论文部分内容阅读
[摘 要]抗冲击防火密闭，采用轻质泡沫混凝土，属无机材料，不燃烧，从而具有良好的耐火性。在發生爆炸或者冲击地压时，可以很好吸收冲击能量，确保了密闭墙结构的完整性。泡沫混凝土充填技术的应用，不仅丰富了煤矿井下密闭墙的构筑技术方法，且提高了矿井抗灾害的能力。
[关键词]泡沫混凝土 抗冲击 模板 密闭
中图分类号：TU933 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0128-02
矿井火灾与矿震是煤矿安全生产过程中需要重点防治的灾害，其综合治理是实现矿山绿色、可持续发展的关键。井下采空区密闭墙受到矿山压力、高温火源等因素的影响，给密闭墙的构筑和管理带来很大的困难。密闭墙的质量不仅要考虑到密闭墙的气密性，还要重视密闭墙的材质和结构能够承受火源高温、矿山压力、爆炸冲击等。
1 工作面概况
金鸡滩煤矿主采煤层为12-2煤层，其厚度为9～12m，煤层厚度稳定，倾角较小（2～3°），煤层埋深为240～260m，井田范围内地质构造简单，没有较大断层和褶皱。开采煤层经自燃倾向性鉴定为I类容易自燃。12-2上108综采工作面为一盘区西翼首采工作面，倾斜长壁后退式全部跨落综合机械化采煤工艺，煤层厚度5.5～8.4m，整体由西向东逐渐增厚，煤层倾角0～1°，煤层埋深244.0～251.7m，平均247.0m。工作面走向长5538m，倾斜宽300m。本区构造简单，地层平坦，总体趋势为一向北西倾斜的单斜构造，无褶皱和岩浆活动。工作面标高+964.0～+980.5m，平均+970.9m，整体东高西低、南高北低。工作面顺槽采用双巷掘进，进风侧平均每隔75m留设一条联络巷，累计联络巷80处。因此，在工作面回采的过程中，密闭墙的质量和施工速度是确保工作面安全生产、高产高效的重要因素。
2 泡沫混凝土密闭墙的特点
（1）泡沫混凝土具有良好的气密性、耐火性、抗冲击性，能够有效防止采空区遗煤自燃和有毒有害气体泄漏。同时在发生火灾、爆炸或冲击地压等矿井灾害时，仍能够保持密闭墙完整和气密性，可防止事故进一步扩大和发展。（2）泡沫混凝土密闭具有很高的强度，在施工中可以与锚网及锚杆形成整体，提高密闭墙的抗压能力，确保巷道的稳定性。（3）泡沫混凝土现场施工时具有良好的流动性，在施工密闭时，可通过泵送减少运输成本和降低劳动强度。（4）泡沫混凝土密闭墙吸水率较低，相对独立的封闭气泡及良好的整体性，使其具有一定的防水性能。（5）泡沫混凝土密闭墙的主要原材料就是普通硅酸盐水泥，来源丰富、充足，采购便捷。在施工的过程中，还可以掺加工业废渣，提高资源利用率，利于环保，适应当前绿色开采的需求。
3 抗冲击防火密闭充填施工工艺
闭墙充填工艺主要包括模板搭建、设备调试、制浆、压注、拆模等环节。
3.1 模板搭建
在需要施工密闭的地点搭建模板，模板由主立柱（带卡槽）、辅助立柱、横梁、PVC板、支撑杆、钢丝、螺栓、拉环、花兰螺丝等组合而成。
3.1.1 模板主立柱（卡槽）两两相对构成一组，金鸡滩煤矿108采煤工作面辅运联巷平均宽度5.6m，PVC板长度2.0m，故一侧需4根立柱。4组主立柱（卡槽）依次安装；
3.1.2 根据巷道宽度，在紧靠巷道一帮竖立一组主立柱；根据PVC整板长度，竖立第二组和第三组模板卡槽，依次到巷道对帮设置另一组模板卡槽。主立柱安装时，下部要掏到实底，上部用顶丝旋紧顶在巷道顶板处。
3.1.3 每组主立柱立好后安装3～4个内撑杆，模板搭建时起到平衡支撑作用。灌注泡沫混凝土时对模板起对拉约束作用，每侧4根立柱安装倾角要一致，确保在一个平面上。
3.1.4 立柱安装完毕后，依次从下往上通过预留的螺丝孔，用螺栓把横梁安装固定到立柱上。为提高横梁的适应性，横梁设计为伸缩式，根据巷道的宽度使梁的两端头顶住两帮。端头有预留孔，在两帮施工钻孔用锚杆固定横梁，从而达到加固模板的作用（见图1）。
3.1.5 把PVC板依次从下往上放入卡槽。PVC板可一次性加高接顶，也可根据当班灌注泡沫混凝土的量分多次加高，再在模板内侧敷设一层工程板（见图2）。
3.1.6 在两主立柱中间平行于主立柱再加装一根辅助立柱，立柱和辅助立柱均要与另一侧对应的立柱用钢丝拉紧。
3.1.7 模板与巷道四周接触的缝隙用海绵垫压，做密封处理。
3.2 设备开机与调试
制浆设备使用矿用水泥发泡机，该设备主要有四个系统组成：上料系统、搅拌系统、发泡系统和泵送系统，如图3所示：
3.2.1 设备开机
1）按下防爆开关启动按钮紧接着按停止按钮，让主电机运转1-2秒钟，检查主电机转向。如果相反，则把防爆开关的把柄打到反向位置，使电机旋转方向与油泵标示旋向一致。2）再次启动电源，使整机空运转5分钟，检查整机有无异常噪音，各管夹及管接头是否松动或漏油。3）打开水箱盖，向主机水箱加入清水至淹没活塞杆，再加入2cm高的机油或液压油，其润滑和冷却作用。4）检查搅拌机各润滑点的润滑状况，缺少润滑油时及时加注。
3.2.2 调试
3.2.2.1 泵送系统
1）使用高压胶管把巷道中的供水管路与水泥发泡机供水系统相连接。2）打开供水阀门，向搅拌机箱体内加注清水，液面高度不低于20cm。3）展开注浆管，管口放置在巷道排水沟处，严禁注浆软管出现折弯、扭结。4）扳动泵送手柄至启动位置，注浆泵开始启动并做活塞运动，直至注浆管开始出水，扳动泵送手柄至停止位置。
3.2.2.2 上料和搅拌系统
1）扳动螺旋和搅拌手柄至启动位置，螺旋上料机和搅拌机开始旋转。2）检查螺旋上料机和搅拌机液压马达是否存在漏油。3）发现螺旋上料机或搅拌机不转动时，及时把相应的操作手柄扳至停止位置，断开电源，对螺旋上料机或搅拌机进行清理和维修。 3.2.2.3 发泡系统
1）将发泡水泵、发泡剂泵和外加剂泵的吸管放至各自对应吸取材料的液面以下。2）关闭泡沫发生器顶部通向水泥浆输送管路的阀门，打开泡沫调试管阀门，扳动发泡系统手柄至启动位置，启动发泡系统，直至泡沫调试管出口处产生细致均匀泡沫，停止泡沫系统。打开通向水泥浆输送管的阀门，关闭调试球阀开关。
在各个系统调试过程中，要注意泵机的各个部位的连接处、各个仪表的显示情况。发现漏油或仪器仪表指示异常，立即停机并断开电源，进行检查维修，在检修液压管路时，一定要进行卸压处理。
3.3 制浆
打开供水阀门，开始向搅拌机内压注清水。启动搅拌机和螺旋输送机，将水泥加入至螺旋输送机料斗内，调节螺旋输送机速度旋钮和供水流量，使浆液的水灰比为0.4～0.5（质量比）。在制浆的过程中，如果水泥浆达到搅拌机容量的五分之四时停止螺旋输送机和关闭供水阀，以浆液防止溢出。
3.4 泡沫混凝土闭墙压注充填施工
1）将注浆管管口置于提前搭建好的模板内，并对管口进行固定。2）对水泥发泡机各系统进行调试，使其达到正常状态。3）打开供水阀门，启动制浆系统，调节螺旋输送机速度旋钮和供水流量，使浆液的水灰比为0.4～0.5（质量比）。4）当配制的水泥浆液達到搅拌轴（箱体容积一半）位置时，启动发泡系统半分钟后或当注浆管口出现泡沫时，再启动泵送系统。此后，泡沫混凝土浆液被压注到模板内。5）根据制浆量的速度，调整泵送速度，使制浆量和泵送量相匹配。6）调节发泡机发泡速度，可使泡沫混凝土的密度在300kg/m3～1200kg/m3变化，以适应抗压、抗冲击防火密闭墙的技术需要。
3.5 拆模
1）泡沫混凝土压注至巷道接顶后，经过10个小时固化后，即可进行拆模。2）拆模的操作顺序正好与模板搭建顺序相反。
3.6 注意事项
1）压注期间，要安排人员对模板进行巡查。发现模板出现渗漏，及时使用海绵、聚氨酯发泡剂等材料进行封堵。2）压注充填的过程中，为防止溃浆，建议每道充填闭墙分多次压注，每次压注高度在0.8m～1.2m之间。3）每次充填结束后，及时对设备进行冲洗，直至管口出清水为止。
4 结语
采用泡沫混凝土充填工艺施工的密闭墙，属无机材料，不能燃烧，从而具有良好的耐火性，矿井发生火灾时，可以保证密闭墙的完整性，有效阻断火灾的蔓延；发生爆炸或者冲击地压时，因其具有多孔、变形等特点，可以很好吸收冲击能量，防止密闭墙受到冲击破裂而伤人；充填的泡沫混凝土为流态，可与周边煤（岩）体充分接实，在固化的过程中，与巷道结为一体，比传统密闭墙有更强的密封性，可有效防止采空区遗煤自燃。泡沫混凝土充填工艺与传统的永久密闭施工工艺相比，不仅降低了工人劳动强度，而且提高了密闭墙施工速度，为现代化高产高效矿井提供了技术保障。
参考文献
[1] 周志敏，高强度泡沫混凝土的研究[D].长沙：湖南大学，2011.
[2] 管文，减水剂对泡沫混凝土性能的影响[J].新型建筑材料，2011，5（38）：45-49.
[3] 田学森，符云海.泡沫混泥土在我国的应用研究状况[J].建筑砌块与砌块建筑，2010：23-24.
作者简介
郑旋（1983-），男，工程师，工程硕士，现任兖矿科技有限公司通防研究所副所长，从事矿山安全技术、设备、材料及工艺的开发和研究工作。
[关键词]泡沫混凝土 抗冲击 模板 密闭
中图分类号：TU933 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0128-02
矿井火灾与矿震是煤矿安全生产过程中需要重点防治的灾害，其综合治理是实现矿山绿色、可持续发展的关键。井下采空区密闭墙受到矿山压力、高温火源等因素的影响，给密闭墙的构筑和管理带来很大的困难。密闭墙的质量不仅要考虑到密闭墙的气密性，还要重视密闭墙的材质和结构能够承受火源高温、矿山压力、爆炸冲击等。
1 工作面概况
金鸡滩煤矿主采煤层为12-2煤层，其厚度为9～12m，煤层厚度稳定，倾角较小（2～3°），煤层埋深为240～260m，井田范围内地质构造简单，没有较大断层和褶皱。开采煤层经自燃倾向性鉴定为I类容易自燃。12-2上108综采工作面为一盘区西翼首采工作面，倾斜长壁后退式全部跨落综合机械化采煤工艺，煤层厚度5.5～8.4m，整体由西向东逐渐增厚，煤层倾角0～1°，煤层埋深244.0～251.7m，平均247.0m。工作面走向长5538m，倾斜宽300m。本区构造简单，地层平坦，总体趋势为一向北西倾斜的单斜构造，无褶皱和岩浆活动。工作面标高+964.0～+980.5m，平均+970.9m，整体东高西低、南高北低。工作面顺槽采用双巷掘进，进风侧平均每隔75m留设一条联络巷，累计联络巷80处。因此，在工作面回采的过程中，密闭墙的质量和施工速度是确保工作面安全生产、高产高效的重要因素。
2 泡沫混凝土密闭墙的特点
（1）泡沫混凝土具有良好的气密性、耐火性、抗冲击性，能够有效防止采空区遗煤自燃和有毒有害气体泄漏。同时在发生火灾、爆炸或冲击地压等矿井灾害时，仍能够保持密闭墙完整和气密性，可防止事故进一步扩大和发展。（2）泡沫混凝土密闭具有很高的强度，在施工中可以与锚网及锚杆形成整体，提高密闭墙的抗压能力，确保巷道的稳定性。（3）泡沫混凝土现场施工时具有良好的流动性，在施工密闭时，可通过泵送减少运输成本和降低劳动强度。（4）泡沫混凝土密闭墙吸水率较低，相对独立的封闭气泡及良好的整体性，使其具有一定的防水性能。（5）泡沫混凝土密闭墙的主要原材料就是普通硅酸盐水泥，来源丰富、充足，采购便捷。在施工的过程中，还可以掺加工业废渣，提高资源利用率，利于环保，适应当前绿色开采的需求。
3 抗冲击防火密闭充填施工工艺
闭墙充填工艺主要包括模板搭建、设备调试、制浆、压注、拆模等环节。
3.1 模板搭建
在需要施工密闭的地点搭建模板，模板由主立柱（带卡槽）、辅助立柱、横梁、PVC板、支撑杆、钢丝、螺栓、拉环、花兰螺丝等组合而成。
3.1.1 模板主立柱（卡槽）两两相对构成一组，金鸡滩煤矿108采煤工作面辅运联巷平均宽度5.6m，PVC板长度2.0m，故一侧需4根立柱。4组主立柱（卡槽）依次安装；
3.1.2 根据巷道宽度，在紧靠巷道一帮竖立一组主立柱；根据PVC整板长度，竖立第二组和第三组模板卡槽，依次到巷道对帮设置另一组模板卡槽。主立柱安装时，下部要掏到实底，上部用顶丝旋紧顶在巷道顶板处。
3.1.3 每组主立柱立好后安装3～4个内撑杆，模板搭建时起到平衡支撑作用。灌注泡沫混凝土时对模板起对拉约束作用，每侧4根立柱安装倾角要一致，确保在一个平面上。
3.1.4 立柱安装完毕后，依次从下往上通过预留的螺丝孔，用螺栓把横梁安装固定到立柱上。为提高横梁的适应性，横梁设计为伸缩式，根据巷道的宽度使梁的两端头顶住两帮。端头有预留孔，在两帮施工钻孔用锚杆固定横梁，从而达到加固模板的作用（见图1）。
3.1.5 把PVC板依次从下往上放入卡槽。PVC板可一次性加高接顶，也可根据当班灌注泡沫混凝土的量分多次加高，再在模板内侧敷设一层工程板（见图2）。
3.1.6 在两主立柱中间平行于主立柱再加装一根辅助立柱，立柱和辅助立柱均要与另一侧对应的立柱用钢丝拉紧。
3.1.7 模板与巷道四周接触的缝隙用海绵垫压，做密封处理。
3.2 设备开机与调试
制浆设备使用矿用水泥发泡机，该设备主要有四个系统组成：上料系统、搅拌系统、发泡系统和泵送系统，如图3所示：
3.2.1 设备开机
1）按下防爆开关启动按钮紧接着按停止按钮，让主电机运转1-2秒钟，检查主电机转向。如果相反，则把防爆开关的把柄打到反向位置，使电机旋转方向与油泵标示旋向一致。2）再次启动电源，使整机空运转5分钟，检查整机有无异常噪音，各管夹及管接头是否松动或漏油。3）打开水箱盖，向主机水箱加入清水至淹没活塞杆，再加入2cm高的机油或液压油，其润滑和冷却作用。4）检查搅拌机各润滑点的润滑状况，缺少润滑油时及时加注。
3.2.2 调试
3.2.2.1 泵送系统
1）使用高压胶管把巷道中的供水管路与水泥发泡机供水系统相连接。2）打开供水阀门，向搅拌机箱体内加注清水，液面高度不低于20cm。3）展开注浆管，管口放置在巷道排水沟处，严禁注浆软管出现折弯、扭结。4）扳动泵送手柄至启动位置，注浆泵开始启动并做活塞运动，直至注浆管开始出水，扳动泵送手柄至停止位置。
3.2.2.2 上料和搅拌系统
1）扳动螺旋和搅拌手柄至启动位置，螺旋上料机和搅拌机开始旋转。2）检查螺旋上料机和搅拌机液压马达是否存在漏油。3）发现螺旋上料机或搅拌机不转动时，及时把相应的操作手柄扳至停止位置，断开电源，对螺旋上料机或搅拌机进行清理和维修。 3.2.2.3 发泡系统
1）将发泡水泵、发泡剂泵和外加剂泵的吸管放至各自对应吸取材料的液面以下。2）关闭泡沫发生器顶部通向水泥浆输送管路的阀门，打开泡沫调试管阀门，扳动发泡系统手柄至启动位置，启动发泡系统，直至泡沫调试管出口处产生细致均匀泡沫，停止泡沫系统。打开通向水泥浆输送管的阀门，关闭调试球阀开关。
在各个系统调试过程中，要注意泵机的各个部位的连接处、各个仪表的显示情况。发现漏油或仪器仪表指示异常，立即停机并断开电源，进行检查维修，在检修液压管路时，一定要进行卸压处理。
3.3 制浆
打开供水阀门，开始向搅拌机内压注清水。启动搅拌机和螺旋输送机，将水泥加入至螺旋输送机料斗内，调节螺旋输送机速度旋钮和供水流量，使浆液的水灰比为0.4～0.5（质量比）。在制浆的过程中，如果水泥浆达到搅拌机容量的五分之四时停止螺旋输送机和关闭供水阀，以浆液防止溢出。
3.4 泡沫混凝土闭墙压注充填施工
1）将注浆管管口置于提前搭建好的模板内，并对管口进行固定。2）对水泥发泡机各系统进行调试，使其达到正常状态。3）打开供水阀门，启动制浆系统，调节螺旋输送机速度旋钮和供水流量，使浆液的水灰比为0.4～0.5（质量比）。4）当配制的水泥浆液達到搅拌轴（箱体容积一半）位置时，启动发泡系统半分钟后或当注浆管口出现泡沫时，再启动泵送系统。此后，泡沫混凝土浆液被压注到模板内。5）根据制浆量的速度，调整泵送速度，使制浆量和泵送量相匹配。6）调节发泡机发泡速度，可使泡沫混凝土的密度在300kg/m3～1200kg/m3变化，以适应抗压、抗冲击防火密闭墙的技术需要。
3.5 拆模
1）泡沫混凝土压注至巷道接顶后，经过10个小时固化后，即可进行拆模。2）拆模的操作顺序正好与模板搭建顺序相反。
3.6 注意事项
1）压注期间，要安排人员对模板进行巡查。发现模板出现渗漏，及时使用海绵、聚氨酯发泡剂等材料进行封堵。2）压注充填的过程中，为防止溃浆，建议每道充填闭墙分多次压注，每次压注高度在0.8m～1.2m之间。3）每次充填结束后，及时对设备进行冲洗，直至管口出清水为止。
4 结语
采用泡沫混凝土充填工艺施工的密闭墙，属无机材料，不能燃烧，从而具有良好的耐火性，矿井发生火灾时，可以保证密闭墙的完整性，有效阻断火灾的蔓延；发生爆炸或者冲击地压时，因其具有多孔、变形等特点，可以很好吸收冲击能量，防止密闭墙受到冲击破裂而伤人；充填的泡沫混凝土为流态，可与周边煤（岩）体充分接实，在固化的过程中，与巷道结为一体，比传统密闭墙有更强的密封性，可有效防止采空区遗煤自燃。泡沫混凝土充填工艺与传统的永久密闭施工工艺相比，不仅降低了工人劳动强度，而且提高了密闭墙施工速度，为现代化高产高效矿井提供了技术保障。
参考文献
[1] 周志敏，高强度泡沫混凝土的研究[D].长沙：湖南大学，2011.
[2] 管文，减水剂对泡沫混凝土性能的影响[J].新型建筑材料，2011，5（38）：45-49.
[3] 田学森，符云海.泡沫混泥土在我国的应用研究状况[J].建筑砌块与砌块建筑，2010：23-24.
作者简介
郑旋（1983-），男，工程师，工程硕士，现任兖矿科技有限公司通防研究所副所长，从事矿山安全技术、设备、材料及工艺的开发和研究工作。