马中飞  教授级高工(江苏大学)  朱庆华  高级工程师(徐州矿务集团张集煤矿)
学科分类与代码：620．3010
[摘  要]  高分子复混溶胀胶体材料具有固水性强、脱水缓慢、脱水后遇水可再生、与煤粘附性强、能形成焦化层、流动性和渗透性好及无毒、无味、无腐蚀、高温无烟等特性。长期以来，半前进式工作面防治煤炭自燃技术措施中，一直未采用高分子复混溶胀胶体材料。徐州矿务集团公司张集矿在自燃煤层的7423工作面半前进式开采中，采用了高分子复混溶胀胶体材料封堵沿空留巷漏风、喷洒覆盖采空区遗煤、封闭联络巷道等为主的综合防灭火
技术与措施，取得了良好的效果，采空区漏风串降到4．35％，工作面开采期间杜绝了煤炭自燃隐患的出现，因此，高分子复混溶胀胶体材料防治半前进式工作面煤炭自燃技术是成功的。
    [关键词]  高分子复混溶胀胶体材料  半前进式工作面  防治煤炭自燃
study on controlling coal spontaneous combustion at semi—progressive working face by macromolecular mixed soluble expansive colloidal material
ma zhongfei，prof (jiangsuuniversity)    zhu qinghua，senior engineer (xuzhou coal mine group corp．zhangji coal mine)
abstract：macromolecular mixed soluble-expansive colloidal-material has characteristics of strong hydration，slow dehydration，regenerative with water after dehydration，strongly adhesive to coal，easily to form coke-like ，good fluidity and permeability，non-toxic，odorless，  non-corrosive，and smokeless under high temperature．for a long time，this material has not been applied in the technical measures for controlling coal spontaneous combustion at semi-progressive working face. as a result the control effect on spontaneous combustion is not good．when this material is used to seal the coal seam on spontaneous combustion at #7423 semi-progressive working face of zhangji coal mine，to cover the residual coal，and to seal off connecting tunnels，favorable outcome is obtained．the golf leakage drops to 4．35％．the hidden danger of spontaneous combustion of coal is eliminated. it proves that this material could be successfully used in controlling the spontaneous combustion at semi-progressive working face．
key words：macromolecular mixed soluble expansive colloidal material  semi-progressive working face spontaneous combustion control
1  引言
    半前进式采煤工作面系指“z”形通风系统的回采工作面，其进风平巷或回风平巷为沿空留巷。进、回风平巷的风流方向相同，如用常规手段，必然造成供给工作面的风流通过沿空留巷漏向采空区，其防治煤炭自燃难度非常大。高分子化合物是指分子量很高的化合物，它有许多特殊性能，如溶液粘度高，通常只能呈粘稠的液态或固态，脱水后可再生等。2002年，徐州矿务集团张集煤矿，因接续紧张而在7423面采用了半前进式采煤法，笔者利用高分子化合物的特殊性能，研制了高分子复混溶胀胶体材料，并在该面采取以使用高分子复混溶胀胶体材料为主的综合防灭火技术与措施，取得了良好的效果。
2  张集煤矿及7423面概况
    张集煤矿改扩建生产能力为90万吨，主要开采山西组7层煤、9层煤，矿井开拓方式为立井多水平开拓，现生产水平为—700m水平，生产的采区有东一、东二及西三采区，矿井通风方式为两翼对角式，采煤方法主要采取后退式开采，落煤工艺有综采和炮采两种，全部跨落法管理顶板。矿井因发生过煤和瓦斯突出现象，于2001年下半年被定为煤和瓦斯突出矿井，9—’煤层为突出煤层，当前生产的西三、东二采区煤层瓦斯含量较高，瓦斯涌出量为0．4～18m3／min，东一采区瓦斯含量较低；煤尘有煤尘爆炸危险，爆炸指数为29．42％～38．99％；主采的7层煤、9层煤均有自燃发火倾向性，属自燃煤层。1990年以来，矿井因多种原因发生过5次自燃发火现象，其中，7层煤3次，9层煤2次。
7423工作面位于张集矿—700m东一采区，该工作面回采的7—’煤层厚度平均3～4m，工作面走向长500m，倾斜长143—205m，煤炭具有自然发火倾向，属自燃煤层，煤炭自然发火期为3～6个月，通过实验，该面煤炭低温氧化特性主要是：co和c2h6在整个氧化阶段均出现，其浓度随温度的升高而升高；c2h4出现温度为90℃，可作为自燃温度的指标。该面瓦斯涌出较小，回采时的瓦斯涌出量为1．5m3／min。工作面采用半前进式回采工艺，综合机械化采煤方法，全部冒落法管理顶板，工作面皮带机道沿空留巷，材料道沿煤层实体布置，工作面通风系统为“z”形，材料道进风，皮带机道回风，工作面供风量877m3／min。3  高分子复混溶胀胶体材料防治煤炭自燃技术
3．1高分子复混溶胀胶体材料配制及防灭火特性、机理分析
    配制的防治煤炭自燃用高分子复混溶胀胶体材料由聚丙烯酸类、聚丙烯腈等为主的高分子聚合物添加适量的阻燃剂、促焦剂、消烟剂、成模剂而成。经实验和分析，它具有如下特征：
    (1)水份进入分子结构中，形成坚固的三维网状结构，固水性强，脱水缓慢，脱水后遇水可再生，有效期长，克服了传统方法浆体或胶体易失水干裂而出现漏风反复现象；
    (2)与煤有较强的粘附性(挂壁性)；
    (3)能形成焦化层，隔氧阻燃功能好；
    (4)具有破坏燃烧自由基的功能；
    (5)吸水后呈粘稠的塑性体，有良好的流动性和渗透性，胶体粘度调节方便，不会堵管；
    (6)无毒、无味、无腐蚀、无烟性，克服了低分子凝胶成份的环境污染性、人体损害性、腐蚀性、有烟性。
    其防灭火机理是高分子复混溶胀胶体材料与水均匀混合后，吸水膨胀为高分子复1昆溶胀胶体(属弹性凝胶)，当高分子复混溶胀胶体渗透到煤和岩石裂隙时，该胶体充填包裹松散破碎煤(岩)体，使煤体形成隔氧阻化层，隔绝煤同氧气的接触。其防灭火过程为：高分子复混溶胀胶体包裹尚未氧化的煤炭时，大大地延缓了煤炭的氧化；遇到煤炭自燃的高温时，该胶体一方面不断被汽化，一方面高强度吸热，减缓了氧化反应，稀释了凝相区释出的可燃气体的浓度；遇到温度达250~c以上的凝聚相区时，产生大量的膨胀气泡层包裹覆盖在煤体
表面，使软化膨胀的煤体表面产生一层蜂窝状焦化层，达到隔热隔气的功效。
3．2  高分子复混溶胀胶体材料封堵沿空留巷漏风技术与措施
7423工作面通风防灭火系统见图1。
    沿空留巷堵漏风措施由沿空留巷巷旁支护墙和高分子复混溶胀灰胶带组成，如图2所示。巷旁支护墙在皮带机道沿空留巷采空区侧进行，巷旁支护墙由碎煤和水泥按一定比例混合后砌成，墙体断面为梯形，上窄下宽，平均墙宽为2m，墙高4m左右，砌墙工作纳入工作面循环作业中，墙体紧跟工作面液压支架，及时进行砌墙支护。高分子复混溶胀灰胶带位于巷旁支护墙的采空区侧，高度略大于巷旁支护墙高度，沿倾斜方向宽度为3～5m，它．由电厂的粉煤灰和高分子复混溶胀胶体材料在工作面皮带机道外口的注浆站按一定配比制成灰浆后，通过泥浆泵及注浆系统灌注到巷旁支护墙侧形成。高分子灰胶的成份配比，即粉煤灰：高分子复混溶胀胶体材料：水的比例为0．7：0．002：0．8。
注浆站建在东一轨道下山与皮带下山联络巷内，浆池规格为2mx2mx2m，注浆泵为nbb一250／6型泥浆泵，注浆管路直径为50mm，沿7423皮带机道沿空留巷巷旁支护墙上有每6m预留的注浆管，注浆工作在工作面整修班进行，每班4～5人，分别负责制浆、开泵、接管路、注浆等工作。
3．3  高分子复混溶胀胶体材料喷洒采空区遗煤技术与措施
    为防止采空区遗煤的煤炭自燃，向采空区喷洒高分子复混溶胀胶体材料。喷洒方法是，用高分子复混溶胀胶体材料按1：160的比例加水，制成混合液，每平方米喷洒10kg混合液。在工作面整修班，用农用喷雾器，接直径为4分的胶管，向采空区喷洒防灭火高分子复混溶胀胶体材料。
3．4  高分子复混溶胀胶体材料封闭联