一种快速构筑密闭墙的方法
技术领域
本发明涉及煤矿安全
技术领域
，具体涉及一种快速构筑密闭墙的方法。背景技术
矿井生产中，为了防止煤层自燃、有害气体扩散或者瓦斯爆炸而影响安全生产，常常建立密闭墙及时封闭报废的采空区、尾巷以及联络巷，将易自燃区、有害气体源或瓦斯聚集区进行隔离。目前普遍采用的密闭方法有以下几种：
(1)采用混凝土浇筑的墙体进行密闭。这种密闭墙强度较高，但施工时需使用混凝土泵，工艺复杂，成本较高。且混凝土为脆性材料，受压后易开裂漏风。
(2)采用砖石砌筑并充填黄土的墙体进行密闭。这种封闭方法因其选材容易、施工简单而应用最为广泛。但这种方法辅助运输量较大，尤其是在不能铺设轨道采用机械运输的巷道，只能靠人工运输料石、黄砂、水泥等，在增大工人劳动强度的同时，密闭效率也较低，从而严重制约矿井的生产能力。
(3)使用高分子材料充填密闭。因高分子材料具有良好的机械性能及柔韧性，且凝固速度较快，所以这种封闭工艺封闭效果好，封闭效率高。但高分子材料价格昂贵且固化温度高，容易引发安全事故，煤矿相关管理部门已限制使用该种材料进行密闭。
因此，亟需开发一种安全且封闭效率高的快速构筑密闭墙的方法。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供了一种快速构筑密闭墙的方法。本发明采用密闭袋、钢筋网作为模板柔性部，单体液压支柱(或木柱或钢管)作为模板刚性部进行立模。立模后将密闭袋内充气使其成型，然后使用双液注浆机泵送快速密闭材料浆液至密闭袋内，直至浆液充分接触到巷道顶帮煤岩层，利用快速密闭材料的微膨胀性能，实现巷道良好密闭。
本发明为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：
一种快速构筑密闭墙的方法，包括以下步骤：
(1)根据待密闭巷道的断面大小加工合适的密闭袋，密闭袋在墙体高度和宽度方向留有500mm的富余量；
(2)在待密闭巷道帮部掏槽后打设支柱并绑扎钢筋网，然后悬挂密闭袋；
(3)对密闭袋充气使其成型，并开启双液注浆泵泵送快速密闭材料至密闭袋内，实现逐步充填密闭；
所述快速密闭材料包括质量比为1:1的组合物A和组合物B；其中，组合物A包括质量百分比的以下组分：水60％～66.7％，硫铝酸盐水泥24％～38％，硅酸钙1.8％～3.6％，膨胀剂1％～1.4％；组合物B包括质量百分比的以下组分：水60％～66.7％，石灰4％～6％，石膏12％～18％，石粉5％～10％，粉煤灰3％～8％，缓凝剂0.1％～1％。
优选地，所述快速密闭材料通过以下步骤制得：
(1)将组合物A中的硫铝酸盐水泥与硅酸钙、膨胀剂混合，加水搅拌3～5分钟，制得料浆A；将组合物B中的石灰、石膏、石粉、粉煤灰、缓凝剂混合，加水搅拌3～5分钟，制得料浆B；
(2)将料浆A与料浆B混合，搅拌3～5分钟，制得材料浆液。
优选地，所述组合物A包括水360ml，硫铝酸盐水泥212.4g，硅酸钙21.6g，膨胀剂6g；所述组合物B包括水360ml，石灰30g，石膏96g，石粉60g，粉煤灰48g，缓凝剂6g。
优选地，所述硫铝酸盐水泥包括质量百分比的以下组分：A12O3 32～40％，CaO 36～40％，SO3 8～15％；比表面积＞400m2/kg。
优选地，所述石粉为石灰石粉、白云石粉、石英粉中的一种或组合。
优选地，所述石灰和石膏的有效成分在85％以上，0.08毫米细度筛余＜10％。
优选地，所述支柱为单体液压支柱或木柱或钢管。
优选地，当支柱为木柱或钢管时，支柱底端要伸入巷道底板300～500mm，顶端与锚杆或锚索固定牢固。
本发明为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明单位体积墙体所需固体材料约为砖混墙体的1/4，大大减少了运输设备台班量。尤其当巷道变形难以使用机械运输时，远距离管路输送较好地解决了材料的运送问题，在运输的“量”和“距”方面，本发明优势明显。
(2)本发明施工系统简单，易于安装操作，能实现机械化连续作业。
(3)本发明采用施工效率高、密闭效果好的FSM-1型快速密闭材料封闭巷道，能够解决脆性密闭材料受压易开裂、无膨胀性、不可长距离管路输送以及高分子材料反应温度高易引发火灾等问题。该快速密闭材料为纯无机材料，反应温度低，无着火风险；该快速密闭材料属于塑性材料，在压力作用下可以允许较大的塑性变形，能够维持较高的残余强度而不破坏，持续保持对顶板的支撑能力及对采空区的密闭效果；该快速密闭材料具有微膨胀性能，能够与巷道帮顶接触密实，密闭效果好。
(4)基于辅助运输量小及机械化程度高的优势，本发明大大降低了用工量，一般每班5～6人、1～2个班可完成一面密闭墙的施工，减人效果显著。
附图说明
图1为采用本发明方法进行密闭墙施工的三维示意图；
图2为密闭墙的俯视图；
图3为密闭墙的侧视图；
图4为密闭墙的正视图；
图5为本发明所采用的快速密闭材料反应温度-观测时长的示意图；
图6为本发明所采用的快速密闭材料抗压强度-应变的示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本发明作进一步的说明。
本发明公开一种快速构筑密闭墙的方法，包括以下步骤：
(1)根据待密闭巷道的断面大小加工合适的密闭袋，密闭袋在墙体高度和宽度方向留有500mm的富余量；
(2)在待密闭巷道帮部掏槽后打设支柱并绑扎钢筋网，然后悬挂密闭袋；
(3)对密闭袋充气使其成型，并开启双液注浆泵泵送快速密闭材料至密闭袋内，实现逐步充填密闭；
快速密闭材料包括质量比为1:1的组合物A和组合物B；其中，组合物A包括质量百分比的以下组分：水60％～66.7％，硫铝酸盐水泥24％～38％，硅酸钙1.8％～3.6％，膨胀剂1％～1.4％；组合物B包括质量百分比的以下组分：水60％～66.7％，石灰4％～6％，石膏12％～18％，石粉5％～10％，粉煤灰3％～8％，缓凝剂0.1％～1％。
上述快速密闭材料通过以下步骤制得：(1)将组合物A中的硫铝酸盐水泥与硅酸钙、膨胀剂混合，加水搅拌3～5分钟，制得料浆A；将组合物B中的石灰、石膏、石粉、粉煤灰、缓凝剂混合，加水搅拌3～5分钟，制得料浆B；(2)将料浆A与料浆B混合，搅拌3～5分钟，制得材料浆液。
硫铝酸盐水泥包括质量百分比的以下组分：A12O3 32～40％，CaO 36～40％，SO3 8～15％；比表面积＞400m2/kg。石粉为石灰石粉、白云石粉、石英粉中的一种或组合。石灰和石膏的有效成分在85％以上，0.08毫米细度筛余＜10％。
实施例1
某密闭墙规格为6100mm(宽)×4700mm(高)×2000mm(厚)，该密闭墙两侧均为正常使用巷道，密闭后人员仍可进出。如图1～4，根据巷道断面大小加工合适的密闭袋4，密闭袋4在墙体高度和宽度方向留有500mm的富余量。帮部掏槽后打设单体液压支柱1并绑扎钢筋网2，然后悬挂密闭袋4。立模完成后密闭袋内充气使其成型，并开启双液注浆泵泵送实施例3-4制得的快速密闭材料快速密闭材料3至密闭袋4内，实现逐步充填密闭。
实施例2
某密闭墙规格为5000mm(宽)×3500mm(高)×1500mm(厚)，该密闭墙一侧为采空区，另一侧为正常使用巷道，密闭后采空区侧人员无法进出。如图1～4，根据巷道断面大小加工合适的密闭袋4，密闭袋4在墙体高度和宽度方向留有500mm的富余量。帮部掏槽后打设木柱或钢管1并绑扎钢筋网2。木柱或钢管底端要伸入巷道底板300～500mm，顶端与锚杆或锚索固定牢固。然后悬挂密闭袋4。立模完成后密闭袋内充气使其成型，并开启双液注浆泵泵送实施例3-4制得的快速密闭材料3至密闭袋4内，实现逐步充填密闭。
实施例3
一种快速密闭材料，包括组合物A和组合物B，其中组合物A配方为：水360ml，硫铝酸盐水泥212.4g，硅酸钙21.6g，膨胀剂6g；组合物B配方：360ml，石灰30g，石膏96g，石粉60g，粉煤灰48g，缓凝剂6g。
上述快速密闭材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将组合物A中的硫铝酸盐水泥与硅酸钙、膨胀剂混合，加水搅拌3～5分钟，制得料浆A；将组合物B中的石灰、石膏、石粉、粉煤灰、缓凝剂混合，加水搅拌3～5分钟，制得料浆B；
(2)将料浆A与料浆B混合，搅拌3～5分钟，制得快速密闭材料浆液。
硫铝酸盐水泥熟料包括质量百分比的以下组分：A12O3 32～40％，CaO 36～40％，SO3 8～15％；比表面积＞400m2/kg。石粉为石灰石粉、白云石粉、石英粉中的一种或组合。石灰和石膏的有效成分在85％以上，0.08毫米细度筛余＜10％。
实施例4
一种快速密闭材料，包括组合物A和组合物B，其中组合物A配方为：水396ml，硫铝酸盐水泥180g，硅酸钙18g，膨胀剂6g；组合物B配方：396ml，石灰20g，石膏86g，石粉52g，粉煤灰42g，缓凝剂4g。
上述快速密闭材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将组合物A中的硫铝酸盐水泥与硅酸钙、膨胀剂混合，加水搅拌3～5分钟，制得料浆A；将组合物B中的石灰、石膏、石粉、粉煤灰、缓凝剂混合，加水搅拌3～5分钟，制得料浆B；
(2)将料浆A与料浆B混合，搅拌3～5分钟，制得快速密闭材料浆液。
硫铝酸盐水泥熟料包括质量百分比的以下组分：A12O3 32～40％，CaO 36～40％，SO3 8～15％；比表面积＞400m2/kg。石粉为石灰石粉、白云石粉、石英粉中的一种或组合。石灰和石膏的有效成分在85％以上，0.08毫米细度筛余＜10％。
经检测，实施例3～4制得的快速密闭材料反应温度低，实测最高反应温度41.8℃，见图5。
如图6所示，本发明的快速密闭材料为塑性材料，在压力作用下可以允许较大的塑性变形，能够维持较高的残余强度而不破坏，持续保持对顶板的支撑能力及对采空区的密闭效果。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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