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井下负压抽采新型封孔技术的研究与应用
井下负压抽采新型封孔技术的研究与应用
一、引言
井下煤矿是满足我国能源需求的重要部分，长期以来，井下煤矿的安全和高效生产是煤炭工业的重要议题。井下负压抽采作为一种新型的采煤方式，以其取缔地面露天采煤、提高采煤效率、减少环境污染等优点受到了广泛的关注。然而，井下负压抽采还面临着的风险问题，如瓦斯爆炸、煤尘爆炸等安全问题。为了解决井下负压抽采中的安全、生产效率等问题，本文将介绍新型封孔技术的研究和应用情况，以期为井下煤矿提供更为全面的解决方案。
二、井下负压抽采的基本情况
井下负压抽采是一种较为新型、科技含量较高的采煤方式。它采用了抽采系统和封孔系统相结合的方式，以降低井下瓦斯浓度和煤矿煤层的压力，使采掘更加安全。同时，井下负压抽采也避免了露天开采所带来的环境污染，并提高了采煤效率。
井下负压抽采的实施主要依靠两大系统——抽采系统和封孔系统。其中，抽采系统主要是为了控制井下的瓦斯浓度，以保证采煤的安全；而封孔系统主要是为了减轻煤层压力和瓦斯临界压力。因此，封孔系统在井下负压抽采中发挥着至关重要的作用。目前，封孔系统采用的封孔技术较为成熟，但仍存在一些不足之处，如封孔材料选用不当、封孔材料性能不佳等问题。因此，亟需研发一种新型的封孔技术。
三、新型封孔技术研究
为了提高井下负压抽采的效率和安全性，研发一种新型的封孔技术刻不容缓。下面分别就新型封孔材料和新型封孔工艺进行分析和研究。
（一）新型封孔材料的研究
在井下负压抽采中，封孔材料是非常重要的一部分。封孔材料应具有良好的渗透性、粘结性、硬度、耐高温、耐磨损等特性。目前，应用较广泛的封孔材料主要有锚杆注浆材料、水泥封孔材料和聚合物封孔材料等。虽然这些封孔材料已经相对成熟，但都存在各自的缺陷。
因此，学者们开始研究新型封孔材料，以满足采煤中对封孔材料的特殊要求。目前，新型封孔材料主要有无机纳米材料、碳纳米管、纳米TiO2等。
无机纳米材料的出现，解决了传统封孔材料质量低、抗压能力和粘结力不强的缺陷。研究表明，通过在水泥中加入适量的纳米-SiO2（20%），可以提高水泥封孔材料的抗压强度。
碳纳米管是一种新型的纳米碳材料，其硬度和强度很高，因此具有很好的封孔效果。已有研究显示，通过在锚杆注浆材料中引入10%的碳纳米管，能够提高封孔材料的硬度和抗压强度。
TiO2是一种非常透明、非常稳定、非常耐热、耐酸和耐碱的材料。研究表明，加入纳米TiO2可以提高水泥封孔材料的耐高温、耐磨损和抗压能力。
（二）新型封孔工艺的研究
除了封孔材料外，新型封孔工艺也是研究的重点。当前封孔工艺的制备方式主要有：手工喷涂封孔、机械注浆封孔和气压与机械锚喷封孔等。然而，目前这些封孔工艺也存在一些问题，如耗时长、作业效率低、人们的安全受到极大的威胁等。
为了优化封孔工艺，国内外学者积极探索新型封孔技术，并取得了不少的成果。例如，套管式自举原位注浆是在钻孔内完成封孔注浆，可避免封孔过程中人员受到的伤害，同时也提高了封孔的成功率和封孔效果。此外，中空玻璃微珠水泥注浆是国内外学者近年来研究的一种新型注浆技术，被广泛应用于封孔工艺中。
四、新型封孔技术的应用
新型封孔技术还处在研究阶段，但一些实际应用已经取得了不错的效果。
在综采工作面封孔方面，新型封孔技术已经应用到部分煤矿。例如，某煤矿在综采工作面封孔中，通过使用纳米SiO2水泥注浆材料，提高了封孔材料的硬度和抗压强度，从而达到了增加综采工作面支护效果、提高生产效率和减少能量消耗的目的。
在气动支架封孔中，新型封孔技术也被广泛应用。例如，在某煤矿工作面下跨时，通过采用锚杆钻孔注浆和夹袋气动支架结合封孔技术，提高了气动支架的支撑能力和可靠性，从而减少了因支架变形而引起的煤层顶失稳现象。
五、结论
井下负压抽采是一种新型的采煤方式，它具有速度快、效益高、具有环保特点等优点。但井下负压抽采还面临风险问题和技术问题。通过对新型封孔技术的研究，新型封孔材料和新型封孔工艺的应用已成为解决井下负压抽采中的安全和效率问题的一种有效途径。通过对新型封孔技术的研究和应用，我们相信，井下负压抽采会越来越安全、高效，展现更为广阔的前景。