高倍阻化泡沫的应用.doc

高倍阻化泡沫的应用 为了防止煤炭自燃的发生,结合近年来主要采取的注浆、注氮、喷洒氯化钙等防灭火技术。这些技术针对防治局部火灾具有一定优势,但对防治大范围采空区火源或高位火源具有一定局限性。因此,结合本矿煤层实际情况考虑到煤炭科学研究总院重庆研究院研制的新型防灭火技术---高倍阻化泡沫的防灭火技术。 一、高倍阻化泡沫应用范围及特点 高倍阻化泡沫不但适用于隐蔽区域煤自燃的灭火．也适用于易发火区域的防火，同时也可用于外因火灾发生时候的灭火。比如采空区的防灭火．在初步判定采空区高温区域大概位置后，通过钻孔等方式向采空区内注入高倍阻化泡沫，使大量泡沫大空间覆盖煤体，熄灭火源，并防止复燃发生。如果判定采空区某一部位易于发火，同样可以通过注入高倍阻化泡沫的方法对煤体进行物理化学阻化，达到预防的作用。 高倍阻化泡沫除主要的发泡剂外，还有多种添加剂稳泡剂延长泡沫存在时间；增稠剂提高泡沫的堆积能力和附着能力。发泡过程可以用高压惰性气体作为泡沫的气相，也可采用压缩空气发泡。同时，在泡沫中添加化学阻化剂，将煤易于氧化的结构在可控条件下进行氧化，使经过高倍阻化泡沫处理过的煤的自燃倾向性显著减弱，从根本上对煤自燃进行预防。由于采用的是化学反应对煤进行阻化，因此具有不可逆性，防灭火效果不随外在条件改变而发生改变，阻化效果远远优于物理阻化剂。由于发泡倍数高，阻化泡沫的堆积能力和流动特性将非常理想；在使用相同材料的情况下，高倍阻化泡沫防灭火面积或者体积将非常之大，1m3液体材料能够填充200m3左右的孔隙，估计能够充填500---1000m3的采空区或者与采空区相似的其它区域，其防灭火成本也就非常之少。高倍阻化泡沫不但适用于煤自燃发展到明火燃烧阶段的灭火，更适用于煤自燃的防火，而一般材料用于防火成本太高。与此同时，高倍阻化泡沫用于矿井外因火灾的灭火也非常有效。因此，高倍阻化泡沫具有广阔的应用前景和实用价值。 二、高倍阻化泡沫的组成及原理 高倍阻化泡沫的防灭火基本原理是以泡沫为载体将阻化剂带入采空区内, 并且对煤体具有物理阻化和化学阻化作用,能够不因为形成新的漏风通道或物理阻化剂失效而重新引起煤炭自燃火灾,不但具有灭火功能,而且对于防火也具有良好效果。由于泡沫本身具有大空间堆积和运移特性,特别是对大范围采空区内的高位火区具有独特防灭火效果。实现了从本质上降低采空区遗煤自燃的概率。 1、阻化剂 高倍阻化泡沫主要由阻化剂和泡沫载体2部分组成。其中阻化剂主要分为物理阻化剂和化学阻化剂。 1）、物理阻化剂是通过改变煤体周围环境的物理条件来防治煤自燃的阻化剂,它主要通过3种途径实现其阻化作用 ①通过覆盖煤的表面活性中心,在煤体表面形成一层保护层,减少煤氧接触的机会,对煤的表面进行惰化; ②通过带入大量的水,水分蒸发时吸收大量热量,起到降温作用,减小了煤堆的升温速率; ③具有优良的保水性,使采空区煤体表面长期保持湿润状态,并为化学阻化剂作用的充分发挥提供良好环境。 2）化学阻化剂是通过破坏或减少煤体中反应活化能较低的结构,改变煤的氧化放热性来防止煤自燃。物理阻化剂通过改变物理环境防治煤自燃,当环境恢复后,煤体又具有自燃的危险,而化学阻化剂通过改变煤体结构防治煤自燃,具有不可逆性,但化学阻化剂作用充分发挥的前提是物理阻化剂提供一个良好的湿润环境,因此将物理阻化剂和化学阻化剂进行复配,以达到更优的阻化效果。 2、载体泡沫 泡沫具有短时间内填充体积大,流动性好和堆积性好等特点,能够将阻化剂带入到不同地形的目标煤体之中,使阻化剂和煤充分接触反应,达到较好的阻化效果,而且泡沫本身能够起到覆盖效果,带入的惰性气体能够稀释氧气浓度,带入的水能吸热降温,进一步阻化了煤自燃进程。根据表面活性剂复配理论,选择合适的助剂与发泡剂形成稳定水基泡沫的配方。（起泡剂FP3 质量分数0.6、一类稳泡剂WP2 0.5,二类稳泡剂ZC3 0.5,该泡沫液的发泡倍数不低于50倍,泡沫产生后,在不高于28℃的条件下,稳定时间不小于8 h）。形成的泡沫具有良好的流动性和堆积性,作为载体能将阻化剂输送到密闭的采空区内,实现阻化剂的远距离输送,对采空区内较隐蔽火源和高处火源点进行灭火。 三、高倍阻化泡沫系统构成 1、高倍阻化泡沫系统主要由2大部分组成。高倍阻化泡沫的组成材料有高倍阻化泡沫原液、压力水源和压力气源。 l高倍阻化泡沫原液包括复配的表面活性剂、稳泡剂、吸水树脂和化学阻化剂。表面活性剂可以发泡和增加煤体湿润，稳泡剂可以延长泡沫存在时间，吸水树脂可以保持煤体长久湿润，化学阻化剂可以破坏煤体中易于氧化的结构，使煤的自燃倾向性降低。 2压力水源与发泡原液按照一定比例混合，形成泡沫的液相，并提供动力通过比例混合器吸人高倍阻化泡沫原液。3压力气源是提供发泡动力和将高倍阻化泡沫液相吸人的动力，在采用惰性气体的情况下起到降低氧气浓度的作用。 高倍阻化泡沫发生器的设计遵循了以下3个原则不使用外加泵体作为动力；在保证发泡倍数的前提下结构尽量简单可靠；原料加人处均采用负压吸人设计，保证在任何气压和水压条件下混合液体不会倒流。 高倍阻化泡沫的发泡系统有比例混合器、喷射混合器和发泡器①比例混合器。在以压力水源为动力的基础上自动吸人高倍阻化泡沫发泡原液并进行初步的混合。②喷射混合器。一定压力气体通过喷射混合器后产生一定负压，使水和高倍阻化泡沫原液吸入喷射混合器，并与气源混合。③发泡器。将气体和液体及其各种添加剂进行混合、起泡和均泡从而形成大小适中，稳定性好的高倍阻化泡沫。 2、高倍阻化泡沫发泡过程 在注高倍阻化泡沫前，应该先检查管路、制氮机或压缩空气发生装置、发泡装置和一些辅助设备是否处于工作状态，以保证高倍阻化泡沫发泡过程顺利进行。将水源、气源接上高倍阻化泡沫发泡系统，将比例混合器的吸管放人高倍阻化泡沫原液桶里，并将泡沫出口端与注泡沫管路连接好后，先打开气源，再打开水源即可开始注泡。注泡完成后先将吸原液管取出，数分钟后关闭水源和气源即可。 高倍阻化泡沫的基本参数为 1）每单位体积的高倍阻化泡沫原液在水和气体的作用下发泡到20005000倍单位体积的泡沫发泡倍数超过50倍。 2）泡沫稳定时间大于3h。 3）有效发泡率大于95。 四、结 论 1）高倍阻化泡沫具有泡沫大空间流动堆积、自动捕捉火源的特点，而且以泡沫为载体将物理阻化剂和化学阻化剂带入采空区内隐蔽的易发火区域。通过物理阻化剂和化学阻化剂对采空区遗煤惰化、阻化的综合作用能够从本质上降低遗煤自燃的概率，对防治大范围采空区遗煤自燃和高位火源具有不可比拟的优势。 2）化学阻化剂能够有效破坏煤体中易氧化的活性结构，使煤在低温环境下不能够与氧气发生氧化反应释放出热量，从而从根本上防治煤自燃的发生，并且这种化学阻化作用还是不可逆的，这是化学阻化剂与物理阻化剂的本质区别。 3）高倍阻化泡沫发泡系统简单，发泡过程不需要利用泵体作为动力，仅将压力水源和压力气源作为动力即可，并且发泡器采用负压吸人设计，有效防止了液体倒流等问题。同时高倍阻化泡沫应用工艺简单，防灭火成本比一般防灭火材料低。