一种用于矿井巷道的隔热装置及其施工方法与流程

本发明涉及矿山降温技术领域，特别涉及一种用于矿井巷道的隔热装置及其施工方法。

背景技术：

随着我国经济、社会快速发展，大宗工业固废(例如：碱渣、金尾矿)规模总量急剧增大。以碱渣为例，碱渣是氨碱法制碱过程中排放的废渣。我国氨碱法制碱可达421万t/年。每生产1t纯碱要向外排放0.3t的碱渣，一个年产80万t纯碱的工厂，每年用于废渣排放的费用约需1000万元。一般情况下，碱渣采取地表堆积的处理方式，大量的碱渣沉积后形成一片“白海”，造成了周围环境的污染。有效利用碱渣、变废为宝具有明显的社会效益和经济效益。

把碱渣固废和深井巷道隔热有机结合起来具有重要意义。既能有效减少固废的排放又能隔绝巷道的岩温。因此，研发经济、高效以及实用的矿井隔热方法和技术，保障热害矿井工作人员的身心健康，是实现深部矿产资源的安全开发的必要前提。

随着矿井开采深度的不断增加，地温温度逐渐上升，部分矿井采掘工作面温度已超过30℃。深井高温环境形成的热害导致开采作业条件严重恶化。据调查，高温矿井的热源主要来自巷道壁面的岩温。矿工长期在高温环境下工作会造成新陈代谢出现紊乱，工作效率降低，甚至中暑，而重要工作岗位的工人如果出现中暑现象将可能直接导致矿井事故发生。

(1)传统的矿井降温常采用通风方式，但难以有效解决矿井巷道温度，风量大时，从经济上讲不划算，而且空气的流动容易带起粉尘飞扬，污染环境。

(2)采用制冷方法降温时，由于岩石温度高，和巷道热交换量大，浪费大量能源，且大量的热损耗造成降温效果不是很好。

(3)在矿井降温改进方面，目前采用的隔热方式是直接将部分隔热材料掺入混凝土中并喷涂到巷道围岩上，但这种隔热效果大打折扣，效果一般。

(4)目前，工业碱渣固废主要采取地表堆积的方式处理，大量的碱渣沉积后会形成一片“白海”，并造成周围环境的污染。

本发明的目的在于主要针对以岩温为主的高温巷道，提供一种用于深部矿井巷道的固废隔热模板及其施工方法，利用碱渣固废制备隔热模板，并用制备的隔热模板隔绝岩温降低巷道温度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用固废材料高温烧结制备隔热模板，模板具良好的隔热性能和支护作用，可以降低固废排放，减少占用耕地面积，施工方法中采用50％的锚固预紧力，可以解决巷道变形时，高预紧力的支护失效，隔热模板和围岩分离问题的用于矿井巷道的隔热装置及其施工方法，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种用于矿井巷道的隔热装置：包括锚索、锚杆、围岩、固废隔热模板、混凝土层、巷道、温度传感器，巷道设置在围岩内部，固废隔热模板通过锚索及锚杆固定设置在围岩上，混凝土层喷射覆盖在固废隔热模板的外壁上，温度传感器设置在巷道上。

一种用于矿井巷道的隔热装置的施工方法包括：

(1)根据温度传感器显示的巷道温度，计算得出固废隔热模板初型的厚度，计算公式为q＝kf(t1-t2)，其中q：固废隔热模板初型的厚度，k：固废隔热模板的隔热系数，f：待设置隔热装置的巷道表面积，t1：巷道内温度，t2：巷道内理想温度，然后使用固废材料制备固废隔热模板初型，模板初型主要根据深井巷道的形状进行成型；

(2)初型隔热模板置于1200℃的环境下高温烧结后形成隔热模板；

(3)隔热模板置于井下后，按照巷道的形状拼接，拼接的隔热模板通过锚杆和锚索装置紧固在围岩表面；

(4)隔热模板紧固在巷道表面后，外表面喷射有混凝土进行衬砌外层。

优选的，所述步骤(1)中固废隔热模板的初型由水、碱渣、发泡剂和稳泡剂按照一定比例组合而成。

优选的，所述水和碱渣的比例为7：3，发泡剂和稳泡剂各占水和碱渣总质量的0.2％-0.4％。

优选的，所述步骤(2)隔热模板通过多次试验验证，其强度可达到30mpa-60mpa，导热系数在0.2-0.3之间。

优选的，所述步骤(3)巷道两帮中间锚杆仅为50％的预紧力。

采用以上技术方案的有益效果是：本发明一种用于深部矿井巷道的固废隔热装置及其施工方法，利用固废材料高温烧结制备隔热模板，模板具良好的隔热性能和支护作用，可以降低固废排放，减少占用耕地面积，施工方法中采用50％的锚固预紧力，可以解决巷道变形时，高预紧力的支护失效，隔热模板和围岩分离问题，所述步骤(1)中固废隔热模板的初型由水、碱渣、发泡剂和稳泡剂按照一定比例组合而成，使用碱渣废材料制作隔热设施，降低了固废排放，实现了资源循环利用，所述水和碱渣的比例为7：3，发泡剂和稳泡剂各占水和碱渣总质量的0.2％-0.4％，该比例下能够制备性能优良的隔热模板，所述步骤(2)隔热模板通过多次试验验证，其强度可达到30mpa-60mpa，导热系数在0.2-0.3之间，本隔热模板具备良好的隔热性能及支护作用，所述步骤(3)巷道两帮中间锚杆仅为50％的预紧力，该方法使隔热模板始终与两帮围岩紧固，能够有效预防高预紧力锚杆因巷道发生变形而失效，隔热模板脱离围岩的问题。

附图说明

图1是本发明一种用于矿井巷道的隔热装置的结构示意图；

图2是本发明一种用于矿井巷道的隔热装置的施工方法流程图；

其中，1、锚索；2、锚杆；3、围岩；4、固废隔热模板；5、混凝土层；6、巷道；7、温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

图1-2出示本发明的具体实施方式：一种用于矿井巷道的隔热装置包括：锚索1、锚杆2、围岩3、固废隔热模板4、混凝土层5、巷道6、温度传感器7，巷道6设置在围岩3内部，固废隔热模板4通过锚索1及锚杆2固定设置在围岩3上，混凝土层5喷射覆盖在固废隔热模板4的外壁上，温度传感器7设置在巷道6上，所述温度传感器7的型号为pt100。

一种用于矿井巷道的隔热装置的施工方法包括：

(1)根据温度传感器显示的巷道温度，计算得出固废隔热模板初型的厚度，计算公式为q＝kf(t1-t2)，其中q：固废隔热模板初型的厚度，k：固废隔热模板的隔热系数，f：待设置隔热装置的巷道表面积，t1：巷道内温度，t2：巷道内理想温度，然后使用固废材料制备固废隔热模板初型，模板初型主要根据深井巷道6的形状进行成型，固废隔热模板的初型由水、碱渣、发泡剂和稳泡剂按照一定比例组合而成，水和碱渣的比例为7：3，发泡剂和稳泡剂各占水和碱渣总质量的0.3％；

(2)初型隔热模板置于1200℃的环境下高温烧结后形成隔热模板，隔热模板通过多次试验验证，其强度可达到45mpa，导热系数在0.25之间；

所述隔热模板不仅具有隔热功能，而且有一定的支护功能；

(3)隔热模板置于井下后，按照巷道的形状拼接，拼接的隔热模板通过锚杆和锚索装置紧固在围岩表面，巷道两帮中间锚杆为50％的预紧力；

(4)隔热模板紧固在巷道表面后，外表面喷射有混凝土进行衬砌外层。

本发明一种用于矿井巷道的隔热装置及其施工方法，利用固废材料高温烧结制备隔热模板，模板具良好的隔热性能和支护作用，可以降低固废排放，减少占用耕地面积，施工方法中采用50％的锚固预紧力，可以解决巷道变形时，高预紧力的支护失效，隔热模板和围岩分离问题，所述步骤(1)中固废隔热模板的初型由水、碱渣、发泡剂和稳泡剂按照一定比例组合而成，使用碱渣废材料制作隔热设施，降低了固废排放，实现了资源循环利用，所述水和碱渣的比例为7：3，发泡剂和稳泡剂各占水和碱渣总质量的0.2％-0.4％，该比例下能够制备性能优良的隔热模板，所述步骤(2)隔热模板通过多次试验验证，其强度可达到30mpa-60mpa，导热系数在0.2-0.3之间，本隔热模板具备良好的隔热性能及支护作用，所述步骤(3)巷道两帮中间锚杆仅为50％的预紧力，该方法使隔热模板始终与两帮围岩紧固，能够有效预防高预紧力锚杆因巷道发生变形而失效，隔热模板脱离围岩的问题。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。