张凯-新型注浆材料在中国煤矿安全生产中的应用及其前景

1、 新型注浆材料在中国煤矿 安全生产中的应用及其前景 张张 凯凯 副总经理副总经理浩珂矿业工程设备有限公司浩珂矿业工程设备有限公司通风控制 水害治理 岩层控制 发展方向与前景发展方向与前景新型高分子化学注浆材料新型高分子化学注浆材料 煤矿安全生产中的典型应用煤矿安全生产中的典型应用新型高分子化学注浆材料新型高分子化学注浆材料第一部分第一部分 1）煤岩体加固材料2）聚合物堵水材料3）充填密闭泡沫 双组分组成（树脂和催化剂）煤岩体加固材料最大优双组分组成（树脂和催化剂）煤岩体加固材料最大优点是能够发生膨胀，产生浆液在煤岩体裂隙中扩散的点是能够发生膨胀，产生浆液在煤岩体裂隙中扩散的二次二次渗透压力渗透

2、压力，其膨胀率为，其膨胀率为1.51.52.52.5。不但能依靠泵压作用的浓度压力差进行渗透，还能依靠材料本身的膨胀进行二次渗透，使得浆液的扩散范围和充填密实度要比普通材料高出1.5 1.5 4 4倍。煤岩体加固材料特性一一AYB屈服点屈服点弹性极限点弹性极限点断裂点断裂点ABAYB应变软化应变软化塑性形变塑性形变应变硬化应变硬化高分子化学煤岩体加固材料应力高分子化学煤岩体加固材料应力- -应变曲线应变曲线 y yOND煤岩体加固材料强度煤岩体加固材料强度材料物理力学性质测试数据材料物理力学性质测试数据 项项 目目单轴抗压强度单轴抗压强度（MpaMpa）单轴抗拉强度单轴抗拉强度（MpaMpa）

3、抗剪强度抗剪强度（MpaMpa）延展率延展率（）（）内摩擦角内摩擦角（）内内 聚聚 力力（MpaMpa）马丽散马丽散N N65.841.529.73.824510.2材料实测的抗压载荷变形曲线材料实测的抗压载荷变形曲线煤岩体高分子加固材料试样断裂表面的电镜照片煤岩体高分子加固材料试样断裂表面的电镜照片脆性材料脆性材料马丽散韧性材料韧性材料马丽休煤岩体加固材料断裂断口形貌煤岩体加固材料断裂断口形貌浆液在不同介质中的扩散渗透取芯试样浆液在不同介质中的扩散渗透取芯试样井筒混凝土壁后注浆浆脉试样井筒混凝土壁后注浆浆脉试样浆材在煤岩体中的扩散渗透情况浆材在煤岩体中的扩散渗透情况钻孔窥视仪原位观测钻孔窥视

4、仪原位观测切割煤体实位观测切割煤体实位观测CD 聚合物材料在进入有水的裂隙及空间，遇水反应即发生聚合物材料在进入有水的裂隙及空间，遇水反应即发生膨胀，快速的充填孔隙，封堵水流，达到堵水效果，膨胀系膨胀，快速的充填孔隙，封堵水流，达到堵水效果，膨胀系数为数为3 32525；材料反应时间可以根据不同的条件调节，最短时间为15秒；基于强大的粘结能力，即使是被充填的裂缝水流处于运动状态，材料也会牢牢固结所填充部分，而丝毫不影响其性能，材料可以持久耐酸、碱腐蚀和抵抗微生物的破坏，达到长时间堵水目的。 聚合物堵水材料特性二二 材料反应性能材料反应性能孔内快速封孔孔内快速封孔两大两大保障保障 橡胶圈自挤压式

5、膨胀封孔；橡胶圈自挤压式膨胀封孔； 实现钻孔深部定位注浆；实现钻孔深部定位注浆； 封孔与注浆依次完成，施工快捷。封孔与注浆依次完成，施工快捷。 4545秒内结束膨胀反应；秒内结束膨胀反应； 不具颗粒性，渗透和扩散性能好；不具颗粒性，渗透和扩散性能好； 强度上升时间短，粘合力大。强度上升时间短，粘合力大。多元网状结构多元网状结构封孔器封孔器聚合物堵水材料工艺的创新点聚合物堵水材料工艺的创新点 两种组分（树脂和催化剂）混合注射后，迅速反应生成迅速反应生成泡沫，接着产品会快速膨胀到原体积泡沫，接着产品会快速膨胀到原体积的20209090倍倍。膨胀完毕后，泡沫体3分钟内实现硬化。迅速达到充填密闭效果。

6、 充填密闭泡沫特性三三 该泡沫属于热固性材料，在燃烧中呈现惰性，不产生熔融滴落物，在材料表面形成炭化的保护层，有效抑制了熔融导致火势蔓延的危险。同时，由于产生的泡沫结构属于闭孔结构，孔与孔之间是不相通的，因而可以有效以阻止氧气进入。材料热固性能特点及其特有的闭孔结构这两材料热固性能特点及其特有的闭孔结构这两个决定性因素保证了其良好的阻燃性能。个决定性因素保证了其良好的阻燃性能。阻燃试验阻燃试验氧指数测试数据氧指数测试数据样品名称样品名称氧指数氧指数LOILOI（% %）燃烧性能分级燃烧性能分级罗克休泡沫罗克休泡沫3636高难燃材料高难燃材料执行标准执行标准GB/T2406 GB/T2406 塑

7、料燃烧性能试验方法塑料燃烧性能试验方法 氧指数法氧指数法点着温度测试数据点着温度测试数据样品样品名称名称点着温度点着温度 罗克休泡沫罗克休泡沫450450执行标准执行标准GB4610 GB4610 塑料燃烧性能试验方法塑料燃烧性能试验方法 点着温度的测定点着温度的测定阻燃性能测试数据阻燃性能测试数据样品样品名称名称有焰燃烧有焰燃烧 （s s）无焰燃烧无焰燃烧s s）火焰蔓延长度火焰蔓延长度mmmm）罗克休泡沫罗克休泡沫0.440.440.730.73246 246 执行标准执行标准MT113-1995 MT113-1995 煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性能通煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性能

8、通用试验方法和判定规则用试验方法和判定规则煤矿安全生产中的典型应用煤矿安全生产中的典型应用第二部分第二部分 工作面长度工作面长度265.23m265.23m，已推进，已推进2595m2595m，煤层厚度为，煤层厚度为4.64.6米，采高米，采高4.34.3米，工作米，工作面有三处发生大范围冒顶，冒高最高处达到面有三处发生大范围冒顶，冒高最高处达到4.5m4.5m，端面冒宽最大为，端面冒宽最大为4.0m4.0m，冒顶，冒顶区域长度最长为区域长度最长为28m28m。并且受冒顶影响，有。并且受冒顶影响，有3030余支架已发生轻微倒架，向机尾倾余支架已发生轻微倒架，向机尾倾斜，倾角为斜，倾角为1010

9、度左右。度左右。倒 架冒 顶一、一、 中国神华集团补连塔煤矿中国神华集团补连塔煤矿31401工作面大冒顶处理工作面大冒顶处理处 理 措 施冒顶充填煤体加固效果二、二、 安徽淮北桃园煤矿伪硬顶高地压水患巷道注浆控制安徽淮北桃园煤矿伪硬顶高地压水患巷道注浆控制 淮北桃园矿淮北桃园矿7272煤层巷道属受地下水侵蚀的高地压大煤层巷道属受地下水侵蚀的高地压大倾角松散煤层巷道，巷道顶板由裂隙水发育的泥化砂岩、倾角松散煤层巷道，巷道顶板由裂隙水发育的泥化砂岩、7171煤线组成，砂岩顶板岩层中煤线组成，砂岩顶板岩层中含软弱夹层含软弱夹层，泥质程度较泥质程度较高高；同时该砂岩顶板组分复杂，；同时该砂岩顶板组分复

10、杂，易风化脆裂易风化脆裂，裂隙水发，裂隙水发育时，育时，泥化速度快泥化速度快，泥化程度深，受水侵蚀后顶板稳定，泥化程度深，受水侵蚀后顶板稳定显著降低，顶板随即失去连续性和显著降低，顶板随即失去连续性和完整性。完整性。3 510152025303540455055606501002003004005006007008009001000OCoalCoalSI/MOKKQQQQQQQQKKKKKKKFKFMI/M KKQ QK: 高 岭 石 （多）Q: 石 英F: 长石 （少 ）I/M: 伊 蒙 混层M: 蒙 脱石S: 菱 铁矿 （少 ）Coal: 煤O: 其 它 （少 ）衍 射 角 度 (单 位:

11、 度 )衍 射 强 度 (单位: 每 秒 脉 冲 数)1#1#粉末样品的粉末样品的X-X-射线衍射图谱射线衍射图谱1#样品：样品：高岭石高岭石 70%石石 英英 6%长长 石石 1%伊伊/蒙混层蒙混层 4%蒙脱石蒙脱石 2%菱铁矿菱铁矿 1%其它（晶态）其它（晶态） 1%其它（非晶态其它（非晶态-煤）煤） 余量余量顶板防渗加固效果顶板防渗加固效果巷帮加固效果巷帮加固效果浆 材锚索孔返浆 目前，巷道已进行现场工业性试验目前，巷道已进行现场工业性试验100100余米，从目前施工状况来看，巷道顶板余米，从目前施工状况来看，巷道顶板渗水和淋水得到了控制，围岩四周基本不见水迹，巷道变形量顶板最大渗水和淋

12、水得到了控制，围岩四周基本不见水迹，巷道变形量顶板最大69mm69mm，两，两帮相对移近量最大帮相对移近量最大103mm103mm。三、三、 山东兖州兴隆庄煤矿主井筒流砂层壁后注浆堵水山东兖州兴隆庄煤矿主井筒流砂层壁后注浆堵水井壁出水壁后注浆混凝土结构缝封堵效果局部破损封堵效果四、四、 河南鹤壁九矿本煤层瓦斯抽放钻孔封孔注浆河南鹤壁九矿本煤层瓦斯抽放钻孔封孔注浆封孔效果抽放钻孔 在在25042504和和2503125031下顺槽下顺槽采用高分子化学浆液实施采用高分子化学浆液实施封孔工艺抽放瓦斯，瓦斯封孔工艺抽放瓦斯，瓦斯抽放浓度提高抽放浓度提高6464118%118%，百米煤孔抽出量提高百米煤

13、孔抽出量提高5858130%130%。 五、五、 辽宁阜新海州立井工作面防灭火充填密闭处理辽宁阜新海州立井工作面防灭火充填密闭处理破碎顶板段架上架后充填破碎顶板段架上架后充填完整顶板段架后充填完整顶板段架后充填上下隅角快速密闭上下隅角快速密闭现场充填密闭效果现场充填密闭效果泡沫材料采空区侧泡沫材料挂网发展方向与前景发展方向与前景第三部分第三部分 煤炭资源开采深度的加大，带来了众多工程问题，并引煤炭资源开采深度的加大，带来了众多工程问题，并引发矿井重大安全事故危险性增加，严重威胁煤矿的安全生产。发矿井重大安全事故危险性增加，严重威胁煤矿的安全生产。1 1）软弱破碎围岩：）软弱破碎围岩：高地应力巷道高地应力巷道 膨胀围岩膨胀围岩2 2）井下水害：）井下水害：断层导水断层导水 陷落柱导水陷落柱导水 围岩裂隙水围岩裂隙水3 3）高瓦斯：）高瓦斯：石门揭煤超前固化煤岩体石门揭煤超前固化煤岩体 瓦斯高抽巷隔段快速密封瓦斯高抽巷隔段快速密封4 4）