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课件

新型注浆材料在中国煤矿 安全生产中的应用及其前景 张 凯 副总经理 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 新型高分子化学注浆材料 煤矿安全生产中的典型应用 内内 容容 新型高分子化学注浆材料 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 点是能够发生膨胀，产生浆液在煤岩体裂隙中扩散的二次 渗透压力，其膨胀率为1.52.5。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 4倍。 煤岩体加固材料特性 一 A Y B 屈服点 弹性极限点 断裂点 应变软化 塑性形变 应变硬化 高分子化学煤岩体加固材料应力-应变曲线 y O N D 煤岩体加固材料强度 材料物理力学性质测试数据 项 目 单轴抗压强度 （Mpa） 单轴抗拉强度 （Mpa） 抗剪强度 （Mpa） 延展率 （） 内摩擦角 （） 内 聚 力 （Mpa） 马丽散N65.841.529.73.824510.2 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 脆性材料 马 丽 散 韧性材料 马 丽 休 煤岩体加固材料断裂断口形貌 脆性断裂脆性断裂屈服前断裂屈服前断裂无塑性流动无塑性流动 表面光表面光 滑滑 韧性断裂韧性断裂屈服后断裂屈服后断裂有塑性流动有塑性流动 表面粗表面粗 糙糙 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 浆材在煤岩体中的扩散渗透情况 钻孔窥视仪原位观测 切割煤体实位观测 C D 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 数为325；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 材料反应性能孔内快速封孔 两大 保障 橡胶圈自挤压式膨胀封孔； 实现钻孔深部定位注浆； 封孔与注浆依次完成，施工快捷。 45秒内结束膨胀反应； 不具颗粒性，渗透和扩散性能好； 强度上升时间短，粘合力大。 多元网状结构 封孔器 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 泡沫，接着产品会快速膨胀到原体积的2090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。 充填密闭泡沫特性三 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 个决定性因素保证了其良好的阻燃性能。 阻燃试验 氧指数测试数据 样品名称氧指数LOI（%）燃烧性能分级 罗克休泡沫36高难燃材料 执行标准GB/T2406 塑料燃烧性能试验方法 氧指数法 点着温度测试数据 样品名称点着温度 罗克休泡沫450 执行标准GB4610 塑料燃烧性能试验方法 点着温度的测定 阻燃性能测试数据 样品名称 有焰燃烧 （s）无焰燃烧s）火焰蔓延长度mm） 罗克休泡沫0.440.73246 执行标准MT113-1995 煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性能通 用试验方法和判定规则 煤矿安全生产中的典型应用 第二部分 工作面长度265.23m，已推进2595m，煤层厚度为4.6米，采高4.3米，工作面 有三处发生大范围冒顶，冒高最高处达到4.5m，端面冒宽最大为4.0m，冒顶区域 长度最长为28m。并且受冒顶影响，有30余支架已发生轻微倒架，向机尾倾斜， 倾角为10度左右。 倒 架冒 顶 一、 中国神华集团补连塔煤矿31401工作面大冒顶处理 处 理 措 施 冒顶充填 煤体加固效果 二、 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72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 、71煤线组成，砂岩顶板岩层中含软弱夹层，泥质程度 较高；同时该砂岩顶板组分复杂，易风化脆裂，裂隙水 发育时，泥化速度快，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完整性。 1#粉末样品的X-射线衍射图谱 1#样品： 高岭石 70% 石 英 6% 长 石 1% 伊/蒙混层 4% 蒙脱石 2% 菱铁矿 1% 其它（晶态） 1% 其它（非晶态-煤） 余量 顶板防渗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100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69mm，两 帮相对移近量最大103mm。 三、 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、 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2504和25031下顺槽 采用高分子化学浆液实施 封孔工艺抽放瓦斯，瓦斯 抽放浓度提高64118%， 百米煤孔抽出量提高58 130%。 五、 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完整顶板段架后充填 上下隅角快速密闭 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 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）软弱破碎围岩：高地应力巷道 膨胀围岩 2）井下水害：断层导水 陷落柱导水 围岩裂隙水 3）高瓦斯：石门揭煤超前固化煤岩体 瓦斯高抽巷隔段快速密封 4）矿井火灾：采空区快速密闭 防爆密闭墙构筑 漏风裂隙封堵 5）高