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高分子堵水剂在煤矿中的应用技术--兖矿集团东滩煤矿、兴隆庄矿
更新时间【2007-6-20 9:30:05】点击次数【5851】

(1兖矿集团东滩煤矿,山东 邹城 273500;2兖矿集团兴隆庄煤矿,山东 兖州 272102)
    摘  要:本文介绍了高分子堵水剂材料的特点和主要性能,讨论了高分子堵水剂材料的施工方法和应用。通过具体的应用实例说明了高分子堵水剂材料在煤矿防治水、堵漏风、堵瓦斯、充填加固等方面的应用。
关键词:高分子堵水剂;防治水;堵漏风;堵瓦斯;充填加固

    煤矿安全生产,保护矿工的生命安全和国家的财产安全一直是国家安全生产防护的重中之重。每年煤矿安全事故经常发生,煤矿事故的死亡率高。煤矿中的安全隐患有诸多方面,如:瓦斯、透水、塌方等。为了加强煤矿安全生产,曲阜瑞驰矿业工程有限公司和东北林业大学合作开发了一种新产品“高分子堵水剂”,可以有效地应用在矿井防治水、堵漏风、堵瓦斯、充填加固等方面,为煤矿安全生产又提供了一种新的操作简便的产品和手段。能够有力地保障煤矿生产中的安全。
一、高分子堵水剂材料特点:
   高分子堵水剂是一种水反应型单一液体注浆材料,是高科技化学合成的注浆堵漏材料。该材料遇水后即与水发生化学反应,形成弹性胶状固结体,一般反应量只占水量的5-10%。其具体特点如下:
1、高分子堵水剂遇水后自行分散、乳化、发泡,立即进行化学反应,形成不透水的弹性胶状固结体,形成良好的止水能力。
2、反应后形成的弹性胶状固结体有良好的延伸性、弹性及抗渗性、耐低温性、阻燃性,并在水中永久保持原形。
3、与水混合后黏度小,可灌注性好,固结体在水中浸泡对人体无害、无毒、无污染、无化学变化。
4、高分子堵水剂遇水反应形成弹性固结胶体的同时,释放CO2气体,借助气体压力,浆液可进一步压进地层的空隙,使多孔破碎性结构地层能完全充填密实。具有多次渗透的特点。
5、高分子堵水剂的膨胀性好,容水量大,具有良好的亲水性和可灌注性,同时浆液的黏度、固化速度、时间可以根据用户需要进行调节。
6、由于灌注的高分子堵水剂是单一材料,因此现场操作工艺简单,使用方便。
二、主要技术性能指标:

1煤矿高分子堵水剂主要性能

    项

 水反应型

 

淡棕色透明液

黏度Mpa.S25±0.5

60-200

密度g/cm325±0.5

0.98-1.10

诱导凝固时间s

15-600

抗压强度Mpa

≥0.98

 包含水量

10

三、高分子堵水剂施要求与工工艺过程:
1、设备材料和人员:单液或双液矿用注浆泵(气动或电动)一台,注浆高压胶管及注浆无缝钢管(花管)若干;注浆施工人员2-3人;
需要堵水、加固、充填区域:按孔距500-2000mm及孔深1500-3000mm布孔、打钻;注浆管与巷道壁的固结采用麻绳或海带及其它方式。
2、有水地点:采用矿用注浆泵直接压注一定比例的高分子堵水剂,工艺过程见图1。
3、无水地点:先用矿用注水泵注水充满、压开裂隙,再压注高分子堵水剂;或用双液注浆泵一个管路注水另一个管路压注高分子堵水剂,压注高分子堵水剂时的比例使用控制阀控制,一般是出水量的5-10%,工艺过程见图2。

图2 无水地点双液同时注浆过程

4、注完高分子堵水剂,外露的注浆管可以剪切掉,压注高分子堵水剂的设备,用专用清洗剂冲洗,专用清洗剂可回收重复使用2-3次。
四、应用范围及地点:
1、兖矿集团兴隆矿:该矿4300综放面顶部40-60m有含水层和流沙层,同时该面和一地方矿采空区相邻,地方矿一条废弃巷道和4300综放面下顺槽相连通,为4300综放面埋下了严重的水灾隐患。兴隆庄矿用0.5M厚的闭墙将地方矿老巷和4300综放面上顺槽隔绝,但0.5M厚的闭墙不能排除水灾隐患。经认真分析论证,兴隆庄矿决定向闭墙内压注高分子堵水剂,该材料属于单一液体,压注工艺简单,且劳动强度低。首先在闭墙外施工了3个2寸钻孔,并下套管。利用曲杆泵压注高分子堵水剂,通过管路连接到闭墙外的3个钻孔套管上,向闭内大量压注高分子堵水剂材料,迅速解决了此隐患。其压注工艺见下图3:


2、兖矿集团东滩矿:14采区东边界联络巷下车场共有7个出水点,长度10米,出水面积约30m2,出水量6m3/h,在每个出水点附近布置2个钻孔,孔深3米,孔角度60-70°,共计14个钻孔。堵水后只有一个地点渗水,效果很好。另有一个25 m3/h左右的采空区出水点,出水点有46-50米水柱的压力,直接向此3寸粗的出水点注入高分子堵水剂,2分钟完全堵住。
3、兖矿集团杨村矿: 北大巷炸药库门口从建矿以来一直有水,巷道断面面积:17.45m2,淋水长度15m。堵水前出水量约为3-5m3/h,采用先注水冲裂隙,再注高分子堵水剂的方法,堵水后无渗水,堵水效果明显。现场环境得到改善,综合形象得到较大的提高。
4、宁阳华宁矿业集团公司保安煤矿:用高分子堵水剂对—160m采空区侧帮巷道CO等有害气体泄漏区进行密封充填。—160米采空区侧帮巷道由于巷道长期漏风,采空区供氧充分,CO气体上升逐步加快,明显有自燃隐患。在巷帮打孔深1.5-2.0m,插入注浆管,同时在注浆管上接上一个三通阀门,一端接水管另一端接注浆泵管路,用阀门控制高分子堵水剂流量,然后实施密封充填。有害气体很快控制在规程以内,消除了事故隐患。
5、肥城矿业集团查庄煤矿8500出水治理:该矿8500出水来自灰岩和断层水,水量100-500 m3/h左右,井下治理难度较大。通过矿方对高分子堵水剂材料原理和反应速度进行分析,认为在地面钻孔通过320多米的段距,操作上存在一定的难度,只要考虑周全,把设备维护好,使注浆泵达到配比要求并能达到注浆中泵量的稳定,注浆过程中不出现停止、注浆前后内管堵水剂冲洗干净。就能满足注浆需要。经对现有设备和水量的分析,在具备以上条件的情况下,通过地面钻孔双液注浆的方法治理,见图4。
 

    设备采用TBW-850注浆泵能满足要求,采用双液注浆方式进行。内管灌注堵水剂,外管灌注水或者一定浓度的泥浆(粘土泥浆或者粉煤灰浆液),依靠内外管两注浆泵的泵量比来调节反应的比例即调节堵水剂和水(泥浆)的混合比例,达到注浆阻水的良好效果。在使用现有注浆泵的基础上,堵水剂泵量为40L/min,泥浆泵量达到267L/min。这样使两种浆液混合比达到了15%。双液混合效果合理。
在注浆过程中,为了防止其他钻孔被凝固后的胶状体堵塞,附近其它钻孔采用注水的方法进行。
这种工艺方法实施的基础是调节反应时间,争取混合浆液进入采空区后形成固体(而不是在钻孔内形成固体)而且达到这种固体形成的连续性。随着连续注浆,固体体积越来越大,从而达到阻水目的。

王春耀,男,1967年5月生,辽宁葫芦岛人,1989年毕业于中国矿业大学采矿工程系,现任兖矿集团东滩煤矿副总工程师高级工程师。
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