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矿用快速密闭封堵块
定义：
　　密闭封堵块是由高分子化合物经过复配加入适量的交联剂、稳定剂和固化剂，在特定条件下 反应预制成的块状泡沫体。
简介：
　　封堵块的研发目的主要是为了提高煤矿井下密闭和空峒充填的施工速度，提高生产效率。对自承能力差的地层，在槽部嵌入预制块以形成支护形成防护结构。该种泡沫体重量轻、密闭性能好，并可预先制成了块状成品，到达现场即可使用，不再需要购置专用设备，提高了施工效率也节约了成本。
适用范围：
　　1.可用于快速施工临时密闭；
　　2.封堵工作面上、下隅角，防止采空区瓦斯涌出；
　　3.充填空峒、废弃巷道，防止老空区漏风以及采空区瓦斯涌出。
特点：
　　1. 该封堵块重量轻，运输方便，施工密闭时能大量减少工人劳动强度；
　　2. 使用时可以根据施工要求随意切割成不同尺寸、不同形状的单元体；
　　3. 施工速度快，可实现5分钟密闭巷道；
　　4. 产品阻燃防爆，密闭不透气，且当顶板有压力时，愈压密封性能愈好；
　　5. 产品具有一定的可塑性，施工后能保持巷道帮密实不透气；
　　6. 不需要购置专用设备，且产品可以重复使用，节约成本；
　　7. 用户根据使用地点和要求的不同，可定制不同强度、不同规格尺寸的产品；
　　8. 该产品属环保产品，使用过程中无毒、无味、无污染。
使用方法：
　　1．临时密闭墙：根据施工巷道断面尺寸，确定大概需要多少立方的预制块，再根据施工条件和要求，切割成合适的单元体，垒砌而成；
　　2．封堵工作面上、下隅角：根据上隅角空峒大小，切割合适尺寸的预制块，用力塞进去即可。随着采动影响，上隅角巷道变形，预制块越受挤压，其密封性能越好；
　　3. 充填煤岩空峒：根据空峒的体积，选取强度较大的预制块，截取合适尺寸的块体，压入空峒，能很好的起到支护和充填的作用。

注意事项：
　　1．运输过程中请勿重压，以免损坏产品；
　　2．施工时应根据密闭断面尺寸，尽可能的使用整块产品，减少切割次数，以免浪费。
研究与发展：
快速密闭封堵块是由徐州博泰矿山安全科技有限公司研发出来，属于国内首创。其公司专门从事煤矿安全产品的研发，致力于解决矿业生产的安全性。研发快速密闭封堵块主要是为了提高煤矿井下密闭和空峒充填的施工速度，提高生产效率。其在煤矿作业中有普遍的适用性，发展潜力很大。

一种煤矿用新型快速胶体防爆密闭墙

摘要：为了防止煤层自燃和有害气体扩散或者瓦斯(煤尘)爆炸，煤矿井下常常需要建造防爆密闭墙隔绝火源、发火区以及瓦斯富集区。本文针对目前矿井密闭墙在应用中的局限性，提出了一种矿用新型快速肢体防爆密闭墙，由防爆外袋和水凝胶内克填材料组成。
　　关键词：密闭墙；水凝胶；密闭填充
　　0 引言
　　我国煤矿井下生产条件复杂，地质条件多变，目前2.6万多处煤矿中，50%左右是高瓦斯矿井，60%至70%是在复杂和极复杂的构造条件下进行开采。随着开采深度的加深和扩展，经常受到水、火、瓦斯、煤尘、顶板等灾害的威胁，且灾害后果较为严重，安全形势非常严峻。尤其是瓦斯爆炸事故，在造成巨额经济损失的同时，更带来了严重的人员伤亡，给许许多多矿工家庭带来不幸。据2002-2003年全国煤矿事故统计，瓦斯事故占事故总数的1/6，死亡人数占到了1/3。瓦斯爆炸事故已经严重制约着煤炭行业向安全高效技术密集行业发展，提出和建立有效的瓦斯爆炸防治技术，已经成为煤炭科技工作者迫在眉睫且需要解决的问题。
　　1 矿井普遍采用的密闭墙形式及其局限性
　　为了防止煤层自燃、有害气体扩散或者瓦斯爆炸而影响安全生产，常常建立密闭墙将易自燃区、有害气体源或瓦斯聚集区进行隔离。
　　(1)粉煤灰加高水凝胶材料。采用晋城矿区内电厂锅炉排出的粉煤灰，以国产高水速凝材料作为胶结料，选定密闭地点，由活动模板、单体柱、木柱和背板构成充填密闭的成型设施，在井下用泥浆泵，泵送高水粉煤灰材料进入模板内进行充填封闭作业。
　　(2)聚氨酯泡沫塑料喷涂层密闭。煤炭科学研究总院抚顺分院制定的快速密闭封堵漏风，辅以均压措施，隔离火区进行灭火的方案中采用了通过喷灌机将聚氨酯泡沫塑料药剂喷涂到简易密闭墙表面形成泡沫塑料喷层，进而起到封堵漏风、隔绝有害气体作用的密闭方法。
　　(3)泡沫树脂用作临时密闭。北京科技大学资源工程学院的金龙哲、靳瑞英、蒋仲安介绍了一种德国泡抹化学公司(Schaum-Chem ie W. BauerGmbH)发明的专为煤矿井下充填、密闭使用的Isoschaum型速凝泡沫树脂。Isoschaum泡沫树脂是BK型树脂溶液和B型发泡剂溶液两种基本材料组成的。
　　(4)罗克休泡沫密闭墙。由2种成分树脂和催化剂组成的注射产品——罗克休泡沫，可用于煤矿密闭、防灭火高冒充填、封堵煤层裂隙，加固煤岩地层、构筑防火墙等。
　　(5)气囊式快速密闭。气囊式快速密闭的原理是在需要快速密闭的巷道地段，利用压缩空气或情性气体，将气囊吹鼓起来，使气囊紧贴巷道轮廓周边，从而达到密闭巷道的目的。
　　(6)撑伞式密闭。20世纪80年代，前苏联、日本研制出降落伞式快速密闭，重庆工学院的王国超、邓国红和煤科总院重庆分院的戴小平等人对降落伞式密闭进行了改进，加工成满足现场实际需要的各种尺寸。
　　上面的几种密闭形式都属于轻质密闭，虽然能够迅速简便地隔绝危险区域，起到很好的密闭作用，但一旦发生瓦斯爆炸，这些密闭根本无法抵抗几千帕，甚至是几兆帕的冲击波作用。
　　除此之外还有几种传统的密闭方式，如砖石密闭墙、沙石混凝土密闭墙、沙袋密闭墙等。砖石、抄石混凝土密闭墙厚度达到一定值时可以抵抗爆炸冲击波，但组成密闭墙的砖石、沙石的重量和数量都很大，对于处在地下可达几百米的矿井来说，运输非常困难，耗费大量人力，施工时间长(当巷道断面为5~6m2，如果建6~7m的密闭墙，时间最快需要4~5h；当巷道断面为10m2以上，如果建12~13m的密闭墙，时间最快需要8~10h)，严重威胁着施工人员的生命安全。另一方面，砖石和沙石混凝土属于刚性材料，当顶板发生运动时，刚性墙体没有缓冲的能力，很容易造成密闭墙体的破坏。沙袋垒成的密闭墙相对于前两种密闭形式，具有更好的抵抗爆炸冲击波的能力，同时由于沙袋是柔性的，不会由于顶板的运动而破坏。但沙袋密闭墙同样具有材料需求量大，施工时间长等不足之处。
　　2 矿用新型快速胶体防爆密闭墙
　　基于以上原因，本课题组正在研发一种矿用新型快速胶体防爆密闭墙。由特殊材料制成外袋作为水凝胶密闭填充材料的成型设施，可根据巷道制成不同形状和型号。当井下出现火灾或瓦斯爆炸危险时，在需要密闭的地方快速放置外袋，随后操作人员在远距离向袋内充填水凝胶材料，当溶液进入袋内后，会在很短时问内凝结成具有很好弹性和强度的固溶体，水凝胶材料和外袋作为一整体形成防爆密闭墙，用来封闭火区、抵抗爆炸冲击波的作用。
　　水凝胶密闭填充材料主要是由吸水性单体、交联剂、促凝剂、引发剂等组成。其中吸水性单体为丙烯酰胺。水凝胶填充材料的配置方法采用双溶液混合法，将吸水性单体、交联剂、促凝剂配制成溶液A；而将引发剂配制成溶液B。之后两种溶液混合形成凝胶。水凝胶材料的成胶过程分为两步：第一步高吸水性材料的合成；第二步为合成的高吸水性材料吸水溶胀。水凝胶填充材料的合成反应实质上就是一种自由基聚合反应，通过聚合反应，具有亲水性的单体可以直接合成高吸水性树脂。水凝胶密闭填充材料成胶过程的第二步实际上就是具有紧凑三维网状结构的聚合物的吸水膨胀。这种三维网状结构虽不溶于水，但其中的亲水基团却能与周围的水分子发生作用，吸收大量的水而膨胀；同时，网状结构引起的阻止扩张作用又限制了水分子的自由逃逸，起到了约束怍用。在这双重作用下形成了饱含水且具有很好弹性的水凝胶材料。
　　用作凝胶的原料无毒无害，从多次实验结果来看，制备的水凝腔密闭填充材料是一种弹性凝胶，呈半固体状，无流动性，具有三维网状结构，有一定的几何外形，并具有一定的强度、弹性和屈服值。凝胶网络的网链(交联结点间的大分子链)在外力作用下通过单键的内旋发生构象改变，沿作用力方向伸展，凝胶发生变形。这时网链构象熵减少，内能升高，产生了弹性能(内力)；在外力解除后，网链借助这种弹性力回复原构象，凝胶变形消失。水凝胶密闭填充材料就是通过形变来吸收爆炸冲击波的能量，同时又能保持本身结构的稳定性，达到抵抗瓦斯爆炸的目的。
　　3 结束语
　　目前矿井普遍采用的密闭墙存在自身局限性。轻质密闭基本无法抵抗瓦斯爆炸冲击波的作用，传统密闭需要耗费大量的人力、物力，且施工时间太长。本文提出了一种新型矿用快速胶体防爆密闭墙，它由防爆外袋和水凝胶内填充材料组成。待开发的新型矿用快速防爆密闭墙相对于现有的密闭墙，具有材料运输量小、施工时间短、远距离操作等优点，随着矿用新型水凝胶快速密闭墙研究的继续深入，将会在矿井安全生产中发挥重要的作用。

L1615综采工作面防灭火系统安装方案
一．束管监测系统
（一）束管监测系统工作原理
我矿采用ASZ—2型矿井火灾预测预报束管监测系统，其工作原理是利用抽气泵将井下各个测点的空气通过气体采样器、束管抽到地面监测室，然后对气体成分通过计算机加以分析后，即得出各个测点的一氧化碳、甲烷、二氧化碳、氧气、氮气等气体的浓度，从而掌握气体浓度及其变化规律并对井下自然发火起到预测、预报作用。
（二）L1615工作面束管监测系统
1、监测点的布置
（1）分别于L1615综采工作面风巷、上隅角、风巷采空区设置3个监测点、机巷距巷口往里50米设置1个监测点；
（2）风巷、机巷监测点的采样器安设于自巷口往里50米的范围内，悬挂位置距帮≮200mm，距顶≯300mm；
3）上隅角测点采样器悬挂于切顶线以里1米范围内，距帮≮200mm，距顶≯300mm；
（4）采空区测点采样器内置于岩芯管内，岩芯管长30米左右，埋入采空区15米，端头部为2米长的花管，采样器必须置于花管段范围，以利于气样采集。
2、管缆系统
（1） 束管管缆系统由三采区地面监测室接出一趟16芯ф8的主管路沿三采区轨道上山敷设至+1050M车场，经由接管箱接出一根6芯ф8的管缆沿三采区＋1050M车场经轨道大巷铺至一采区轨道大巷巷口，延二号副井铺至＋1145M水平，再经由接管箱接出一根3芯ф8管缆，沿＋1145M石门至L1516风巷口变为三根单芯ф8管缆至各监测点，接气体采样器；
（2） 机巷进风流监测点束管系统：束管管缆系统由三采区地面监测室接出一趟ф8主管路延三采区轨道上山敷设至＋1050m车场，经由接管箱接出两根单芯ф8的管缆延三采区＋1050m车场经轨道大巷铺至一采区轨道大巷巷口，延二号副井铺至＋1100m水平，引出其中一根单芯ф8管缆由＋1100m石门铺至L1615机巷，距机巷口往里50米范围内接采样器并悬挂。
3、敷设要求
（1）束管管缆在风巷、机巷均沿上帮敷设，吊挂高度离底板1.7米，每隔4米设置一个吊挂点；
（2）管缆吊挂整齐、平行，不得与电缆、电话线等其它线路缠绕；
（3）上隅角及采空区测点的两趟管路在风巷相对位置较低处各接入储水器1个；
（4）管缆上各接头要严密，保证不漏气；
4、安全措施
（1）管线系统敷设完成后，要求必须做一次全面的通气实验，达到气密要求后方可投入使用；
（2）上隅角测点的采样器悬挂时，人员不准进入未完全冒落的采空区，动作要求迅速，不得在悬挂地点滞留过长时间；
（3）内置束管及采样器的岩芯管随工作面的推进向外拉伸，拉伸时注意：小绞车须由持证上岗的司机操作，信号清楚，按章操作；一次拉出的长度符合规定要求，且均匀拉动，谨防将岩芯管和束管拉断；回撤的束管管缆须按要求盘圈，整齐地挂于煤帮上，由通风队定期回收；
（4）任何人不得随意扯拉、割破、割断束管管缆，发现采样器与管缆脱离后不得随意丢弃，须报告通风队处理。
附：L1615综采工作面束管监测系统图
二．注氮防灭火系统
（一）注氮防灭火工艺
我矿采用BXN—600型变压吸附制氮装置：
氮气产量： 600米/小时；
氮气纯度： ≥97%；
供气压力： ≥0.6Mpa；
工作面注氮方式采用移动式埋管间断注氮工艺，即将注氮岩芯管埋入采空区一定距离，随着工作面的推移而相应拖移注氮岩芯管。平时工作面不注氮，一旦发现工作面上隅角CO浓度超过0.0024%或其它自然发火征兆时，立即启动制氮装置进行封闭注氮。
（二）L1615综采工作面注氮防灭火系统
1、管路系统
输氮管路系统由三采区地面制氮站通过Ø133mm的输氮主干管沿三采区轨道上山向下铺设至+1050M水平，在+1050m水平经由阀门控制装置后变径接出一趟Ø108mm的输氮管路沿+1050m轨道大巷至一采区主皮带井，沿主皮带井向上铺设至＋1100M水平，经L1516主皮带井联络巷、L1516机巷绕道、＋1100m石门、L1615机巷绕道至工作面下端口接注氮岩芯管。
2、铺设要求
（1）管路在L1516主皮带井联络巷、L1516机巷绕道、＋1100m石门、L1615机巷绕道内架空敷设，离底板高度1.8米，在L1615机巷内沿巷道下帮底板敷设。
（2）管路在拐弯处设弯头，不许拐急弯；
（3）注氮岩芯管长30米，其中端头部为2米长的花管，带花管端靠机巷下帮埋入采空区15—20米，外露端与机巷输氮管之间加装一段长度为100米，直径2寸的软胶管；
（4）在L1516机巷口管路接入处和L1615机巷输氮管与软胶管连接处各装一道控制阀门。
3、安全措施
（1）管路连接须严密法兰盘对接时必须加垫圈，螺丝上够拧紧，防止漏气；
（2）两处控制阀门须安全可靠，能有效使用；
（3）管路系统铺设完毕后，做一次全面的通气实验，在保证气路畅通及沿程不漏气的情况下与岩芯管对接预埋；
（4）岩芯管随工作面的推进定期向外拉伸，拉伸时速度均匀，防止拉断岩芯管，且周围不准有人员站立，拉伸距离符合规定要求；拉伸岩芯管时注意整理好软胶管以防挤破，平时任何人员不得随意挪用或弄破软胶管；
（5）机巷的输氮管随工作面推进逐段拆卸，拆卸后的管路码放于指定地段，由通风队定期回收复用。拆除一段后，其余管路按顺序、按要求重新连接好，保证气密性。