[摘 要]
高分子復(fù)混溶脹膠體材料具有固水性強(qiáng)、脫水緩慢、脫水后遇水可再生、與煤粘附性強(qiáng)、能形成焦化層、流動(dòng)性和滲透性好及無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)腐蝕、高溫?zé)o煙等特性。長(zhǎng)期以來(lái)，半前進(jìn)式工作面防治煤炭自燃技術(shù)措施中，一直未采用高分子復(fù)混溶脹膠體材料。徐州礦務(wù)集團(tuán)公司張集礦在自燃煤層的7423工作面半前進(jìn)式開采中，采用了高分子復(fù)混溶脹膠體材料封堵沿空留巷漏風(fēng)、噴灑覆蓋采空區(qū)遺煤、封閉聯(lián)絡(luò)巷道等為主的綜合防滅火技術(shù)與措施，取得了良好的效果，采空區(qū)漏風(fēng)串降到4．35％，工作面開采期間杜絕了煤炭自燃隱患的出現(xiàn)，因此，高分子復(fù)混溶脹膠體材料防治半前進(jìn)式工作面煤炭自燃技術(shù)是成功的。

[關(guān)鍵詞] 高分子復(fù)混溶脹膠體材料 半前進(jìn)式工作面 防治煤炭自燃

1 引言
半前進(jìn)式采煤工作面系指“Z”形通風(fēng)系統(tǒng)的回采工作面，其進(jìn)風(fēng)平巷或回風(fēng)平巷為沿空留巷。進(jìn)、回風(fēng)平巷的風(fēng)流方向相同，如用常規(guī)手段，必然造成供給工作面的風(fēng)流通過(guò)沿空留巷漏向采空區(qū)，其防治煤炭自燃難度非常大。高分子化合物是指分子量很高的化合物，它有許多特殊性能，如溶液粘度高，通常只能呈粘稠的液態(tài)或固態(tài)，脫水后可再生等。2002年，徐州礦務(wù)集團(tuán)張集煤礦，因接續(xù)緊張而在7423面采用了半前進(jìn)式采煤法，筆者利用高分子化合物的特殊性能，研制了高分子復(fù)混溶脹膠體材料，并在該面采取以使用高分子復(fù)混溶脹膠體材料為主的綜合防滅火技術(shù)與措施，取得了良好的效果。

2 張集煤礦及7423面概況
張集煤礦改擴(kuò)建生產(chǎn)能力為90萬(wàn)噸，主要開采山西組7層煤、9層煤，礦井開拓方式為立井多水平開拓，現(xiàn)生產(chǎn)水平為—700m水平，生產(chǎn)的采區(qū)有東一、東二及西三采區(qū)，礦井通風(fēng)方式為兩翼對(duì)角式，采煤方法主要采取后退式開采，落煤工藝有綜采和炮采兩種，全部跨落法管理頂板。礦井因發(fā)生過(guò)煤和瓦斯突出現(xiàn)象，于2001年下半年被定為煤和瓦斯突出礦井，9—’煤層為突出煤層，當(dāng)前生產(chǎn)的西三、東二采區(qū)煤層瓦斯含量較高，瓦斯涌出量為0．4～18m3／min，東一采區(qū)瓦斯含量較低；煤塵有煤塵爆炸危險(xiǎn)，爆炸指數(shù)為29．42％～38．99％；主采的7層煤、9層煤均有自燃發(fā)火傾向性，屬自燃煤層。1990年以來(lái)，礦井因多種原因發(fā)生過(guò)5次自燃發(fā)火現(xiàn)象，其中，7層煤3次，9層煤2次。7423工作面位于張集礦—700m東一采區(qū)，該工作面回采的7—’煤層厚度平均3～4m，工作面走向長(zhǎng)500m，傾斜長(zhǎng)143—205m，煤炭具有自然發(fā)火傾向，屬自燃煤層，煤炭自然發(fā)火期為3～6個(gè)月，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，該面煤炭低溫氧化特性主要是：CO和C2H6在整個(gè)氧化階段均出現(xiàn)，其濃度隨溫度的升高而升高；C2H4出現(xiàn)溫度為90℃，可作為自燃溫度的指標(biāo)。該面瓦斯涌出較小，回采時(shí)的瓦斯涌出量為1．5m3／min。工作面采用半前進(jìn)式回采工藝，綜合機(jī)械化采煤方法，全部冒落法管理頂板，工作面皮帶機(jī)道沿空留巷，材料道沿煤層實(shí)體布置，工作面通風(fēng)系統(tǒng)為“Z”形，材料道進(jìn)風(fēng)，皮帶機(jī)道回風(fēng)，工作面供風(fēng)量877m3／min。

3 高分子復(fù)混溶脹膠體材料防治煤炭自燃技術(shù)
3．1高分子復(fù)混溶脹膠體材料配制及防滅火特性、機(jī)理分析配制的防治煤炭自燃用高分子復(fù)混溶脹膠體材料由聚丙烯酸類、聚丙烯腈等為主的高分子聚合物添加適量的阻燃劑、促焦劑、消煙劑、成模劑而成。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和分析，它具有如下特征：
(1)水份進(jìn)入分子結(jié)構(gòu)中，形成堅(jiān)固的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，固水性強(qiáng)，脫水緩慢，脫水后遇水可再生，有效期長(zhǎng)，克服了傳統(tǒng)方法漿體或膠體易失水干裂而出現(xiàn)漏風(fēng)反復(fù)現(xiàn)象；
(2)與煤有較強(qiáng)的粘附性(掛壁性)；
(3)能形成焦化層，隔氧阻燃功能好；
(4)具有破壞燃燒自由基的功能；
(5)吸水后呈粘稠的塑性體，有良好的流動(dòng)性和滲透性，膠體粘度調(diào)節(jié)方便，不會(huì)堵管；
(6)無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)腐蝕、無(wú)煙性，克服了低分子凝膠成份的環(huán)境污染性、人體損害性、腐蝕性、有煙性。
其防滅火機(jī)理是高分子復(fù)混溶脹膠體材料與水均勻混合后，吸水膨脹為高分子復(fù)1昆溶脹膠體(屬?gòu)椥阅z)，當(dāng)高分子復(fù)混溶脹膠體滲透到煤和巖石裂隙時(shí)，該膠體充填包裹松散破碎煤(巖)體，使煤體形成隔氧阻化層，隔絕煤同氧氣的接觸。其防滅火過(guò)程為：高分子復(fù)混溶脹膠體包裹尚未氧化的煤炭時(shí)，大大地延緩了煤炭的氧化；遇到煤炭自燃的高溫時(shí)，該膠體一方面不斷被汽化，一方面高強(qiáng)度吸熱，減緩了氧化反應(yīng)，稀釋了凝相區(qū)釋出的可燃?xì)怏w的濃度；遇到溫度達(dá)250~C以上的凝聚相區(qū)時(shí)，產(chǎn)生大量的膨脹氣泡層包裹覆蓋在煤體表面，使軟化膨脹的煤體表面產(chǎn)生一層蜂窩狀焦化層，達(dá)到隔熱隔氣的功效。

3．2 高分子復(fù)混溶脹膠體材料封堵沿空留巷漏風(fēng)技術(shù)與措施7423工作面通風(fēng)防滅火系統(tǒng)見(jiàn)圖1。
沿空留巷堵漏風(fēng)措施由沿空留巷巷旁支護(hù)墻和高分子復(fù)混溶脹灰膠帶組成，如圖2所示。巷旁支護(hù)墻在皮帶機(jī)道沿空留巷采空區(qū)側(cè)進(jìn)行，巷旁支護(hù)墻由碎煤和水泥按一定比例混合后砌成，墻體斷面為梯形，上窄下寬，平均墻寬為2m，墻高4m左右，砌墻工作納入工作面循環(huán)作業(yè)中，墻體緊跟工作面液壓支架，及時(shí)進(jìn)行砌墻支護(hù)。高分子復(fù)混溶脹灰膠帶位于巷旁支護(hù)墻的采空區(qū)側(cè)，高度略大于巷旁支護(hù)墻高度，沿傾斜方向?qū)挾葹?～5m，它．由電廠的粉煤灰和高分子復(fù)混溶脹膠體材料在工作面皮帶機(jī)道外口的注漿站按一定配比制成灰漿后，通過(guò)泥漿泵及注漿系統(tǒng)灌注到巷旁支護(hù)墻側(cè)形成。高分子灰膠的成份配比，即粉煤灰：高分子復(fù)混溶脹膠體材料：水的比例為0．7：0．002：0．8。注漿站建在東一軌道下山與皮帶下山聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，漿池規(guī)格為2mx2mX2m，注漿泵為NBB一250／6型泥漿泵，注漿管路直徑為50mm，沿7423皮帶機(jī)道沿空留巷巷旁支護(hù)墻上有每6m預(yù)留的注漿管，注漿工作在工作面整修班進(jìn)行，每班4～5人，分別負(fù)責(zé)制漿、開泵、接管路、注漿等工作。

3．3 高分子復(fù)混溶脹膠體材料噴灑采空區(qū)遺煤技術(shù)與措施
為防止采空區(qū)遺煤的煤炭自燃，向采空區(qū)噴灑高分子復(fù)混溶脹膠體材料。噴灑方法是，用高分子復(fù)混溶脹膠體材料按1：160的比例加水，制成混合液，每平方米噴灑10kg混合液。在工作面整修班，用農(nóng)用噴霧器，接直徑為4分的膠管，向采空區(qū)噴灑防滅火高分子復(fù)混溶脹膠體材料。

3．4 高分子復(fù)混溶脹膠體材料封閉聯(lián)絡(luò)巷道技術(shù)與措施
(1)在7423工作面的材料道和聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)砌筑雙墻加泥漿塞的防火墻(具體位置如圖1所示)，防止向采空區(qū)漏風(fēng)；泥漿由粉煤灰、高分子復(fù)混溶脹膠體材料按0．7：0．002加80％的水構(gòu)成。
(2)用高分子復(fù)混溶脹膠體作為封堵劑封堵7423工作面材料道的回風(fēng)小井。即在小井下口巷道內(nèi)用密棚把小井下口封住，然后，先用浮煤、浮矸加高分子復(fù)混溶脹膠體材料作封堵劑(水灰按30：1的比例)在小井下部充填一層2m厚的密封層，再充填矸石或浮煤等；在小井上口留出2m，再充填一層密封層。

3．5 其他配套措施
(1)加快工作面推進(jìn)，保證工作面月推進(jìn)度不低于50m。
(2)從回采工藝上采取措施，提高工作面煤炭回收率。
(3)工作面開始生產(chǎn)后，及時(shí)對(duì)7423工作面的材料道外段進(jìn)行封閉。
(4)巷旁支護(hù)墻始終緊跟工作面支架，防止風(fēng)流從支架背后向采空區(qū)流風(fēng)。
(5)進(jìn)行工作面沿空留巷巷旁支護(hù)時(shí)，嚴(yán)格按回采作業(yè)規(guī)程規(guī)定的要求施工，巷旁支護(hù)墻體高度、寬度符合有關(guān)規(guī)定和要求，并每隔6m在墻體內(nèi)預(yù)埋一根5m長(zhǎng)的2時(shí)鋼管，用于采空區(qū)的注漿。
(6)采空區(qū)噴灑高分子復(fù)混溶脹膠體時(shí)，嚴(yán)格按措施要求，對(duì)規(guī)定范圍采空區(qū)內(nèi)全面噴灑，確保防滅火效果。
(7)由于工作面沿推進(jìn)方向是下山布置，在工作面皮帶機(jī)道內(nèi)建立了可靠的排水系統(tǒng)，防止采空區(qū)出水淹埋巷道。
(8)對(duì)7423面皮帶機(jī)道經(jīng)常進(jìn)行清理、維護(hù)，防止巷道失修、通風(fēng)斷面變小，減少向采空區(qū)的漏風(fēng)。
(9)當(dāng)班的采空區(qū)注漿工作結(jié)束前，注漿施工負(fù)責(zé)人始終能夠按要求安排人員用清水沖洗注漿管路，防止了管路被泥漿堵塞。
(10)嚴(yán)格按查火制度，每周對(duì)7423212作面的上隅角、回風(fēng)流和防火墻內(nèi)外的CH4，C02，CO氣體濃度和溫度等情況進(jìn)行一次全面的檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)匯報(bào)處理，防止發(fā)生自燃發(fā)火事故。
(11)加強(qiáng)對(duì)該地區(qū)的通風(fēng)設(shè)施管理，對(duì)進(jìn)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)的風(fēng)門，安排專人看管，保證通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠。

4 防滅火效果
4．1防火堵漏效果
為測(cè)定防火堵漏效果，于2002年9月，采用了SF6示蹤氣體法測(cè)定。SF6示蹤氣體釋放點(diǎn)在工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)5m和回風(fēng)側(cè)5m處，取樣點(diǎn)在皮帶機(jī)道，每100m設(shè)置一個(gè)，共布置5個(gè)。定點(diǎn)、定量釋放純SF6示蹤氣體30rain后，在上述5個(gè)采樣點(diǎn)同時(shí)采集氣樣。然后分析各采樣點(diǎn)的SF6濃度，并計(jì)算漏風(fēng)量，計(jì)算結(jié)果如下表所示。不難看出，工作面總漏風(fēng)率為4．35％，說(shuō)明防火堵漏效果較好。
防火堵漏風(fēng)效果測(cè)定表
┌─────┬────┬─────┬────┬────┬────┬────┐
│ 項(xiàng)目 │采樣點(diǎn)1 │采樣點(diǎn)2 │采樣點(diǎn)3 │采樣點(diǎn)4 │采樣點(diǎn)5 │備 注 │
├─────┼────┼─────┼────┼────┼────┼────┤
│SF6濃度 │ │ │ │ │ │
│
│ (ppm) │0．088 1│0．086 7 │0．086 0│0．085 5│0．084 6│
│
├─────┼────┼─────┼────┼────┼────┤ │
│ 風(fēng)量 │ │ │ │ │ │
│
│(m3／m[n) │841．9 │856．1 │862．3 │867．7 │ 877 │7423面 │
│ │ │ │ │ │ │總風(fēng)量
│
├─────┼────┼─────┼────┼────┼────┤ │
│ 漏風(fēng)量 │ │ │ │ │ │為877
│
│(m3／min) │ │ 14．2 │ 6．2│ 5．4│ 9．3│
│
│ │ │ │ │ │
│m~／min │
├─────┼────┴─────┴────┴────┴────┤ │
│總漏風(fēng)量 │
│(風(fēng)速蓑 │
│ │ 35．1
│測(cè)定) │
│(m3／min) │ │
│
├─────┼─────────────────────────┤ │
│總漏風(fēng)率 │ ^ │
│
│ │ 4．35 │
│
│ (％) │ │
│
└─────┴─────────────────────────┴────┘
4．2 煤炭自燃防治效果
7423面自2002年3月22日開始回采，通過(guò)采取高分子復(fù)混溶脹膠體材料為主的綜合防滅火技術(shù)措施，至2002年11月28日回采結(jié)束為止，杜絕了煤炭自燃隱患的出現(xiàn)，使該面安全回采煤炭46．9萬(wàn)噸，而且緩解了礦井生產(chǎn)接續(xù)緊張的局面，贏得了生產(chǎn)主動(dòng)·的局面，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，有力地促進(jìn)了礦井安全生產(chǎn)。

5 結(jié) 論
理論結(jié)合實(shí)際，采用高分子復(fù)混溶脹膠體材料成功地防治張集礦7423面半前進(jìn)式開采的煤炭自燃事故，保障了安全生產(chǎn)。該材料表明：高分子復(fù)混溶脹膠體材料具有固水性強(qiáng)、脫水緩慢、脫水后遇水可再生、與煤粘附性強(qiáng)、能形成焦化層、流動(dòng)性和滲透性好及無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)腐蝕、高溫?zé)o煙等特性。它改變了半前進(jìn)式開采的煤炭自燃防治效果差的狀況。這也說(shuō)明，在類似條件下，只要采取以高分子復(fù)混溶脹膠體材料為主的煤炭自燃綜合防治技術(shù)措施，采用半前進(jìn)式開采方法是可行的。
(收稿：2002年12月；第一作者地址：江蘇省鎮(zhèn)江市學(xué)府路301號(hào)；江蘇大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院安全工程系；郵編：212013；第二作者地址：江蘇省徐州市；徐州礦務(wù)集團(tuán)張集煤礦；郵編：221147)
參考文獻(xiàn)
1 嚴(yán)瑞主編．水溶性高分子．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998
2潘祖仁．高分子化學(xué)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997
3錢鳴高．礦山壓力及其控制．北京：煤炭工業(yè)出版社，1991
4王省身．礦井火災(zāi)防治．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1990
5薛思．阻燃科學(xué)及應(yīng)用．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1988