FSM-1快速密闭材料在矿井密闭墙中的应用

王春明

【摘 要】 密闭墙是矿井生产过程中常用设备，提升密闭墙施工效率，对提升矿井通风质量、防灭火、瓦斯治理等均有一定的促进作用。文章在对矿井常用的密闭墙施工方法分析基础上，提出采用FSM-1 快速密闭材料结合密封袋快速构建密闭墙施工技术，并具体对FSM-1 快速密闭材料特性及应用效果进行分析。采用高分子材料结合密封袋施工密闭墙时可在地面制作，在施工地点完成拼装即可，密闭墙施工速度快。并且其抗压强度可达到6.45MPa，基本满足现场使用需求。

【关键词】 高分子材料;密封袋;密闭墙;采空区密封;抗压强度

【中图分类号】 TD726 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2020）03-0029-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

回采工作面开采完毕和采面推过联络巷等工作都需要对巷道进行封闭，从而减少漏风量。密闭墙是煤矿开采过程中经常施工的设置，现阶段最为常用的密闭墙结构多为砖混式，存在施工期长、劳动强度大等弊端。一些矿井在封闭位置布置两道砖墙或料石墙，并在中间填充的黄土间添加罗克休、聚氨酯、马丽散等无机材料，从而提升密闭墙抗压、封堵能力，部分矿井还采用撑伞、气囊等方式，实现密闭墙快速施工。但是均不同程度存在施工时间长、费用高、适应性不强等问题。因此，寻求一种新的材料构筑密闭墙，墙体不仅具有一定的“柔性”，而且还具有合适的强度，并且施工工艺简单，构筑速度快，对提高煤矿的安全性具有十分重要的意义。

1密封墙材料对比

就目前的应用来看，矿井普遍采用的方法为下述几种：

1.1钢筋混凝土浇筑墙体

这种封闭方法一般在金属矿山全尾砂充填采空区时，应用于巷道的封闭。

这种封闭墙强度较高，但施工时需使用混凝土泵，工艺复杂，成本较高。

1.2砂浆及料石砌筑的墙体

这种封闭方法因其选材容易、施工简单而应用最为广泛。但这种方法辅助运输量较大，尤其是在不能铺设轨道采用机械运输的巷道，只能靠人工运输料石、黄砂、水泥等，在增大工人劳动强度的同时，密闭效率也较低，从而严重制约矿井的生产能力。

1.3高分子材料墙体

随着近年来高分子材料在煤矿的应用推广，罗克休配合马丽散等高分子材料也越来越多地被应用于采空区及尾巷的封闭中。因高分子材料具有良好的机械性能及柔韧性，凝固速度快，封闭效果好，封闭效率高。施工时只需一台风动专用泵，其体积较小，携带方便，且操作简单。但高分子材料价格昂贵且强度低、固化温度高，成为这种封闭工艺广泛推广的掣肘。

FSM-1快速密闭材料具有费用低、强度高以及变形、承载能力强等优点，充填体可以适应围岩变形，从而有较好的密闭效果。将该材料应用到矿井密闭墙施工时，具有易于操作、密闭性好等优势，同时可大幅降低劳动强度、构筑时间。

2 FSM-1快速密闭材料特性及施工工艺

2.1材料特性

FSM-1快速密闭材料具有早强高强的特点，其强度随时间变化图见图1。

从图1看出FSM-1型快速密闭材料2h、24h、72h抗压强度可达2.40MPa、6.22MPa、7.78MPa，7d、28d抗压强度可达9.24MPa、10.11MPa。24h、7d可达到最终强度的60%、90%以上，具有早期强度增长快，速凝早强特性，有利于密闭墙的构筑。FSM-1型快速密闭材料凝固体的抗压强度与水灰比成负相关。

2.2施工工艺

FSM-1分甲、乙料两部分，双液充填泵分别对两种浆液加压，双趟高压管路输送浆液，在密闭墙位置充填到密闭袋内混合、凝固。构筑密闭墙作业包括运料、制浆、立模、充填、清洗等工序。密闭设备配置见图2。

3现场应用

3.1工程概况

48710工作面埋深平均315m，所采8#煤层节理发育，煤层上部厚2.42m的泥岩或砂质泥岩夹石。现在48710工作面已回采完毕。西铭矿拟采用FSM-1型快速密闭材料在48710工作面施工6道密闭墙，密闭墙位置见图3。3号、5号为永久密闭墙，其余4道为临时密闭墙，具体密闭墙参数见表1。

3.2高分子材料使用量

根据FSM-1型快速密闭材料与水灰比的强度关系、工程经验及经济性，初步确定快速密闭材料水灰比为1.5∶1，单位体积充填体用料0.5t，抗压强度10MPa，抗剪强度2.4MPa。

从表1可知，6道密闭墙合计浇注体积 240.35m3。快速密闭材料水灰比设计为1.5∶1，根据西铭矿的条件，考虑10%的运输及使用损耗，预计使用材料132t。

3.3密闭袋设计

密闭袋设计为封闭的六面体，具有阻燃抗静电特性。为降低浆液对立模木柱和钢筋网的侧向推力，根据48710工作面密闭墙结构设计的密闭袋结构见图4，规格参数见表2。

3.4现场施工工艺

3.4.1注浆泵站布置

现场布置1台双液注浆泵、2台搅拌机，每台搅拌机搅拌容积1.0m3，搅拌机附近布置料场。

3.4.2清理浮煤及杂物、吊挂密闭袋

构筑前首先将密闭墙附近的浮煤及杂物清理干净，两帮掏槽300～500mm，掏槽要见硬帮、硬底。內外两侧均采用钢筋网和木立柱立模，然后放入并悬挂好柔性密闭袋（密闭袋顶部吊环固定在顶板锚杆上），密闭袋内充入压风使其成型。

3.4.3上料、搅拌

根据设计的上水量上水、加料，搅拌3min以上后方能泵送。

3.4.4泵送与清洗设备

为确保密闭袋与巷道顶板、巷帮紧密接触，密封袋充满后仍带压缓慢充填3～5min。

注浆完成后立即采用清水冲洗注浆系统。

3.5现场应用效果

48710工作面共施工6道密闭墙，3号和5号密闭墙由于为永久密闭墙，且面积大，共耗时8个小班完成立模、充填。通过3号和5号密闭墙施工逐步熟练，其余4道密闭墙立模和充填各1个班完成。高分子材料密封墙施工耗时仅为传统的密封墙施工工艺的1/2。

充填完成24h后现场对施工的密封墙进行测试，充填密闭袋巷道顶板接触良好，未有漏风裂隙产生。对密封墙体材料取样测试，测量得出其抗压强度达到6.45MPa，可以满足现场使用需要。

密闭袋在地表制作，井下密封现场直接拼接即可，在密封地面不需要施工混凝土墙、架设钢模板等，施工效率高，作业人员劳动强度低。

4总结

FSM-1型快速密闭材料是一种不燃、反应热低、速凝早强的新型纯无机胶凝材料。1kgFSM-1型快速密闭材料加水后可以形成12.4L泡沫，泡沫受压变形接近30%时抗压强度仍不发生变化，变形、承载能力强。

采用的密封袋在地面制作完毕，在施工地面完成拼装即可（拼装耗时在1h以内），不需要施工模板、混凝土墙等结构。该材料可进行巷道永久充填密闭和联络巷密闭，具有工艺简单、易于操作、构筑时间短、密闭性好等优点。

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