矿井内因火灾的防治技术.doc

专题演讲 矿井内因火灾的防治技术 1.绪论 “预防为主”是煤矿同各种自然灾害做斗争的指导方针，也是防止矿井火灾必须遵循的原则。贯彻“预防为主”就要充分利用先进的科学技术成就，针对矿井火灾发生的三要素提出和制订专门的防火技术措施，以控制火灾的发生。从矿井的设计。建设到投产都应贯彻和体现防火的要求，一般防火措施要渗透在矿井生产和管理的每一个环节，开拓，掘进，回采以及用电安全，煤炭的运储都应有防火的要求，再加专门的防火措施，即形成综合防火措施。 内因火灾或称煤的自燃火灾是指煤炭在一定的条件下，如破裂的煤柱，煤壁，集中堆积的浮煤，又有一定的风量供给，自身发生物理化学变化,吸氧,氧化,发热,热量聚集导致着火而形成的火灾。 在全国统配煤矿和重点煤矿中，有自燃发火危险的矿井约占47，所以防治矿井火灾是保证煤矿安全生产的当务之急，其中的内因火灾是矿井防灭火工作中的重中之重。 掌握煤层自燃的机内因火灾发生的原因，影响条件，才能提出有效的防治措施，内因火灾的形成必须具备以下四个条件 ① 具有自燃倾向性的煤呈破碎状态并集中堆积存在； ② 通风供氧； ③ 蓄热环境； ④ 维持煤的氧化过程不断发展的时间。 要形成自燃，以上四个条件缺一不可，若采取措施破坏其中一个或两个，乃至全部条件，便可有效的防止自燃。但由于煤矿井下生产情况千变万化，存在许多不可预测的因素，因而在实际中，要对某一条件作有效，准确，完全的控制是有困难的。为了有效的控制自燃火灾的发生，必须采取多方面的综合防火措施。 ２矿井内因火灾防治的方法 ２.１防止煤炭自然的开采技术措施 生产实践表明，合理的开拓系统与开采方法对于防止自燃火灾起决定性作用。国内不少矿区如甘肃的窑街，辽宁的阜新，黑龙江的鹤岗局等均有一些自燃发火相当严重的矿井，通过改革不合理的开拓系统与采煤方法而迅速扭转了频频发生火灾的被动局面。对于自燃倾向性强，自燃火灾严重的煤层，从防止自燃发火的角度出发，对于开拓，开采的要求是最小的煤层暴露面，最大的煤炭回采率，最快的回采速度，易于隔绝的采空区。满足上述要求的措施有 ２.１.１合理的巷道布置系统 1 对一些服务时间较长的巷道应尽量采用岩石巷道，若将其布置在煤层中时应采用宽煤柱护巷。采区巷道布置应有利于采用均压防火技术。 2 区段巷道分采分掘。过去和现在有不少矿井为了解决独头巷道掘进通风问题，而采用上区段的运输顺槽与下区段的回风顺槽同时掘进，中间再掘进一些联络眼（横川）的布置方式。 3 推广无煤柱开采技术，减少煤柱发火。并采取相应地区段跳采、巷旁充填技术等措施解决取消煤柱之后所带来的采空区难以密闭和隔离等问题。 ２.１.２合理的采煤方法 ① 少丢煤或不丢煤 ② 控制矿山压力，减少煤柱破裂； ③ 避免上行回采，遵循先采上煤曾，再采下煤层的正常回采顺序； ④ 合理布置采区； ⑤ 回采时应尽量避免过分破碎煤体； ⑥ 加快工作面回采速度，使采空区自热源难以形成； ⑦ 即使密闭已采区和废弃的旧巷； ⑧ 注意选择回采方向，不使采区回风巷过分受压或长时间维护在煤柱里。 ２.１.３控制矿山压力，减少煤体破碎 ２.１.４合理的通风系统 ① 风网结构合理，主扇与风网匹配。 ② 通风设施布置合理 ③ 通风压力分布合理 ２.１.５推广无煤柱开采 ２.１.６坚持正常的回采顺序 通过以上的讨论，使我们认识到开采技术与自然发火的关系极为密切。因此在自然发火严重的矿井，开采自然倾向性强的煤层时，从设计到施工，生产管理的各个环节都要有一个防火的，考虑到防火的要求，为防灭火工作创造必要的前提条件，以期达到防患于未然，做到“预防为主 ”。 ２.２预防性灌浆 预防性灌浆是防止煤自燃发火的一项传统的、也是最为有效、稳定可靠的重要措施,在国内煤矿中得到普遍应用。预防性灌浆的作用一是隔断供氧通道,二是散热,达到破坏聚热环境的作用。兖州矿区各矿都布置了灌浆系统,应用过黄土、煤矸石、电厂粉煤灰等几种浆材。. 〈〈规程〉〉规定“开采有自燃发火的煤层，必须对采空区进行预防性灌浆．．．．．”。预防性灌浆是防止自燃发火的一项传统措施，也是最有成效．稳定可靠的措施。所谓预防性灌浆就是将水．浆材按适当比例混合，制成一定浓度的浆液，借助输浆管路送往可能发生自燃的采空区，以防止自燃火灾的发生。预防性灌浆的作用一是隔氧，二是散热。预防性灌浆的效果及其经济性，主要取决于浆材的选取，浆液的制备，输送材的选取，浆液的制备，输送和灌浆方法与工艺。 2.2.1浆材的选取 浆材必须满足下列要求 ① 不含可燃或助燃材料； ② 粒度直径不能大于２mm（粒度直径小于１mm）要占７５％ ③ 主要物理性能指标 比重2.42.8塑性指数914 胶体混合物2530；含砂量2530 ④ 易脱水又要具有一定的稳定性。 2.2.2浆液制备与输送 由于目前广泛使用的仍是黄土制浆，因此这里仅以黄土泥浆的制备与输送作为主要内容。 泥浆的制备一般在地面进行，通常有以下两种方式 ⑴水力取土自然成浆 这种方法适用以山坡表土层或贮土场的积土为浆材。制浆过程是，先用放炮使表土层变松，或直接用高压水枪（水力喷射器）冲刷。黄土随水而流，在流动的过程中混合均匀，形成泥浆，用筛板过滤除去颗粒较大的砂石后，流入输浆管， 这种制浆方法，设备简单，投资少，劳动强度低，效率高。缺点是水土比难以控制，不能保证浆液质量。窑街、大同、淮南、义马等区一些矿井，采用此种方法。 2 人工或机械取土制浆 （1） 矸石破碎制浆 在缺少土源的矿区，可以用粉碎的矸石来代替黄泥灌浆 （2） 泥浆土水比 一般土水必定变化范围为1215。 （3） 泥浆输送 泥浆的输送倍线是指从地面灌浆站至井下灌浆点的管线长度与垂高之比，既 静压输送时 NL／H 加压输送时 式中 L浆液自地面管路的入口至灌浆区管路的出口管线总长度，m； H浆液入出口之间的高差，m； h泥浆泵的压力，m。 倍线一般控制在3～8之间。过大时，应加压；过小时，容易发生裂管跑浆事故可在适当的位置安装闸阀进行增阻。 2.2.3灌浆量的确定 Ｑ＝ＫmＬＨＣ／100 式中Q--灌浆用土量m;m煤层开采厚度m;L灌浆区的走向长度，m;C煤炭回收率， K灌浆系数，他只能根据现场情况具体决定， 2.2.4预防性灌浆方法 我国煤矿采用的预防性灌浆方法多种多样，大体可分为采前预灌，随采随灌，采后灌浆等三种类型。 1）采前预灌，所谓采前预灌即是在工作面尚未回采前对其上部的采空区进行灌浆。这种灌浆方法适用于开采老窑多的易自燃、特厚煤层。 2）随采随灌，灌浆作为回采工艺的一部分，随工作面回采向采空区灌浆。随采随灌又有埋管灌浆、插管灌浆、洒浆、打钻灌浆等多种方法。 3）采后注浆，可以利用钻孔向工作面后部采空区内注浆；采空区封闭后，在密闭墙上插管灌浆，防止停采线遗煤自燃。 2.2.5灌浆后的排水措施 窑街矿区对灌浆水的处理，总结了八字措施“探，放，排，引，堵，截，滤，泄”。探查灌浆积存水的位置，水量及水流方向，打钻放水，利用水泵排出，由巷道水沟引致井底水仓，砌挡水墙堵水，暂时截流存储，逐渐引放，构筑滤水密闭堵截泥砂；有时需要掘专用的泄水道 2.2.6黄泥灌浆防灭火技术 20世纪50年代,我国开始研究并在煤矿中推广黄泥灌浆防灭火技术,之后将此项措施写入煤矿安全规程,且在全国得到推广,有效地防止了井下煤自燃.黄 泥灌浆的阻燃机理主要是隔绝空气,阻止煤炭氧化,并吸热降温[5].具体地说就是将具有一定粘性,覆盖和包裹能力较强的泥浆灌注在采空区浮煤堆中,隔断空气,同时黄泥浆还能增加浮煤的充填密度,减少漏风供氧.按灌浆方法分为采前预灌、随采随灌和采后封闭灌浆.采前预灌即在工作面尚未回采前对其上部或周围的采空区进行灌浆,多用于有小煤矿破坏的自燃特厚煤层.随采随灌即在工作面回采的同时,向采空区灌注浆液.其作用一是防止浮煤自燃,二是起降尘、降温的作用.根据巷道布置和采空区岩石冒落状况的不同,又可采取钻孔灌浆,埋管灌浆.对于其中的埋管灌浆就是沿工作面回风巷在采空区内预先铺好灌浆管,预埋管和支管之间用高压胶管连接,放顶后开始灌浆,并随工作面的推进前移[6].但 埋管灌浆往往会影响正常生产,如会使工作面积水,还可能造成溃浆事故,这会影响工作面的推进度,对自然发火期短的矿井是不合适的.如果采用顶板高位钻孔灌浆见图2所示,就会克服这些缺陷,而且其防灭火效率也会提高.泄出积水。 2.3阻化剂防火 2.3.1阻化剂又称为阻氧剂,主要是一些有机盐类化合物如氯化钙ＣａＣｌ23Ｈ2Ｏ氯化镁ＭｇＣｌ2、氯化铵ＮＨ4Ｃｌ、碳酸氢铵ＮＨ4ＨＣＯ3和水玻璃ｘＮａ2ＯｙＳｉＯ3等水溶液或铝铁废液、炼镁槽液、废盐酸加石灰、以ＮａＣｌ和Ｎａ2ＳＯ4为主要成份的盐渣等。这些阻化剂可通过喷洒、压注或雾化的形式,输运到采空区或煤 体中,起到阻化的作用。 2.3.2阻化剂防止煤炭自燃的原理 ①阻化剂水溶液吸附了空气中的水分侵入到煤裂隙、覆盖在煤表面 堵塞煤表面的孔隙,隔绝氧气。吸水性很强的药剂使煤处于潮湿状态,水吸热降低煤体表面温度,从而在一定程度上抑制了煤的自燃。 ②阻化剂与煤中活性分子之间相互吸引,破坏了表面力场,提高了氧的活 化能,减少了活性结构与氧之间的有效碰撞几率,使煤氧作用速度受抑制。 2.3.3阻化率和阻化衰退期 ①阻化率 煤样在阻化处理前后防除的CO量的差值与未经阻化处理时放出的AO量之比称为阻化率（E）用公式表示如下 E（A-B）／A ②阻化衰退期 煤炭经阻化处理后，阻止氧化的有效日期为阻化衰退期，又称阻化剂的阻化寿命。阻化寿命长的阻化剂其阻化率下降的趋势缓慢。 2.3.4阻化药剂的选择及其使用参数 目前最常用的阻化剂有煤矿使用的阻化剂有氯化钙（ＣａCl 2Ｈ2０）、氯化镁（MgＣl2６Ｈ2Ｏ、氯化铵（NH４Cl以及水玻璃ＸＮａ2Ｏ.yＳｉ０２）等。以及工业废液等。从目前的应用结果来看，氯化钙、氯化镁、氯化铝、氯化锌等氯化物对褐煤、长焰煤和气煤有较好的阻化效果；水玻璃、氢氧化钙对高硫煤有较高阻化率。 2.3.5阻化剂的防火工艺 应用阻化剂防火的主要方法是表面喷洒、用钻孔向煤体压注以及利用专用设备向采空区送入雾化阻化剂。压注和喷洒系统有移动式、半固定式和固定式三种。 2.4惰气防灭火技术 20世纪70年代,注氮防灭火技术在德、法、英等发达国家煤矿防灭火中大量使用。80年代起,我国开始了氮气防灭火技术的研究与推广,到1995年我国已有15个矿29个工作面实施注氮防灭火技术。“八五”期间,兖州矿区开发研制成功了世界上第一套井下移动式制氮装置膜分离制氮装置,并且在矿区推广应用。“九五”期间,兖州矿区又将注氮防灭火技术应用于无煤柱开采矿井,还做了大量的配套技术研究[4]。惰气防灭火技术就是用惰气充满任何形状的空间并将氧气排挤出去,从而使火区中因氧含量不足而将火源熄灭,或者使火区内氧气含量不足而不能氧化自燃;可使火区内瓦斯等可燃性气体失去爆炸性;采空区或火区内注惰气可使其处于正压状态,防止漏风供氧,抑制煤氧接触。 惰气系指不可燃气体或窒息性气体，主要包括氮气、二氧化碳以及燃料燃烧生成的烟气（简称燃气）等。 2.4.1、氮气防灭火 ⑴（液）氮气防灭火原理 氮气注入采空区后具有降低氧浓度的作用。液氮灭火还具有冷却降温作用。在２０℃的环境温度下，液氮的汽化热为４２３kJ/kg。直接用液氮注入火区时，液氮气化，吸收热量，使火区气体、煤层和围岩的温度降低，火区冷却会加速火源熄灭；在封闭火区的过程中，氮气注入火区后，兼有抑爆作用。 ⑵、氮气制取和输送 氮气制取。目前分离空气制取氧气和氮气有三种工艺方法一是深冷空分法；二是碳分子筛变压吸附法；三是膜分离法。 液氮防灭火效果好，但贮存和运输较困难。用液氮灭火的矿井，发火时用大型槽车将液氮运至井口，在井口汽化站气化后用管道输送至井下火区；也可在井口将其分装在小槽车中运往井下，直接把液氮注入火区，这样可提高灭火效果。 ⑶、生产工作面采空区注氮防火 注氮方法取决于注氮目的（是防火还是灭火）和注氮方式，一般有两种。一种是压管注氮，即注氮管口由进风顺槽压埋在采空区里，借助于漏风将注入的氮气散布在采空区内。这种方法的优点是注氮工艺简单，适用于连续注氮。另一种是在采空区附近的巷道内向采空区打钻，利用钻孔注入氮气。氮气释放口的位置选择合理与否对防火效果影响较大。一般氮气释放口位于进风侧的采空区内；释放口不得向上，罩以金属网并用坚硬的护体（石块或木垛）加以保护，以防砸坏或孔口堵塞。注氮口一般距工作面１０～１５ｍ。 ⑷、注氮处理封闭火区 １）向封闭火区注氮。有条件时注氮过程中逐渐缩封火区，以提高注氮效果。 ２）定向注氮，目标惰化。注氮时使氮气流经火源点，用氮气流置换漏风气流；或者用数个钻孔能包围火源点进行注氮，这就是目标惰化。当采空区内有高温点或火源存在、且火源的位置已知时，在不封闭或不完全封闭火区的条件下，可通过选择合适的注氮口实现。 3）提高注氮效果的途径适当增加密闭墙的气密性，限制漏风量；增大注氮强度和保持注氮的连续性；选择合适的注氮口位置。 2.4.2、湿式惰气灭火 湿式惰气是燃料油与一定比例的空气混合在惰气发生装置（机）内经充分燃烧后产生的烟气。由于烟气中基本上是惰性气体或不可燃气体，因此，将其压入火区后，可起到惰化火区、窒息火源的作用；压入正在密闭的火区可起到阻爆作用。 1、惰气发生装置及其性能参数 惰气发生装置型号及其性能参数如表10-8-1。 表10-8-1惰气发生装置性能参数表 项目 DQ-150 DQ-1000 产气量m3／min 150 880～1200 燃油耗量kg／min 3.87 21.78～28.56 耗水量m3／h 15 36～40 供水压力kPa0 250 250～300 出水温度℃ 90 90 气体成分 按体积计算 N2 52 37.8～38.3 CO2 6～9 5.85～6.40 O2 2 1.35 CO 0.35 COH20.4 CH4 无 无 H2Og 40～50 55 2.5防治火灾的均压技术 均压防灭火的实质利用风窗、风机、调压气室和连通管等调压设施，改变漏风区域的压力分布，降低漏风压差，减少漏风，从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区，或熄灭火源的目的。 2.5.1调压设施均压防灭火的原理 ㈠调节风窗调压的原理 如图107－1a所示，在并联风路Ⅰ分支中安装调节风窗后，由于风路中增加了风阻，使其风量减少。风量变化引起本分支和相邻分支压力分布改变。在图107－1b中，aob和acodb分别为安装风窗前、后的压力坡度线，对比两者可见 1、风窗上风侧风流压能增加，下风侧风流压能降低；A点风流压能增加，B点风流压能降低，其增加和降低的幅度取决于风窗的阻力和该分支在网路中所处的地位； 2、因风量减小，风窗前后风路上的压力坡度线变缓因风量减小； 由上述分析可见，风窗调压的实质是增阻减风，改变调压风路上的压力分布，达到调压目的。。 图107－1 调节风窗调压的原理 图107－2 风机调压的原理 （二）风机调压的原理 在需要调压的风路上安装带风门的风机实质上是辅助通风机，利用风机产生的增风增压作用，改变风路上的压力分布，达到调压目的。若在图107－1a的Ⅱ分支上安装带风门的风机，且使其风量大于原来风量。调压前后Ⅱ分支压力坡度线如图107－2所示。afb和acfdb分别为调压前后的压力坡度线。对比两者可见 1、风机的上风侧AF段风流的压能降低，下风侧FB段风流的压能增加；其降低和增加幅度随距风机的距离增大而减小； 2、因风路上风量增加，故其压力坡度线变陡；在Ⅱ分支上安装风机后，对与其并联的Ⅰ分支将产生下列影响风量减小，但减小值小于Ⅰ分支的风量增加值，减小程度取决于所安装风机的能力及其该分支在网路中的地位；压力坡度线的坡度变缓。 （三）风窗-风机联合调压的原理 使用风窗和风机联合调压时，有增压调节和降压调节两种。 风窗－风机增压调节 所谓增压调节是指使两调压装置中间的风路上风流的压能增加。为此，风机安装在风窗的上风侧。增压调节又可分为风量不变和减少两种。 图107－3a、b分别表示风量不变和风量减少时压力分布变化特点。 图107－3 风窗－风机联合增压调节 ２、风窗－风机联合降压调节 作降压调节时，风窗安装在上风侧，风机安装在下风侧。调压前后压能变化规律读者可作类似分析根据上图分析。 2.5.2、生产工作面采空区自燃火源或高温点的调压处理 （一）采空区的漏风形式 采空区的漏风基本上可分为并联漏风和角联漏风两种。 并联漏风 图107－4a是后退式回采U形通风系统工作面采空区漏风分布平面示意图。为了便于分析问题，常常把这种漏风简单化成一个始、末端分别为工作面下、上口，与工作面风路相并联的等效风路，如图107－4ｂ虚线。 图107－4 采空区并联漏风 2、角联漏风 采空区内除存在并联漏风外，还有部分漏风与其它风巷发生联系，这种漏风叫角联漏风。图107－5a是淮南李一矿同时开采层间距较近两层煤时，因两工作面间的错距较小20m左右，造成上下工作面采空区相互连通，而产生对角漏风。实际上，对角漏风可能发生在采空区的一个条带上，在研究问题时为方便起见，漏风路线简化为对角支路，如图107－5b中2-6虚线所示。 二并联漏风范围内的高温点或火源的调压处理 在采取调压处理之前，首先应判断高温点或火源在漏风带中的大致位置。 1、当火源或高温点处于如图103－1所示的自燃带Ⅱ中后部（靠近窒息带）时，则可用降低漏风压差（工作面通风阻力）的方法，减小漏风带宽度，使窒息带复盖高温点。其措施有1）在工作面进或回风中安设调节风窗，或稍稍启开与工作面并联风路中的风门ｄ。2）在工作面下端设风障或挂风帘（如图107－6）。这种方法对于减少采空区的瓦斯涌出也是有利的。 2、高温点位于自燃带的前部（靠近散热带附近）或工作面的下部采空区时，采用减小风量的方法不能使其被窒熄带复盖时，一般也可采用在工作面下端挂风帘的方法来减小火源所在区域内的漏风，同时加快工作面的推进速度，使窒息带快速复盖高温点。 （三）角联漏风的调压 调节角联漏风主要是，在风路中安装风门和风机等调压装置，降低漏风源的压能，提高漏风汇的压能。如图107－7所示，3-6和4-5为工作面，采空区内漏风通道即为角联分支，漏风方向3→5。为了消除对角漏风，可改变相邻支路的风阻比，使之保持 据此可实施下列方案①、在5-7分支中安设调节风窗，以增大R57，提高5点压能；②、如果要求工作面的风量不变，可在5-7分支安设风窗的同时，在2-4分支工作面进风巷安设调压风机，采用联合调压。③、在条件允许时，还可在进风巷2-3安风窗，在回风巷5-7安风机进行降压调节。 图107－7 角联漏风的调压 2.5.3、调压气室-连通管调压防灭火的原理与应用 调压气室-连通管调压一般适用于封闭火区灭火。有单气室与双气室调压两种。 1、双调压气室-连通管调压原理与应用 1）布置方式如图107－8ａ，在火区的两侧密闭墙K1、K2外分别构筑一道辅助密闭墙F1与F2，与原密闭墙构成两个调压气室，与此同时在与火区并联的分支中铺一根金属管（有条件时也可以利用巷道代替金属管（如图ｂ））把两个调压气室连通，此金属管称为连通管。 图107－8图中虚线表示连通管，以下图同 2、调压原理，连通管-双气室调压的原理在于辅助密闭墙增加火区的漏风风阻，降低火区的漏风压差；连通管与火区并联，起到并联分风和降压的作用。 １）调压时的火区动态观察，按图107－9所示的要求，在每个密闭墙上安设测压管和水柱计。其中1和2水柱计分别测定密闭墙K1和F1的漏风压差，3和4水柱计分别测定密闭墙K2和F2的漏风压差。调压后应使1和3的示值近似相等，若不相等应设法增大密闭墙的气密性。调压时还应注意连通管的气密性，否则会降低调压效果；注意观测火区回风的气体成分，以了解火区的动态。 图107－9 连通管-双气室调压时火区动态观测 1，2，3，4-水柱计；5-连通管；6-测压管 2、单调压气室-连通管调压原理与应用 1）布置方式及其调压原理，如图107－10ａ，在火区回风侧密闭墙K2外构筑一道辅助密闭墙M，M与K2构成调压气室；同时从调压气室内C点铺一根装有调节闸门的金属管至火区进风侧B点上风侧的D点。为了分析其调压原理，应用拓朴变换原理将图107－10a变为等效网路107－10b。由图可见，由于连通管接入，使火区变为角联网路中的对角巷道。只要使下式成立，即可消除火区漏风 式中 RT-连通管包括闸门风阻；RM-辅助密闭墙M与CB巷道风阻之和； RAB，RDA-分别为巷道AB和DA的风阻； 调压气室也可构筑在进风侧，两者调压的原理相同。 ２）火区动态观测。 10-7-2 2.5.4、调整通风系统调节漏风压差 一调整通风系统的原则 1、增加火区或采空区的并联低风阻风路；或减少火区并联分支的风阻或风量不得在该分支增阻。 ２、增加火区所在分支或其漏风流经路线上其它分支的风阻；在非漏风流经的路线上减阻。增阻或减阻巷道离火区或采空区越近，效果越好。 ３、当火区的漏风源与漏风汇分别处于进回风井附近时，应设法降低主林通风机负压； ４、降低火区漏风源的压能，增加其漏风汇的压能。调整通风系统有时是局部的有时是全局的。局部调整时可利用增设或移动风门、调节风窗等通风设施来实现； 二通风构筑物的合理位置 应遵循的总原则是既起到应有的风流调节和控制作用，又不增大火区或采空区的漏风压差。具体而言 １、若在有并联漏风的风路上设置风窗等增阻型通风构筑物时，其位置不应选择在漏风的源与汇之间。 2、在有漏风源或漏风汇附近的风路上安设增阻型通风构筑物时，应将其设在漏风源的上风侧，或漏风汇的下风侧。 3、风门、调节风门和密闭墙等控制风流的设施设置后，应使采空区或火区同处于进风或回风侧，以降低其漏风压差。 2.6各种凝胶防灭火技术 针对煤自燃实质及过程,西安科技学院研制的高水胶体、凝胶防灭火技术集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体,克服了灌浆、注水的水泄漏溃砂等缺陷,成功地扑灭了几十起煤层自燃火灾,作为我国综放开采的一项重要的防灭火技术被推广。 凝胶材料由基料、促凝剂和增强剂与水混合胶凝而成。在灭火实践中,西安科技学院研究开发了硅凝胶、ＸＫ2-ＰＲ[5]等凝胶基料,碳酸氢铵ＮＨ4ＨＣＯ3、碳酸氢钠Ｎａ2ＣＯ3及铝酸盐等促凝剂。“九五”期间,研制成功粉煤灰、黄土等增强材料及配套注胶设备。 不同材料的凝胶在防灭火方面,性能各异,适应不同的火灾环境,但其防灭火机理在于这些高水胶体通过钻孔或煤体裂隙进入高温区,其中一部分未成胶时在高温情况下水分迅速汽化,快速降低煤表面温度,残余固体形成隔离层,阻碍煤氧接触而进一步氧化自燃。而流动的部分混合液随着煤体的温度的升高,在不远处及煤体孔隙里形成胶体,包裹煤体,隔绝氧气,使煤氧化、放热反应终止。随着注胶过程的不断先进,成胶范围不断扩大,火势熄灭圈增大、直至整个火源熄灭。完全干涸的胶体还可以降低原煤体的孔隙率,使得通过的空气量大大减少,从而抑制复燃。多次现场实践证明,经过胶体处理后的火区,再施以降温措施,几乎不可能复燃。但硅凝胶材料的两种基料及促凝剂用料量较大,在扑灭大范围火灾时,材料运输极为不便阻碍了灭火进程;另外,硅凝胶材料在成胶过程中会产生刺激性气体恶化了井下工作环境。 3.ＸＫ2-ＰＲ稠化胶体防灭火技术在东滩矿4308轨顺灭火中的应用 针对高水凝胶灭火技术在煤矿灭火中存在的缺点,西安科技学院经过大量的实验探索又开发出一种新型灭火材料ＸＫ2-ＰＲ复合灭火材料,成功地扑灭了东滩矿14308轨顺的火灾。 3.1 稠化胶体防灭火技术在4308轨顺掘进期间的应用 1火区概况图1。 2注胶工艺流程。采用ＸＫ-5型井下移动式稠化胶体压注系统。 图1 4308轨顺距离2号提斜180ｍ处顶煤高温区示意图Ｆ 3稠化胶体配比、注胶量及注胶效果。压注稠化胶体130ｍ3,ＸＫ2-ＰＲ添加剂用量400ｋｇ,比例3‰。注胶效果胶体在巷道顶部形成了一道堵漏隔热层,滴水温度基本恢复正常。ＸＫ2-ＰＲ添加剂用量200ｋｇ,注入胶体40ｍ3. 3.2 稠化胶体防灭火技术在4308南轨顺回采期间的 1火区概况图2。 2注胶工艺流程。利用地面灌浆系统的稠化胶体压注工艺。 3稠化胶体配比、注胶量及注胶效果。压注稠化胶体320ｍ3,ＸＫ2-ＰＲ添加剂用量1ｔ,比例3‰～4‰。注胶效果成胶效果极佳,巷道内几乎没有胶体泄漏,注胶后高温区温度明显下降,抑制了火区复燃。 图2 4308轨顺沿空侧高温区示意图 3.3稠化胶体防灭火技术在14308综放面的应用 1 火区概况图3。 2 注胶工艺流程。利用地面灌浆系统的稠化胶体压注工艺。 3 稠化胶体配比、注胶量及注胶效果。压注稠化胶体泥浆200ｍ3;泥浆水土比51,ＸＫ2-ＰＲ添加剂用量400ｋｇ,添加比例1.5‰～3‰。注胶效果井下观察稠化胶体泥浆成胶效果极佳,巷道内几乎没有泥浆泄漏,高温区温度明显下降,起到了很好的防火堵漏作用。 图3 14307综放面停采线高温点位置示意图 参考文献 [1] 徐精彩,邓 军,文 虎,等.凝胶防灭火技术在煤层内因火灾防治中的应用[Ｊ].中国煤炭,1997,1028～30. [2] 徐精彩,邓 军,文 虎,等.综放面遗煤自燃危险性预测[Ｊ].阜新矿业学院学报,1997,163180～183. [3] 徐精彩,邓 军,文 虎,等.采面供风量与采空区遗煤自燃危险性关系分析[Ｊ].西安矿业学院学报,1994,14312～15. [4] 赵经彻.兖州矿区煤炭生产技术[Ｍ].北京煤炭工业出版社,1998. [5] 矿井火灾防治 江西煤矿安全监察局 致谢 本专题是在我的知道老师贾宝山老师的亲切关怀和悉心指导下完成的.他严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深的感染和激励着我,从课题的选择到课题的完成,贾老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持.在此谨向贾老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意. 从开始进入课题到课题的顺利完成,有多少师长.同学.朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意