一种煤矿井下隔离煤柱堵漏防灭火材料及其使用方法

本发明涉及堵漏防灭火，尤其是一种煤矿井下隔离煤柱堵漏防灭火材料及其使用方法。

背景技术：

1、煤炭是我国的主要能源，但煤炭开采面临采空区煤自然发火等灾害的严重威胁，每年导致的矿山直接和间接经济损失达百亿元，还易引发重大的矿井火灾、瓦斯爆炸事故，此外会严重烧毁资源、污染环境，破坏植被、土壤、地下水等。

2、煤矿井下采空区煤自燃主要是由于漏风引起。煤矿井下采空区起到隔离作用的隔离煤柱由于受到上覆岩层的压力作用，并且不同位置的煤柱宽度也不一样，因此部分隔离煤柱容易被压裂，致使该部分煤柱内部裂隙发育完全(即裂隙连通采空区和巷道)；在井下生产工作时，巷道与邻近采空区之间会有压差产生，此时隔离煤柱产生的连通裂隙就会形成漏风通道，使巷道内的空气进入采空区内进而出现漏风现象，导致采空区氧气浓度升高，致使采空区遗煤或裂隙煤柱氧化自燃，煤自燃发生概率大幅提升。

3、目前，隔离煤柱的裂隙漏风通道一般采用堵漏技术进行防治，以控制或减少漏风，从而达到降低氧气含量来预防煤自燃的目的。用于矿井隔离煤柱漏风裂隙封堵的材料主要包括黄泥与水泥等传统的灌浆材料、膏体充填材料、聚氨酯硬泡沬喷涂充填材料以及新型的罗克休、马丽散、膨胀水泥等材料；其中的无机固化材料抗变形能力差、易造成再次漏风、持续堵漏效果不佳，有机泡沫材料充填堵漏效果好、抗动压性好，但其成本较高，且高温时易分解，释放出有毒有害气体。cn106986597a提出了一种用于井下堵漏风的阻化浆体材料，但该材料凝固成形后的抗压强度较低，受到矿压或矿震作用容易破碎，致使隔离煤柱裂隙再次漏风，持久封堵漏风效果较差。

4、为此，针对现有堵漏风材料抗压强度较低的问题，如何提供一种新的堵漏防灭火材料及方法，使其能对隔离煤柱产生的裂隙进行快速堵漏，同时在后续受到矿压、矿震等的影响时仍能对隔离煤柱漏风裂隙实现完全覆盖与较好的堵漏隔氧效果，最终实现对采空区长久的堵漏防灭火，是本行业的研究方向之一。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种煤矿井下隔离煤柱堵漏防灭火材料及其使用方法，使其能对隔离煤柱产生的裂隙进行快速堵漏，同时在后续受到矿压、矿震等的影响时仍能对隔离煤柱漏风裂隙实现完全覆盖与较好的堵漏隔氧效果，最终实现对采空区长久的堵漏防灭火。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种煤矿井下隔离煤柱堵漏防灭火材料，该堵漏防灭火材料为层状结构，包括上织物层、中间层和下织物层；

3、所述中间层处于上织物层和下织物层之间，中间层内设有多个纤维丝，多个纤维丝均匀分布在中间层内、且各个纤维丝两端分别与上织物层和下织物层连接，使中间层具有柔性形变性能；所述中间层内充填水泥粉体，使水泥粉体均匀分布在各个纤维丝周围；

4、所述上织物层采用阻燃的柔性材料制成，用于受压时具有形变性能且能阻隔氧气，对煤柱堵漏；

5、所述下织物层采用水溶性材料制成，当其接触水后会溶解，使中间层内的水泥粉体与水混合后形成水泥浆体充填至煤柱裂隙内凝固，对煤柱堵漏。

6、进一步，所述上织物层的材料为芳纶1313、聚苯硫醚纤维、酚醛纤维、三聚氰胺纤维和聚酰亚胺纤维其中的一种或多种混合。

7、进一步，所述下织物层的材料为水溶性聚乙烯醇纤维。采用该材质具有更好的性能，保证材料遇到水后能快速溶解。

8、进一步，所述纤维丝为尼龙纤维丝。采用该材质使其具有较高的形变性能及韧性，使得受压变形后，降低其断裂可能性，从而实现对受压变形后的堵漏效果。

9、进一步，所述水泥粉体为快硬水泥粉体。采用该材料，能在水泥浆体流至隔离煤柱表面及其裂隙内部后快速凝固，从而实现快速堵漏的效果，有效缩短堵漏时间。

10、上述煤矿井下隔离煤柱堵漏防灭火材料的制备方法，具体过程为：根据需要选择对应的材料，并采用纺织技术编织形成上织物层、中间层以及下织物层，并在中间层内将纤维丝均匀分布；接着向中间层内填充水泥粉体，使水泥粉体均匀分布在各个纤维丝周围，完成后将中间层密封，制成煤矿井下隔离煤柱堵漏防灭火材料。

11、上述煤矿井下隔离煤柱堵漏防灭火材料的使用方法，具体步骤为：

12、步骤一、固定至巷道顶板：在巷道内沿着漏风严重的隔离煤柱表面自上而下铺设堵漏防灭火材料，其中下织物层朝向隔离煤柱表面，并在堵漏防灭火材料上部安装顶部锚杆，使其固定到巷道顶板上；

13、步骤二、固定至隔离煤柱：在堵漏防灭火材料两侧，由巷道顶板往下每隔1.5～2m安装一个固定锚杆，使堵漏防灭火材料固定压紧到隔离煤柱上，且下织物层与隔离煤柱表面紧密贴合；

14、步骤三、喷水堵漏：利用井下水管将水均匀喷洒至堵漏防灭火材料的上织物层，水经过上织物层进入中间层内与水泥粉体混合形成水泥浆体，随着喷水持续，水与下织物层接触，使得下织物层开始溶解，进而中间层内的水泥浆体从溶解后的下织物层处流至隔离煤柱表面，并顺着隔离煤柱裂隙流入其内部，待水泥浆体凝固后，实现对隔离煤柱的堵漏效果；

15、步骤四、受压堵漏：当隔离煤柱受压形变后，由于纤维丝和上织物层为柔性材料制成，能随着隔离煤柱形变而形变，使得形变后纤维丝和上织物层构成的柔性堵漏材料仍然能覆盖隔离煤柱表面，实现对隔离煤柱的堵漏效果。

16、进一步，所述步骤三中，喷洒水时采用雾化角为120°的水雾喷头，喷雾压力设定为6～8mpa，喷洒水量为5～10l/m2。采用该参数进行喷水，能提高水泥浆体流至隔离煤柱表面及其裂隙内部凝固的效果，最终保证获得更好的堵漏效果。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

18、1、本发明的下织物层使用水溶性材料，现场应用时，利用井下水管将水喷洒至堵漏防灭火材料表面，水经过上织物层进入中间层内与水泥粉体混合形成水泥浆体，此时中间层会部分膨胀使得中间层内部压力增大，随着喷水持续，水与下织物层接触，由于下织物层遇水分解，中间层内的水泥浆体受内部压力被释放出来，流动填充至煤岩裂隙之中，经短时间凝固成型，完全将隔离煤柱的裂隙封堵封闭，显著降低了隔离煤柱裂隙的漏风量，有效降低采空区的氧气含量，从而抑制采空区遗煤的氧化。

19、2、本发明采用的水泥为快硬水泥，可短时间内凝固。现场应用时，利用井下水管将水喷洒至该材料表面，快硬水泥凭借其自身的快速凝结特性，使得堵漏防灭火材料可在短时间内凝固形成水泥墙，将隔离煤柱完全覆盖，达到封堵漏风裂隙的效果，实现了对采空区裂隙的持久封堵与完整覆盖。

20、3、本发明堵漏防灭火材料的施工工艺简单，在煤矿井下狭小空间应用过程中，仅需将其卷起即可运输至施工点，施工仅需用锚杆固定在顶板和隔离煤柱上，再使用井下水管将水均匀喷洒至该材料表面即可。

21、4、本发明在堵漏时先通过内部含有的快硬水泥，经喷水固化后对隔离煤柱进行堵漏，其在垂直于煤柱方向上具有优异的抗压、抗变形能力，即使受到矿压、矿震等的影响，该堵漏防灭火材料仍能对隔离煤柱漏风裂隙实现完全覆盖与堵漏隔氧；此外，本发明由于纤维丝和上织物层为柔性材料制成，即使固化后的水泥在较大的矿压等外力作用下受压破坏，纤维丝和上织物层能随着隔离煤柱形变而形变，使得形变后纤维丝和上织物层构成的柔性堵漏材料仍然能覆盖隔离煤柱表面，实现对隔离煤柱的堵漏效果；通过这种多重堵漏方式，最终实现对采空区长久的堵漏防灭火。