一种新型巷道喷射混凝土隔热层及其使用方法与流程

本发明涉及煤矿井下降温领域，特别涉及一种新型巷道喷射混凝土隔热层及其使用方法。

背景技术：

尽管我国的储煤量很大，但由于每年煤炭的消耗量巨大，开采强度高，导致目前浅层的煤矿资源日益枯竭，逐步进入深部开采阶段，开采深度的逐年增加呈常态化趋势。目前，大中型矿区的煤矿开采平均深度已达456m，其中东部和华北地区深度达647m，并且每年正以8～12m的速度逐渐增加煤矿的开采深度，而东部矿井每年正以平均10～25m的速度持续增加，岩层的温度逐渐上升，部分矿井采掘工作面温度已超过30℃。深部开采纵然可以解决能源问题，但同时也引发了继瓦斯、高地应力、高水压与火灾之后的第五大煤矿灾害—矿井热害。煤矿的平均温度梯度为0.035℃/m，即每往地底延伸一米，岩层的温度就会升高0.035℃，使得开采千米的深井周围就很有可能出现35℃以上的高温岩层，这样势必会导致矿井巷道温度的升高，深井热害的问题会越来越严重。矿井热害不仅对矿井生产安全以及生产效率产生了严重的影响同时也会引起人体热调节、中枢神经、消化以及新陈代谢等系统的功能紊乱。矿井高温也容易引发有毒热浪、硫尘爆炸和瓦斯爆炸等重大矿井安全事故。长期处于高温的作业环境不仅会危机工人的身心健康也会给井下施工的机电设备造成一定的损伤，温度过高一些机械设备由于散热困难将导致故障甚至停止运转从而影响施工进度，相关统计表明温度每上升1℃就会使井下的施工机械设备故障率至少增加1倍以上。

可以预见，随着矿井开采深度逐渐加大和机械化水平的不断提高，矿井高温热害的形势将日益严峻。因此，解决矿井热害问题，对绿色矿山建设具有重要意义。研发经济、高效以及实用的矿井降温方法和技术，保障热害矿井工作人员的身心健康，是实现深部矿产资源的安全开发的必要前提。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种新型巷道喷射混凝土隔热层及其使用方法，可做到。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的第一个技术方案：

本发明涉及一种新型巷道喷射混凝土隔热层及其使用方法，包括隔热层系统，所述隔热层系统包含有隔热层，所述隔热层的原料包含有混凝土，混凝土中的膨胀珍珠岩材料占混凝土总分量的75-80份，且混凝土的原料占比如下：

石子，石子中的陶粒石占石子总分量的65-75份；

水泥，水泥中的粉煤灰材料占水泥总分量的55-65份，减水剂占水泥总分量的1.0-1.5份；

所述隔热层系统包含有温度传感器、蜂鸣器和显示屏。

作为本发明的一种优选技术方案，所述温度传感器设置于隔热层表面，所述温度传感器分别与显示屏和蜂鸣器为电性连接，且温度传感器连接至外接电源，所述显示屏是由led屏和单片机芯片组成。

作为本发明的一种优选技术方案，所述膨胀珍珠岩掺量为混凝土单位总体积的85％，用于加强隔热层的整体憎水性。

作为本发明的一种优选技术方案，所述隔热层的厚度为100mm。

本发明提供了如下的第二个技术方案：

本发明还提供了这种新型巷道喷射混凝土隔热层的使用方法，步骤如下：

a：混凝土制备，将水泥、砂、水和石子按照混凝土c15的标准配比混合，其中石子中的陶粒掺量占石子总量的70％，且其他石子均为细石材料，水泥中的粉煤灰掺量占水泥总量的60％，减水剂掺量占水泥总量的1.2％，得到混凝土；

b：混凝土搅拌，将步骤a中的混凝土按照600r/min的速度搅拌，搅拌过程中掺入膨胀珍珠岩，直到膨胀珍珠岩占混凝土总量的80％，得到隔热层混凝土；

c：隔热层喷涂，将步骤b中的隔热层混凝土通过混凝土喷浆机喷涂至巷道的围岩表面，且喷涂厚度为100mm；

d：预制件埋入，在步骤c的喷涂过程中，埋入温度传感器，且温度传感器的触头分别设置于围岩表面和隔热层表面；

e：安装预警设备，将显示屏和蜂鸣器与温度传感器电性连接，且分别安装至隔热层表面。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1：本发明通过设计一种巷道隔热层，在巷道内喷涂后，能够大幅度将井下的热量隔离至围岩外侧，减少巷道内侧所产生的热量，其方式绿色节能，性价比高，对比“被动降温”的模式，所产生的热量较少，对巷内的电力负载率也具有益处。

2：本发明设置的预警结构，能够根据内外墙的温差进行预警，隔热层内外温度逐渐接近时，则说明隔热层在逐渐丧失隔热效果，维护人员能够根据隔热层地带的情况进行紧急处理。

具体实施方式

以下为本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供一种新型巷道喷射混凝土隔热层及其使用方法，包括隔热层系统，隔热层系统包含有隔热层，隔热层的原料包含有混凝土，混凝土中的膨胀珍珠岩材料占混凝土总分量的75-80份，且混凝土的原料占比如下：

石子，石子中的陶粒石占石子总分量的65-75份；

水泥，水泥中的粉煤灰材料占水泥总分量的55-65份，减水剂占水泥总分量的1.0-1.5份；

隔热层系统包含有温度传感器、蜂鸣器和显示屏。

进一步的，温度传感器设置于隔热层表面，温度传感器分别与显示屏和蜂鸣器为电性连接，且温度传感器连接至外接电源，显示屏是由led屏和单片机芯片组成。

膨胀珍珠岩掺量为混凝土单位总体积的85％，用于加强隔热层的整体憎水性。

隔热层的厚度为100mm。

本发明提供一种新型巷道喷射混凝土隔热层的使用方法，具体步骤如下：

a：混凝土制备，将水泥、砂、水和石子按照混凝土c15的标准配比混合，其中石子中的陶粒掺量占石子总量的70％，且其他石子均为细石材料，水泥中的粉煤灰掺量占水泥总量的60％，减水剂掺量占水泥总量的1.2％，得到混凝土；

b：混凝土搅拌，将步骤a中的混凝土按照600r/min的速度搅拌，搅拌过程中掺入膨胀珍珠岩，直到膨胀珍珠岩占混凝土总量的80％，得到隔热层混凝土；

c：隔热层喷涂，将步骤b中的隔热层混凝土通过混凝土喷浆机喷涂至巷道的围岩表面，且喷涂厚度为100mm；

d：预制件埋入，在步骤c的喷涂过程中，埋入温度传感器，且温度传感器的触头分别设置于围岩表面和隔热层表面；

e：安装预警设备，将显示屏和蜂鸣器与温度传感器电性连接，且分别安装至隔热层表面。

具体的，目前的国内外巷道降温措施通常分为“主动降温”和“被动降温”，“被动降温”主要以人工制冷为主，如机械制冷，而“主动降温”则是以控制向井巷内排放高温气体为主要方法，实现降温目的，如疏导隔热，但被动降温需大量机械设备，耗资巨大且操作复杂。另外机械工作时长期处于高速运转状态将释放大量热量反而增高了矿井内的温度。最重要的是被动降温没有从源头上解决围岩散热问题，只能不断的对其降温，而本发明中所设计的隔热层主要采用的是“被动降温”的方式，通过将隔热层喷涂在围岩上即可实现阻隔热源的效果，其方式相较于“主动降温”更经济。

隔热层的主要材料为混凝土，混凝土的原料中主要添加的有陶粒和粉煤灰，两种材料均具有较强的隔热效果，在按比例加入混凝土的原料中后，按照c15的配比进行搅拌，即可得到能够大量降低巷温的混凝土，在搅拌过程中再次大量加入的膨胀珍珠岩则能够增加隔热混凝土的憎水性，使混凝土在喷涂凝固后，所形成的厚度不会因巷内的水分导致流失，延长其整体的使用寿命。

所制成的隔热层的隔热计算公式为：q＝kf(t1-t2)；

其中q:混凝土隔热层的厚度，k:混凝土隔热层的导热系数，f:待设置隔热层的巷道表面积，t1:巷道内温度，t2:巷道内理想温度，在实际制成的隔热层所测量处的导热系数小于0.2w/(m·℃)，根据上述说明，q的厚度为0.1m，f按照单位面积1m²计算，导热系数按照0.2计算，单位面积1m²的温差为0.5℃，因此在大量使用隔热层后所产生的内外范围温差较大，可持续降低巷道内的温度至理想温度，能够达到实际所形成的降温效果。

在使用隔热层后，所安装的预警结构亦可结合隔热层一并使用，温度传感器的触头在隔热层内外感应温差，当温差逐渐接近时则说明隔热层正在失去作用，此范围处的隔热效果正在降低，维护人员则能够根据显示屏上所显示的感应温度，通过蜂鸣器寻找隔热失效的区域，经由对其损耗部位进行检修和维护，使其隔热效果恢复正常。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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