摘要：为了解决传统混凝土材料凝固时间长、粉尘浓度大、回弹率高等影响井下通风密闭性的问题。提出了将KA-GK加强型堵漏风用密封酯材料应用于煤矿井下巷道密封堵漏。对该材料的制备要求、原料参数等进行了分析。根据井下的实际应用表明，新型高分子塑性材料在结构强度上和传统混凝土基本一致，但在密封性、施工效率方面具有显著的优势。
关键词：高分子,塑性材料,密封堵漏
0引言
煤炭在井下开采时需要保证良好的通风及巷道密封，否则极易导致采空区的遗煤发生自燃，严重影响井下综采作业的安全性。对巷道的密封主要目的是破坏煤层自燃的供氧条件，密封方式主要包括喷涂堵漏、设立密封墙等，而喷涂堵漏具有应用灵活、施工效率高等特点，是最常用的井下密封堵漏方案。目前喷涂堵漏的材料主要是混凝土，但混凝土施工时的粉尘浓度大，凝结后的回弹率大[1]，当巷道围岩在应力作用下发生开裂后，混凝土会随之开裂，因此需要频繁的修复，难以满足井下密封可靠性的需求。
提出了一种新的KA-GK加强型堵漏风用密封酯材料，并开发了全新的密闭喷涂设备，形成了一系列的快速喷涂施工方法，重点对堵漏风用密封酯材料的施工技术方案进行了分析。根据井下工程现场的实际应用，新的堵漏材料能够显著提升井下堵漏的效率和安全性。
1工程概况分析
1.1作业面原支护方案
坪上矿井下2302作业面的煤层平均厚度为2.7m，煤层的平均埋深为281.6 m，井下巷道直接顶是砂质泥岩，厚度为1.4 m，基本顶是细粒砂岩，平均厚度为8.7 m，直接底是中沙粒岩，平均厚度为7.7m。井下巷道的断面尺寸为2 500 mm×5 500 mm，对顶板的支护采用了锚杆+锚索+锚网的联合支护模式。锚索直径为21.6 mm，间距为2 000 mm，排距为4 000 mm；锚杆直径为18 mm，间距和排距均设置为1 000 mm；锚网采用直径为6.5 mm的钢筋网制成。在巷道两帮采用的是锚杆+锚网的支护模式，所使用的锚杆的直径是18 mm，间距设置为900 mm，排距设置为1 500 mm；锚网则采用了塑料网防护。
在巷旁采用了柔模混凝土连续土墙体支护，利用柔模砼墙沿着作业面正帮进行浇筑[2]，在通常情况下回采推进浇筑的墙体厚度是1 000 mm，沿着空巷段浇筑的混凝土强度是C40，井下巷道支护结构如图1所示。
1.2井下密封堵漏方案
井下现支护方式采用了混凝土喷层支护模式，在井下矿压波动和综采扰动的情况下，井下巷道沿空留巷内的混凝土层会产生明显的开裂。在巷道两边及巷道顶板上也会存在着明显的混凝土层的开裂、剥落，进而形成一个明显的漏风通道，影响巷道的密闭性，而且容易导致采空区遗煤的自燃和瓦斯的涌出，难以满足密封堵漏的安全性需求。
2加强型堵漏风用聚氨酯材料
2.1材料制备
加强型堵漏风用聚氨酯材料是由含羟基化合物和异氰酸酯两种组分混合而成，可用在常温和常压搅拌后自然发生反应形成。两种组分的不同配比会形成不同的反应结果，根据对多种组分配比的分析，当氢基化合物与异氰酸酯组分配比为1∶2时所形成的固化物具有最佳的黏接强度和密闭性。改进后所形成的KA-GK聚氨酯材料[3]的参数见表1。
2.2聚氨酯材料喷涂施工
为了保证堵漏材料喷洒的均匀性和喷洒效率，需要利用聚氨酯材料进行喷涂施工。目前常用的喷涂设备包括空压机、喷射机、速凝剂添加装置等，所采用的喷射技术主要是干式喷射、湿式喷射两种[4]，干式喷射回弹率高、粉尘浓度大，而湿式喷射设备则容易造成堵塞、设备清理困难等[5]。
因此为了实现清洁、高效喷涂，对KA-GK聚氨酯材料喷涂施工设备进行了优化，首先将氢基化合物和异氰酸酯按1:2的配比进行静态混合，然后将注液泵固定好并接通气源，将2根管子分别插入到混合筒内进行抽料喷涂。
2.3材料强度对比
在相同的地质条件下，分别采用KA-GK聚氨酯材料、C30/C40/C50/C60材料进行喷涂试验。然后再距离巷道掘进点不同位置设置位移传感器、力学传感器[6]，对巷道喷涂材料点的位移情况和应力情况进行监测，位移监测结果如图2-1所示，应力监测结果如图2-2所示。
由实际测试结果可知，C30/C40/C50/C60/KA-GK聚氨酯材料在距离掘进点100 m处的竖向位移分别是27、26、25、25、37 mm，而且混凝土材料和聚氨酯材料在竖向位移的差异率稳定在0.12%~0.21%之间。表明了新型聚氨酯材料整体结构强度和混凝土的差异不大，不会导致喷涂后围岩硬度显著下降。
C30/C40/C50/C60/KA-GK聚氨酯材料在距离掘进点100 m处的竖向应力分别是0.017、0.015、0.015、0.014、0.08 MPa，其应力情况和混凝土喷涂情况下较为相似，表明采用聚氨酯材料替代混凝土凝固材料具有较大可行性。
2.4试验验证分析
坪上矿井下101作业面巷道采用聚氨酯材料进行喷涂后的效果如图3所示。自喷涂完成后的第100 d开始进行观察，采用聚氨酯材料喷射后，巷道整体的堵漏效果显著，对巷道表面的覆盖情况良好，没有出现锚网外漏、巷道开裂情况。而且在整个喷涂过程中由于采用了优化后的湿式喷涂法，因此没有大量粉尘产生，极大提升了井下喷涂作业的安全性。
为了对不同材料的堵漏效果进行分析，在井下相同工况的作业面分别采用混凝土堵漏（102工作面）、聚氨酯材料堵漏（103工作面）。在井下巷道内布置瓦斯泄漏量监测仪[7]，对作业面出口位置的瓦斯气体浓度进行监测。从喷涂完成后到第30 d时的瓦斯体积分数变化情况如图4所示。
由实际监测结果可知，采用聚氨酯材料下巷道内在各点所测定的瓦斯体积分数均远小于采用混凝土密封堵漏情况下的瓦斯体积分数。据测定，采用聚氨酯材料时的平均瓦斯体积分数为4.1%，而采用混凝土堵漏情况下巷道内瓦斯体积分数为11.6%。新的堵漏材料下瓦斯的泄漏率降低了64.7%，极大提升了井下综采作业的安全性。
3结论
针对混凝土密封堵漏材料凝固时间长、密封效果差的不足，提出了一种新的KA-GK加强型堵漏风用密封酯材料，对该材料的实际应用要点和工程实践情况进行了研究，结果表明：
1）加强型堵漏风用聚氨酯材料是由氢基化合物和异氰酸酯两种组分混合而成，当氢基化合物与异氰酸酯组分配比为1:2时所形成的固化物具有最佳的黏接强度和密闭性；
2）聚氨酯材料堵漏材料可以降瓦斯泄漏量降低64.7%，显著提升井下作业安全性。
参考文献
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[7]杜云峰.喷涂聚氨酯泡沫材料防治穿采空区巷道漏风[J].中国煤炭，2017，43（1）：116-118.
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