产品在应用性能上具有输送距离远（300～500m）、操作简便、泵送输出流量大（20～40m3/h）、凝固时间短（40s～2min）等特性，可以实现非常好的堆积性和充填性能。

表1 纳米改性无机矿物发泡粉体材料产品性能参数

1.2 施工设备选择

使用专用灰浆泵为电动螺杆式注浆泵，防爆电机。该泵具有远距离输送功能，施工时输送距离为150～500m，具有自动调节水与灰料比、快速搅拌和连续、稳定输出等功能。整个泵体积较小，适合井下生产作业。

表2 专用灰浆泵物性参数

1.3 施工工艺

高冒区充填密封时，首先在原高冒区采用锚网索进行支护；其次在高冒区底部与巷道顶板处进行人工假顶的构筑；在人工假顶上面采用阻燃风筒布或彩条布进行铺底以防充填时浆液泄漏。

2 技术难点与创新点

2.1 技术难点

（1）纳米改性无机矿物发泡粉体材料凝固时间的掌控对于施工的影响；材料发泡倍数达到要求及密封性能的研制对于高冒区的密封有很大的作用。

（2）纳米改性无机矿物发泡粉体材料反应温度不能太高，不能给煤矿安全生产带来隐患。材料本体绝对阻燃抗静电无任何潜在的不安全性隐患。

2.2 技术创新点

采用国际最先进的纳米改性无机粉料与水物理作用高发泡型充填密封材料技术，实现远距离泵送，材料轻质高泡，密封性能优异；突破高分子发泡充填材料的高反应温度、低阻燃性、单方成本高等的缺点。

纳米改性无机粉体与水作用高发泡充填密封材料与液体高分子发泡材料比较的直接经济性：

（1）单方充填成本低。充填密封1m3体积空间用料量为60kg左右，成本在300元左右。而当前有机高分发泡材料充填密封1m3体积空间用料量为65kg左右，其成本为1500～2000元左右。

（2）产品的安全技术优异性。纳米无机高发泡材料产品没有任何反应温度，且是由大量的水混合作用而成，具有较好的防灭火降温和密封作用。而有机高分子发泡材料（目前使用的酚醛树脂发泡材料）具有较高的反应温度（90度以上），且耐火性较差，在较高温度下会逐渐碳化、开裂，造成新的漏风出现，导致煤层的二次复燃灾害的发生。此外，有机酚醛树脂发泡材料含有一定的游离甲醛分子，井下应用中易挥发，对人体有一定的伤害性。而纳米无机充填材料没有任何有害物质挥发。因此，安全性上要优异得多。

（3）施工速度高效快捷。纳米无机改性高发泡充填密封材料产品配套的施工泵流量大，每小时充填的体积量可达到20～40m3，而有机高分子发泡材料每小时充填量不到20m3。

（4）体积稳定性优异。纳米改性无机高发泡充填密封材料产品在有火区的空间内充填密封耐高温性能优异，不会有任何体积变形性，体积稳定性优异，因此密封性好。而有机高分子发泡材料在有火区的空间中使用其体积稳定会有缺陷，容易碳化收缩，失去密封性能。

3 结语

高冒区瓦斯积聚问题是长期困扰矿井安全高效生产的难题之一，受到煤矿的高度重视。解决这一问题，现有技术普遍存在不安全性、次生灾害性潜在隐患以及成本高等缺陷。采用该技术可快速、彻底治理高冒区瓦斯积聚疑难问题，因此具有较好的推广价值和应用前景。