一种用于煤矿应急救援的快速密闭墙施工方法与流程

1.本发明属于煤炭行业安全管理及应急救援技术领域，具体涉及一种用于煤矿应急救援的快速密闭墙施工方法。


背景技术：

2.随着开采规模的扩大，煤矿井下的生产系统越来越复杂，煤体自燃发火、瓦斯爆炸、透水等灾害事故时有发生。密闭墙是煤矿井下重要的通风安全设施，在高瓦斯矿井、煤与瓦斯（二氧化碳）突出矿井和有自燃火灾危险性的矿井中发挥着极其重要的作用。墙体材料、封闭性能、砌筑效率是构筑密闭墙的三个重要指标。寻求性能可靠稳定的密闭墙体材料，在保证墙体封闭性能的前提下，快速高效地施工应急救援密闭墙一直是煤矿生产过程中需要解决的问题。
3.密闭墙的定义是建筑在矿井生产区与欲封闭区之间的连通巷道中，用于切断连通巷道的空气流动，同时防止人员进入的隔离构筑物。根据密闭墙的服务期限和应发挥的功能，煤矿井下的密闭墙可划分为临时密闭墙、堵水密闭墙、防火密闭墙、防爆密闭墙。
4.临时密闭墙：发生瓦斯超限、火灾等情况时，为了紧急切断风流或更改风流路径，需要快速高效构筑的临时性质的密闭墙。
5.堵水密闭墙：能承受一定的静水压力，用于需要堵水的煤矿巷道，发挥堵水功能的永久性质的密闭墙。
6.防火密闭墙：用于存在火灾隐患的煤矿巷道，发挥隔离火区或防止新鲜风流进入潜在火区功能的永久性质的密闭墙。
7.防爆密闭墙：能承受一定爆炸压力和冲击波，用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的煤矿巷道，发挥防止爆炸灾害扩散的永久性质的密闭墙。
8.《煤矿安全规程》（2016）第二百七十八条要求密闭墙的质量标准由煤矿企业自行制定，实践中一般使用两道砖石墙中间夹一层黄土的方法构筑，但砌筑砖石密闭墙过程中的砖石搬运、砌筑等环节都需要投入大量笨重的人工体力劳动，不仅用工多，成本高，施工速度慢，而且由于井下作业环境差而在搬运和砌筑砖石的过程中容易发生砸伤等意外伤害事故。此外，密闭墙位置的巷道顶板和底板起伏变化，砌筑砖石时不能很好的与顶底板紧密结合，容易漏风，给安全生产带来隐患。砌筑砖石密闭墙的另外一个缺陷是受砖石尺寸限制，砌筑的密闭墙体与顶板之间的最后缝隙填充困难，只能采用碎石或砂浆填满，砖石墙体接顶部位的强度明显不足，形不成对顶板的有效支撑，不能发挥密闭墙体对顶板的支撑作用，使顶板存在一定范围的下沉变形空间，不利于通过砌筑密闭墙支撑顶板。同时，砖石夹黄土密闭墙的底部存在漏水、顶部及周边存在漏气、墙体结构不稳定等问题。当密闭墙出现漏气现象时，通常采取在原密闭墙外部及四周喷射一层高分子材料，或者在原密闭墙外部一定距离再构筑一道密闭墙。喷射高分子材料对地下水源污染严重，同时对接触高分子材料的施工人员也有一定的健康危害。在原密闭墙外部再构筑一道密闭墙的方法费工费料，成本高，施工速度慢。
9.因此，为了解决煤矿井下快速高效施工应急救援密闭墙的实际问题，发挥密闭墙隔绝火灾、爆炸、透水等灾害区应有的功能，需要寻求一种新的技术和方法来替代传统的砖石夹黄土方式构筑密闭墙。在研发与应用矿用新材料、总结生产实践经验的基础上，提出将堆喷工艺应用于煤矿井下应急救援快速密闭墙的施工技术与方法。
10.堆喷工艺是一种新型的构筑混凝土墙的方法（cn201810566315.0一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法），简化了传统浇筑混凝土工艺、不需要支模拆模等环节，养护简单，提高了筑墙效率和速度，节省人工成本，可替代砌筑砖石墙，是一种用于煤矿井下的新型快速构筑混凝土墙体的方法。堆喷工艺的本质是将砂石料、水泥、jct-1喷射混凝土外加剂在干燥状态下按一定比例拌和均匀后装入喷射机，用压缩空气将干混合料沿管路输送至喷头处，将水与干混合料以一定的比例混合并喷射至作业面构筑墙体。堆喷工艺施工速度快、操作方便、不损失混凝土强度、成本低，符合煤矿安全生产要求。


技术实现要素：

11.本发明针对现有密闭墙的施工存在的施工速度慢、危险性高以及密闭效果不好等问题，提供一种用于煤矿应急救援的快速密闭墙施工方法。
12.本发明采用如下技术方案：一种用于煤矿应急救援的快速密闭墙施工方法，包括如下步骤：第一步，密闭墙需求分析：对井下密闭墙的需求进行分析，明确密闭墙的位置和用途，并查明漏风漏水危险通道和危险等级，进一步确定构筑密闭墙的厚度；第二步，密闭墙位置进行四断，防止杂散电流：断开密闭墙位置已有的道轨、风水管路、铁丝网、电缆金属设备或设施，且要断至密闭墙前后各1米范围以外，防止杂散电流传播至密闭墙需要封闭的区域内；第三步，清理巷道底板和两帮掏槽：清理巷道底板的浮矸、杂物及积水，使密闭墙的基础平整且无积水，保持密闭墙的稳定性；对密闭墙位置的两帮进行掏槽，使密闭墙嵌入两帮的煤岩体内，提高密闭墙的密封性和稳定性；第四步，可伸缩背板支设，临时封堵巷道断面：在确定密闭墙位置的巷道拟封闭的一侧，快速支设可伸缩背板架，并在背板架靠密闭墙的一侧挂设一层阻燃防静电的纤维布，纤维布覆盖整个巷道断面，并与可伸缩背板架固定，形成临时封堵巷道断面的背板；第五步，在密闭墙位置预埋观察孔、措施孔、排水孔：在密闭墙体位置分别预先埋设观察孔、措施孔和排水孔，观察孔和措施孔设置堵头，排水孔设置阀门，观察孔、措施孔和排水孔贯穿密闭墙，并在密闭墙两侧各留0.5m，堵头和阀门设置在密闭墙的非封闭区域一侧；第六步，堆喷构筑密闭墙：由内而外、从下向上堆喷形成设计厚度的密闭墙，直至墙体接顶完全封闭巷道断面；第七步，挂牌管理密闭墙：
堆喷施工密闭墙结束后，在密闭墙外侧吊挂牌板管理，牌板内容包括密闭墙的名称、施工时间、墙体厚度、瓦斯浓度及测试时间。
13.进一步地，第一步中所述密闭墙的厚度确定按照如下方法确定：临时密闭墙：墙体厚度为0.3m；堵水密闭墙：墙体厚度为0.8m；防火密闭墙：墙体厚度为1.0m；防爆密闭墙：墙体厚度为1.2m。
14.进一步地，第三步中所述掏槽深度为0.3m。
15.进一步地，第五步中所述观察孔安装位置为密闭墙高度的2/3处，措施孔的安装位置为密闭墙的顶部，排水孔的安装位置为距离密闭墙底部高度0.3m。
16.进一步地，第六步堆喷构筑密闭墙，按照cn201810566315.0公开的一种用于煤矿井下的堆喷混凝土快速筑墙方法，堆喷材料为砂子、石子、水泥、jct-1喷射混凝土外加剂。将砂子和石子烘干，然后与水泥、jct-1喷射混凝土外加剂按照堆喷工艺要求的质量比混合并搅拌均匀，制成成品堆喷料，装袋保存和运输。将成品堆喷料直接运输至井下，开袋上料即可，方便快捷，质量容易控制。
17.本发明步骤六所述的堆喷料为编织袋包装的成品堆喷材料，由砂子、石子、425#普通硅酸盐水泥、jct-1喷射混凝土外加剂按照堆喷工艺要求的质量比例配制而成，开袋即可使用。
18.所述的砂子为坚硬耐久的中砂，细度模数大于2.5，含泥量不大于3%。
19.所述的石子为坚硬耐久的碎石或卵石（豆石）或两者混合物，粒径不大于10mm。
20.所述的425#普通硅酸盐水泥的强度等级不小于42.5mpa。
21.所述的jct-1喷射混凝土外加剂是一种集促凝、早强、减水为一体的多效多功能型外加剂，是采用机械研磨法细化的无机纳米级材料，呈灰白色粉末状，无毒无味，不燃，密度为2.2～2.4g/cm3，粒径为0.3～0.5μm，在使用过程中对人体无不良影响。
22.所述的混凝土喷射机为煤矿使用远距离喷射机，配套喷浆管路及双水环锥形喷头，符合煤矿井下使用要求，水平输送距离最大为500m，垂直输送距离最大为100m，减少了辅助运料工作量。
23.进一步地，第四步中所述可伸缩背板架包括底盘和伸缩杆，伸缩杆的一端与底盘旋转连接，所述伸缩杆包括五级杆，每两节杆之间通过外锁扣连接器固定，伸缩杆的顶端设有用于悬挂纤维布的挂钩，伸缩杆的顶端两侧铰接有固定片，固定片的一端设有固定孔，底盘上设有四个可旋转支腿，支腿的端部设有圆孔。
24.本发明的有益效果如下：本发明所述的堆喷工艺形成的混凝土墙体具有如下特点：
①
施工仅需构筑简易档板，一次喷层厚度大，墙体成型快，无需支模和养护；
②
喷层具有高粘附性，降尘封水，回弹率小于5%，
③
早强且不损失最终强度，终期强度超过c30；
④
接顶效果好，喷层与岩层共同承受荷载；
⑤
墙体具有高密度和高强度、微膨胀特性，密实不漏风；
⑥
施工设备体积小，快速灵活方便，节约投资和劳力，施工效率高。
25.本发明提供的密闭墙施工技术及方法适应性强，不受巷道断面限制，具有良好的气密性，密闭墙施工快速高效，一次成型，抗压抗爆抗冲击、防水防火，能够遏制例如爆炸、火灾、水灾等突发事故的蔓延，特别适用于煤矿应急救援的快速密闭墙施工。
26.本发明提供的密闭墙施工技术及方法能够克服目前煤矿井下传统构筑密闭墙方
法需要投入大量笨重的体力劳动、用工多、成本高、筑墙速度慢等缺点，可以实现矿井巷道应急救援快速高效密闭墙施工，充分利用混凝土材料的承载优越性能，大大提高构筑密闭墙的施工效率。堆喷形成的混凝土密闭墙接顶及密实效果好，可形成对顶板的有效支撑，不仅能够发挥隔离采空区的有害气体、控制通风路径等应急救援作用，还可以对顶板发挥较大的支撑作用。堆喷形成的密闭墙对采空区隔绝效果较好，可防止向采空区漏风，密闭墙自身整体强度高，在围岩压力大或受动压影响时不会产生裂缝而漏风的问题。
附图说明
27.图1为本发明的可伸缩背板架的结构示意图；图2为本发明的可伸缩背板架的主视图；图3为本发明的可伸缩背板架的俯视图；图4为本发明的可伸缩背板架的伸缩杆与巷道墙壁固定方式一；图5为本发明的可伸缩背板架的伸缩杆与巷道墙壁固定方式二；图6为本发明的可伸缩背板架的伸缩杆示意图；图7为本发明的可伸缩背板架安装在矩形断面巷道示意图；图8为本发明的可伸缩背板架安装在拱形断面巷道示意图；图9为本发明的可伸缩背板架安装在不规则断面巷道示意图；图10为本发明的堆喷工艺施工密闭墙示意图；图11为本发明的密闭墙俯视图；图12为图11的
ⅰ‑ⅰ
断面图；图13为图11的
ⅱ‑ⅱ
断面图；其中：1-固定片；2-挂钩；3-五级杆；4-四级杆外锁扣；5-四级杆；6-三级杆外锁扣；7-三级杆；8-二级杆外锁扣；9-二级杆；10-一级杆外锁扣；11一级杆；12-底盘；13-支腿；14-采空区；15-密闭墙；16-巷道；17-顶板；18-底板；19-临时挡板。
具体实施方式
28.结合附图，对本发明做进一步说明。
29.一种用于煤矿应急救援的快速密闭墙施工技术及方法，其发明要求及内容按照下述步骤实施：步骤一：密闭墙需求分析。
30.对井下密闭墙的需求进行分析，明确密闭墙的位置和用途，并查明漏风漏水等危险通道和危险等级，进一步确定构筑密闭墙的厚度。密闭墙厚度按照以下方法确定：临时密闭墙：墙体厚度为0.3m，具有良好的气密性，能抵抗一般地压，可拆除。
31.堵水密闭墙：墙体厚度为0.8m，具有良好的气密性，能抵抗静水压力和较大地压。
32.防火密闭墙：墙体厚度为1.0m，具有良好的气密性，能隔绝火区和抵抗较大地压。
33.防爆密闭墙：墙体厚度为1.2m，具有良好的气密性，能抵抗爆炸冲击波和很大的地压。
34.步骤二：密闭墙位置进行四断，防止杂散电流。
35.断开密闭墙位置已有的道轨、风水管路、铁丝网、电缆等金属设备或设施，且要断
至密闭墙前后各1米范围以外，防止杂散电流传播至密闭墙需要封闭的区域内。
36.步骤三：清理巷道底板和两帮掏槽。
37.清理巷道底板的浮矸、杂物及积水，使密闭墙的基础平整且无积水，保持密闭墙的稳定性。对密闭墙位置的两帮进行掏槽，掏槽深度为0.3m，使密闭墙嵌入两帮的煤岩体内，提高密闭墙的密封性和稳定性。
38.步骤四：快速高效可伸缩背板支设，临时封堵巷道断面。
39.在确定密闭墙位置的巷道拟封闭的一侧，快速支设本发明提供的可伸缩背板架，并在背板架靠密闭墙的一侧挂设一层阻燃防静电的纤维布，纤维布覆盖整个巷道断面，并与可伸缩背板架固定，形成临时封堵巷道断面的背板。
40.快速高效可伸缩背板由可伸缩背板架和阻燃防静电纤维布两部分构成，可适用于任何形状的巷道断面，携带方便，结构简单，可快速支设临时封堵巷道断面，并使密闭墙成型规整。
41.步骤五：在密闭墙位置预埋观察孔、措施孔、排水孔。
42.在密闭墙体位置分别预先埋设观察孔、措施孔和排水孔。观察孔为3寸钢管并设置堵头，安装位置为密闭墙高度的2/3处。措施孔为4寸钢管并设置堵头，安装位置为密闭墙的顶部。排水孔为3寸钢管并设置阀门，安装位置为距离密闭墙底板高度0.3m。观察孔、措施孔和排水孔贯穿密闭墙，并在密闭墙两侧各留0.5m。堵头和阀门设置在密闭墙的非封闭区域一侧。
43.步骤六：堆喷料及堆喷设备堆喷材料为砂子、石子、水泥、jct-1喷射混凝土外加剂。将砂子和石子烘干，然后与水泥、jct-1喷射混凝土外加剂按照堆喷工艺要求的质量比混合并搅拌均匀，制成成品堆喷料，装袋保存和运输。将成品堆喷料直接运输至井下，开袋上料即可，方便快捷，质量容易控制。
44.堆喷设备为混凝土喷射机，可远距离输送，水平输送距离最大为500m，垂直输送距离最大为100m，可以减少辅助运料工作量，且与其他生产工作不冲突。
45.步骤七：堆喷构筑密闭墙如图10所示，由内而外、从下向上堆喷形成设计厚度的密闭墙，直至墙体接顶完全封闭巷道断面，密闭墙一次成型，施工快速高效。
46.步骤八：挂牌管理密闭墙堆喷施工密闭墙结束后，在密闭墙外侧吊挂牌板管理，牌板内容包括密闭墙的名称、施工时间、墙体厚度、瓦斯浓度及测试时间。
47.本发明步骤四所述的可伸缩背板架的结构由一个底座与七个可以拆卸的伸缩杆组成，伸缩杆由五级杆组成，可变长度为1.2米至5米，每两节杆之间通过外锁扣连接器固定，使用时分别调节每支杆的长度就可以实现对整个巷道断面的覆盖架设，在每支伸缩杆的顶部均有一个钩子用来钩挂纤维布，临时封堵巷道断面。
48.本发明步骤四所述的可伸缩背板架的固定方式为使用与底盘相连接的四个可旋转支腿，通过每个支腿自由端的圆孔将钉子打入地面实现底盘与地面固定，同时伸缩杆头部设有两个固定片，使用固定片将伸缩杆与巷道墙壁固定。
49.本发明步骤六所述的堆喷料为编织袋包装的成品堆喷材料，由砂子、石子、425#普
通硅酸盐水泥、jct-1喷射混凝土外加剂按照堆喷工艺要求的质量比例配制而成，开袋即可使用。
50.本发明步骤六所述的砂子为坚硬耐久的中砂，细度模数大于2.5，含泥量不大于3%。
51.本发明步骤六所述的石子为坚硬耐久的碎石或卵石（豆石）或两者混合物，粒径不大于10mm。
52.本发明步骤六所述的425#普通硅酸盐水泥的强度等级不小于42.5mpa。
53.本发明步骤六所述的jct-1喷射混凝土外加剂是一种集促凝、早强、减水为一体的多效多功能型外加剂，是采用机械研磨法细化的无机纳米级材料，呈灰白色粉末状，无毒无味，不燃，密度为2.2～2.4g/cm3，粒径为0.3～0.5μm，在使用过程中对人体无不良影响。
54.本发明步骤六所述的混凝土喷射机为煤矿使用远距离喷射机，配套喷浆管路及双水环锥形喷头，符合煤矿井下使用要求，水平输送距离最大为500m，垂直输送距离最大为100m，减少了辅助运料工作量。