一种降低煤层开采粉尘的原位抑尘方法及材料

技术领域

本发明涉及煤矿安全材料技术领域，具体涉及一种降低煤层开采粉尘的原位抑尘方法及材料。

背景技术

煤矿煤层开采过程中会产生大量的不同粒度的煤尘，粒度越小悬浮于空气中时间越长，严重威胁煤矿工人的身体健康，同时可能引起煤尘爆炸等安全事故。目前，各种喷淋喷雾降尘、煤层注水，采掘防尘、通风除尘、巷道洒水灭尘，泡沫体覆盖等措施均是普遍使用的抑尘技术，取得了一定的效果。特别是对煤层进行注水，并对注入的水体添加各种润湿剂使水能够更好浸润煤体，使煤体湿润性和含水量增大，促使在开拓开采过程中细微煤尘湿润团聚不飘散到空气中，从而实现降尘的目的。

然而，目前的降尘措施，特别是采用注水到煤层中的防尘措施，主要是把水分带入煤体，增加煤体含水量。但是这种防尘措施存在巨大的缺点就是水分容易散失，造成开采时注水抑尘的效果较差。因此，发明一种对煤体进行原位处理的方法，不但改变煤本身的含水量、浸润湿润性，更重要的是改变煤本身的物理化学特性，增加煤的塑性，降低煤的脆性，从根本上降低煤的产尘特性，为煤炭矿井的职业安全健康提供新的解决方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种降低煤层开采粉尘的原位抑尘方法及材料，用于解决背景技术中的至少一个问题。采用的技术方案为：

一种降低煤层开采粉尘的原位抑尘方法，所述原位抑尘方法为将具有高渗透性、流动性和能够成胶的原位抑尘材料注入原始煤层中，原位抑尘材料能够渗入至煤层裂隙和孔隙中，并在其中交联形成立体网络状柔性保水材料，改变煤的韧性和含水率，从根本上减少了煤开采过程中的产尘量；

所述原位抑尘材料包括A组分和B组分；其中，A组分包括丙烯酸、多巴胺、过硫酸钠、表面活性剂和水，B组分包括海藻酸钠、碳酸氢钠、聚氧化乙烯、表面活性剂和水；所述A组分可以通过控制聚合度实现低聚合度，增强材料的流动性和渗透性；B组分能够与A组分反应持续产生气体实现自增压，以将材料输送至煤层裂隙和煤孔隙；

其原位抑尘材料使用方法具体包括以下步骤：

第一阶段，工作面巷道掘进完毕后，分别在进风巷、回风巷内向煤层打钻孔，向钻孔内安装注射管后封孔；

第二阶段，将A、B组分分别溶于水中，通过煤层注水先将A组分注入原始煤层的孔隙和裂隙中，然后再将B组分注入原始煤层中；

第三阶段，A、B组分在煤层中进行反应，生成立体网络状柔性保水材料。

优选的，所述A组分中，表面活性剂为OP-10；所述B组分中，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和OP-10的一种或两种的混合物。

优选的，在所述第一阶段，钻孔布置如下：在进风巷、回风巷内每隔40m布置一个钻孔，钻孔深度50-150m。

优选的，在所述第一阶段，封孔器为分段式水力膨胀式封孔器，封孔材料为聚氨酯，采取距离孔口2m和8m处分别注射聚氨酯材料进行封孔，封孔深度不少于2.0m，封孔注射压力不小于10Mpa。

优选的，在所述第一阶段，注射管与封孔器相连，注射管材质为镀锌铁管，距离最末端封孔5m处孔顶部开设花管。

优选的，在所述第二阶段，煤层注水压力为5-10Mpa，稳压时间2h。

优选的，所述的原位抑尘材料，其制备方法具体为：

(1)首先取7-9份丙烯酸和表面活性剂加入到100份水中，然后将0.5-1份过硫酸钠加入上述溶液中在室温下搅拌10-30min，最后加入0.5-1.0份多巴胺搅拌10min，最终形成A组分；

(2)将7-9份海藻酸钠，10-20份碳酸氢钠，5-10份聚氧化乙烯，0.5-1份交联剂和0.5-1份表面活性剂加入100份水中，缓慢搅拌10min得到B组分；

(3)将A、B组分分别注入煤层中，并在煤层内进行混合后反应形成原位抑尘材料。

优选的，所述步骤(1)中，可以通过过硫酸钠的添加量、搅拌时间及多巴胺的添加量控制丙烯酸单体聚合度，聚合后的A组分的分子量小于1500。

优选的，所述B组分中的聚氧化乙烯可以减少材料流动阻力，碳酸氢钠可以与A组分中的丙烯酸反应，产生大量的二氧化碳，以实现自增压的功能。

优选的，所述的A组分和B组分混合形成原位抑尘材料，在煤层中交联成胶，生成立体网络状柔性材料，增强煤的塑性和保水作用，从根本上减少了煤开采过程中的产尘量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

针对煤层开采产尘量大难题，本发明提供了一种降低煤层开采粉尘的原位抑尘方法及材料，解决了现有材料分子量较大造成渗透性差的难题，实现了增加材料的渗透性，增强了材料的可注性，同时还实现材料具有很好的保水特性。将发明的原位抑尘材料直接注射至原始未开采的煤层中，材料在煤层产生气体持续增压，将材料压注至煤的孔隙内，并在孔隙内交联成胶，增强煤的塑性和保水作用，从根本上减少了煤开采过程中的产尘量。

附图说明

图1为本发明的施工工艺示意图。

图中：1-1、第一容器；1-2第二容器；2-1、A组分；2-2、B组分；3、注射泵；4、注水设备；5、调节阀；6、高压软管；7、接头；8、封孔材料；9、封孔器；10、注射管；11、钻孔；12、原始煤层。

图2为原位抑尘材料在煤体中的分布示意图：(a)原位抑尘材料注入前，(b)原位抑尘材料注入后。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明；应当理解，下面所提到的案例仅仅用来解释本发明，是为了便于描述本发明和简化描述，因此，不能理解为对本发明的限制。

以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种降低煤层开采粉尘的原位抑尘方法及材料，包括以下步骤：

掘进巷道完成后，在进风巷、回风巷采取迈步式每隔40m向原始煤层12内打钻孔11，在孔内安装注射管10，利用封孔9和封孔材料8对钻孔11进行封孔，并利用高压软管6通过接头7与注水设备4相连；然后将第一容器1-1中的原位抑尘材料的A组分2-1通过注射泵3与设备4内的水通过调节阀5进行混合后一起注入原始煤层12中，最后，将第二容器1-2中的原位抑尘材料的B组分2-2重复上述操作注入原始煤层12中，材料A中的部分物料和材料B中的部分物理进行反应产生气体增压，促进材料A和B在煤层裂隙中运移，材料A和B最终在孔隙内反应成胶，改变煤炭的塑性和含水率，降低煤在开采过程中的产尘率。

采用的原位抑尘材料为一种具有从根本上降低煤层开采产尘的材料，其制备方法包括以下具体步骤：

(1)A组分2-1的制备：室温下称取100份水加入第一容器1-1中，然后称取7份丙烯酸、0.5份表面活性剂OP-10加入第一容器1-1中，并在室温条件下进行搅拌均匀，再次加入0.5份过硫酸铵，继续搅拌10min，最后加入1.0份多巴胺，继续搅拌10min得到A组分；

(2)B组分2-2的制备：在第二容器1-2中加入100份水，将7份海藻酸钠、10份碳酸氢钠、5份聚氧化乙烯、0.5份十二烷基苯磺酸钠加入水中进行搅拌混合得到B组分2-2；

(3)A组分2-1、B组分2-2制备完成后，利用注射泵3将A组分2-1、B组分2-2分别注入原始煤层12内，原位抑尘材料在原始煤层12内实现反应产气自增压，并且随着水分的流失逐渐反应交联成胶。

如图2中的(a)所示，为原位抑尘材料注入原生煤层前，原始煤层中孔隙表面结构图，图2(b)是原位抑尘材料注入原始煤层后，材料深入煤层裂隙和孔隙中，并在煤层裂隙和孔隙中交联成胶。

所制备的材料分子量小，流动性好，能够注入原始煤层中，并且在原始煤层中可以持续产生气体增压，将材料携带至更小的孔隙中，随着水分的逐渐流失在孔隙中交联成胶，增加了煤的塑性和含水率，从而从根本上降低了粉尘的产生量。

本实施例的一种降低煤层开采粉尘的原位抑尘方法，其整体的作用机理可如下：

(1)A组分2-1与B组分2-2分别注入煤层的密闭空间内，A组分2-1中的部分丙烯酸和B组分2-2中的碳酸氢钠在煤层的密闭空间内混合后会产生CO

(2)进入煤层的裂隙后，A组分2-1与B组分2-2反应生成的钠离子会逐渐随着水分的流失而失去，从而产生更多的羧基，羧基与海藻酸钠中的羟基通过氢键的作用形成凝胶，从而改变煤的塑性，实现了煤层开采过程中粉尘的降低。

(3)材料中所含的羟基和羧基以及生成的凝胶都具有很强的吸水特性，从而保障了煤层含水率的提高，进而降低了粉尘的产生。

实施例2

如图1所示，一种降低煤层开采粉尘的原位抑尘方法，包括以下步骤：

掘进巷道完成后，在进风巷、回风巷采取迈步式每隔40m向原始煤层12内打钻孔11，在孔内安装注射管10，利用封孔9和封孔材料8对钻孔11进行封孔，并利用高压软管6通过接头7与注水设备4相连；然后将第一容器1-1中的原位抑尘材料的A组分2-1通过注射泵3与设备4内的水进行通过调节阀5进行混合后一起注入原始煤层12中，最后，将第二容器1-2中的原位抑尘材料的B组分2-2重复上述操作注入原始煤层12中，材料A中的部分物料和材料B中的部分物理进行反应产生气体增压，促进材料A和B在煤层裂隙中运移，材料A和B最终在孔隙内反应成胶，改变煤炭的塑性和含水率，降低煤在开采过程中的产尘率。

采用的原位抑尘材料为一种具有从根本上降低煤层开采产尘的材料，其制备方法包括以下具体步骤：

(1)A组分2-1的制备：室温下称取100份水加入第一容器1-1中，然后称取8份丙烯酸、0.5份OP-10加入第一容器1-1中，并在室温条件下进行搅拌均匀，再次加入1.0份过硫酸钠，继续搅拌20min，最后加入1.0份多巴胺，继续搅拌10min得到A组分；

(2)B组分2-2的制备：在第二容器1-2中加入100份水，将8份海藻酸钠、15份碳酸氢钠、8份聚氧化乙烯、0.5份十二烷基苯磺酸钠加入水中进行搅拌混合得到B组分2-2；

(3)A组分2-1、B组分2-2制备完成后，利用注胶装置3分别将A组分2-1、B组分注入原始煤层12内，原位抑尘材料在原始煤层12内实现反应产气自增压，并且随着水分的流失逐渐交联成胶。

其他未述及的部分同实施例1。

实施例3

如图1所示，一种降低煤层开采粉尘的原位抑尘方法，包括以下步骤：

掘进巷道完成后，在进风巷、回风巷采取迈步式每隔40m向原始煤层12内打钻孔11，在孔内安装注射管10，利用封孔9和封孔材料8对钻孔11进行封孔，并利用高压软管6通过接头7与注水设备4相连；然后将第一容器1-1中的原位抑尘材料的A组分2-1通过注射泵3与设备4内的水进行通过调节阀5进行混合后一起注入原始煤层12中，最后，将第二容器1-2中的原位抑尘材料的B组分2-2重复上述操作注入原始煤层12中，材料A中的部分物料和材料B中的部分物理进行反应产生气体增压，促进材料A和B在煤层裂隙中运移，材料A和B最终在孔隙内反应成胶，改变煤炭的塑性和含水率，降低煤在开采过程中的产尘率。

采用的原位抑尘材料为一种具有从根本上降低煤层开采产尘的材料，其制备方法包括以下具体步骤：

(1)A组分2-1的制备：室温下称取100份水加入第一容器1-1中，然后称取9份丙烯酸、1.0份OP-10加入第一容器1-1中，并在室温条件下进行搅拌均匀，再次加入1.0份过硫酸铵，继续搅拌30min，最后加入1.0份多巴胺，继续搅拌10min得到A组分；

(2)B组分2-2的制备：在第二容器1-2中加入100份水，将9份海藻酸钠、20份碳酸氢钠、10份聚氧化乙烯、1.0份十二烷基苯磺酸钠加入水中进行搅拌混合得到B组分2-2；

(3)A组分2-1、B组分2-2制备完成后，利用注胶装置3分别将A组分2-1、B组分注入原始煤层12内，原位抑尘材料在原始煤层12内实现反应产气自增压，并且随着水分的流失逐渐交联成胶。其他未述及的部分同实施例1。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。