凝胶阻化剂防灭火的应用工艺

煤炭自燃是煤矿生产过程中的重大灾害之一 , 它使煤炭资源和国家财产遭受重大损失 ,并严重威 胁着工人的生命安全 。煤炭自燃是因为煤与空气中 的氧发生放热的氧化反应 ,这种反应在井下采空区 更容易发生 。如果煤氧化反应放出的热量不能及时 地散失到其周围环境 ,其反应就会自动加剧 。在这 种条件下 ,一定堆积体的煤就会发生危险的热失控 而造成自燃火灾 。
洗管道 5～10 m in,防止胶体堵塞泵体和输送管道而 影响下次注胶工作 。
(4)基料和促凝剂的混合比例取决于 A 箱体和 B 箱体内的阀门开启程度 ,现场应用时应保证 2 阀 门开启程度一致 。
3 凝胶阻化剂在长广集团七矿的应用
图 1 应用凝胶防火应用工艺流程图
(1) 喷注泵的选择 。喷注泵应满足的要求 : ① 安全防漏 ; ②结构简单 ,安全操作方便 ; ③流量均匀 稳定 ; ④设备运行可靠耐磨性好 ; ⑤便于维修 。根据 以上要求 ,可选择 D 型矿用多级离心式水泵 ,水泵
(4) 胶体具有良好的阻化性能 。成胶的基料和 促凝剂 本身就是阻化剂 , 2 者反应生成的胶体 ,不 仅能包裹浮煤 ,堵塞漏风通道 ,使已燃起的浮煤熄 灭 ,阻断有毒害气体的扩散 ,而且成胶过程吸收大量 的热 ,降低浮煤温度 ,使煤炭自燃进入风化阶段 。
(5) 胶体具有良好的热稳定性 。该胶体用于井 下防火 ,胶体的完整性能保持 2 a左右而不失其防 火功能 ,用于井下灭火时 ,胶体溶液的完整性仍可保 持数小时以上 ,与用水灭火相比 ,不仅能克服水灭火 的缺点 ,而且能充分发挥其覆盖阻氧性能和水的灭 火效能 。
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技术经验 煤 矿 安 全 (2009 - 10)
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过程 ,吸热量与胶体浓度及原材料有关 。 1. 2 凝胶阻化剂防灭火原理
(1) 胶体具有固水功能 ,胶体中 90%以上是 水 ,它使易于流动的水固结起来 ,从而充分发挥了防 灭火的作用 。
(2) 胶体具有良好的吸热降温性能 ,成胶过程 中伴随着吸热反应 ,而且当煤温上升时 ,胶体中的水 分蒸发吸收大量热量 。使煤体温度降低 。
(3) 胶体具有良好的密封堵漏性能 ,胶体有很 好的耐压性能 ,成胶前是易于流动的液体 ,能渗透到 煤层缝隙中去 ,成胶后便能堵住漏风通道 ,胶体在井 下风压差作用下能保持其完整性 。
(4) 工艺流程 。按一定比例配浆 (基料 +水 、 促凝剂 +水 ) ———泵送 ———压注或喷洒 ———清洗管 路。 2. 2 用于井下灭火的应用工艺
对于煤炭已自燃并出现明火 ,则要求凝胶在喷 洒器出口混合后迅速成胶 ,因此必须用 2 台型号完 全相同的送料系统将 A、B 2 种原料输送到发火地 点 ,以喷洒器混合迅速成胶 ,覆盖火区 。其工艺流程 见图 2。
图 2 凝胶灭火工艺流程
2. 3 凝胶防灭火技术应用中应注意的问题 (1)用凝胶防火时 ,基料浓度可选择在 2% ～
6%之间 。促凝剂浓度在 2% ～5%之间 。 (2)用凝胶灭火时 ,基料浓度可选择在 7% ～
9%之间 。促凝剂浓度在 8% ～10%之间 。 (3)每次压注或喷洒胶体结束后 ,应用清水喷
煤炭自燃的防治技术有许多种 ,如 : 注泥浆灭 火 、注氮气灭火 、均压灭火及采用新型灭火材料防灭 火剂等灭火技术 ,但这些技术不能完全解决煤层防 灭火问题 。凝胶阻化剂灭火技术具有操作简单 、用 料经济 、无毒害 、取材方便等特点 ,并能有效防治煤 炭生产中的自燃火灾发生 。
1 凝胶阻化剂防灭火的机理
扬程要求 ≥30 m ,水泵流量在 15～25 m3 / h之间 。 (2) 配比水箱的选择 。根据井下巷道条件 ,确
定的水箱尺寸为 1. 2 m ×0. 8 m ×1. 0 m。 (3) 喷洒器的选择 。对于钻孔压注 ,可将 A、B
混合液直接压入采面老空或密封内即可 。若将凝胶 喷洒到工作面采空区 ,则可选用地面消防系统使用 的消防水枪喷洒器 ,可实现高压 ,快速均匀地喷洒 。
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凝胶阻化剂防灭火的应用工艺
凌志仪 1 ,吴章云 1 ,袁 巧 2 ,曲 方 2
(1. 浙江长广集团公司 ,浙江 长兴 313121; 2. 中国计量学院 ,浙江 杭州 310018)
摘 要 :煤炭自燃引发火灾会造成巨大的能源损失和环境灾害 。为了减少煤炭火灾的发生 ,可以 使用凝胶阻化剂防灭火 。分析了凝胶阻化剂的成胶及防灭火原理 ,介绍了凝胶阻化剂防灭火的 应用工艺 。并将凝胶阻化剂实际应用于浙江长广集团七矿 ,得到良好的效果 。 关键词 :凝胶阻化剂 ;防灭火技术 ;自燃 中图分类号 : TD75 + 2. 2 文献标识码 : B 文章编号 : 1003 - 496X (2009) 10 - 0022 - 03
参考文献 :
〔1〕 何 理 ,钟茂华 ,蒋仲安 ,等. 采空区高硫煤层自燃机 理及新型凝胶阻化剂的应用 〔J 〕. 中国安全生产科学 技术 , 2007, 3 (6) : 52 - 55.
〔2〕 徐精彩 ,文 虎 ,邓 军 ,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, 23 ( 5) : 28 - 30.
从化工角度分析 ,能成为高水胶体的材料众多 , 但在众多材料中 ,并非每种材料都适用于煤矿井下 煤层自然发火的防治 ,井下防灭火的材料必须满足 如下要求 。
(1) 无毒无害 ,对井下环境不造成污染 。 (2) 对金属设备没有腐蚀 。
(3) 材料热稳定性好 ,阻化寿命长 。 (4) 材料宜得 ,成本低廉 ,施工工艺简单 。 耐温高水胶体主要由基料和促凝剂组成 ,根据 使用分析和实验研究 ,比较国内外资料介绍的各种 胶体材料 ,我们从中确定硅胶作为井下防灭火的理 想材料 ,其具有一下优点 : ①硅胶的热稳定性好 ,在 高温下失水成为 SiO2 和水蒸气 ,吸收大量热 ; ②硅 胶无毒无害 ,不污染环境 ,对设备没有腐蚀性 ; ③能 开采硅胶材料多 、成本低廉 、成胶工艺简单 、便于施 工。 1. 1. 1 凝胶阻化剂基料的选择 能成为硅胶的材料众多 ,通过经济比较 ,选择水 玻璃作为硅胶的基料 ,它的化学分子式为 Na2 O · nSiO2 ,并有液态和固态 2 种 ,而适用于井下防灭火 的只有液态 。液态水玻璃通常呈灰蓝色 ,粘稠状 ,其 比重一般在 1. 35～1. 42 g / cm3 。 1. 1. 2 凝胶阻化剂促凝剂的选择 凝胶的基料确定后 ,则需寻找一种材料促使水 玻璃的水溶液快速生成胶体 ,称之为促凝剂 。促凝 剂要能使胶体具有一定的成胶时间和胶体强度 。根 据化学分析 ,适合做液态水玻璃的促凝剂有碳酸氢 铵 、氯化铵和磷酸 。实验结果表明 ,碳酸氢铵成胶时 间短 ,生成等量胶体所需要的量最少成本最低 ,在成 胶过程中最稳定 。所以 ,选用碳酸氢铵作为凝胶阻 化剂的促凝剂 。 1. 1. 3 凝胶阻化剂的成胶机理 根据选定的基料和促凝剂 ,将它们按一定比例 配成水溶液后 ,即发生凝胶作用 ,其反应过程如下 : N a2 O ·SiO2 + H2 O ———Si (OH ) 4 胶体内部充满水分子 ,硅胶起框架作用 ,把易流 动的水分子都固定在硅内部 ,成胶过程是一个吸热
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08工作面开始采煤 ,进入 5～7月份以来 , 08面工作 面上部煤层厚度发生变化 ,达 3 m 以上 ,所以老空区 内留有大量的顶煤和底煤 ,加上工作面长度在 95 m 左右 ,导致推进速度比较慢 。在 6月上旬 ,工作面上 隅角老空区内出现有 CO 气体 ,浓度在 0. 002 4% ～ 0. 002 6% 之 间 , 温 度 在 38 ～ 42℃之 间 , 最 高 达 48℃。进入 8 月份 ,老空区内的温度继续上升 ,达 50℃, CO 气体浓度在 0. 002 4%左右 。从 8月 20日 开始 , CO 浓度 、风流温度上升 , CO 浓度为 0. 01%、 温度为 49℃,老空区内已经发生煤炭自燃 ,此时开 始对老空内进行连续注凝胶 ,注胶量保持在 12 m3 以上 。9月 18 日早班 ,北一下山采区 08 面工作面 上出口以下第 26 根柱子处老空区内出现有雾气 , CO 浓度为 0. 05% ,温度为 43℃,到 9 月 26 日夜班 工作面出现烟 ,并测得上隅角的 CO 浓度最高达到 了 0. 07% ,温度最高达到 54℃;在上隅角以下 10 m 左右测到 CO 浓度为 0. 1% ,温度为 45℃,老空内有 烟 ;在上隅角以下 20 m 处测点 CO 浓度为 0. 07% , 温度为 46℃,老空内有烟出现 ;在上副巷 10 m 外测 得 CO 浓度为 0. 008% ,有明显煤氧化的烟味 。
根据上述情况 ,矿上积极采取有效措施 ,即 :对 工作面上部加快推进速度 ,并对工作面上部补打毛 洞形成隔离带 , 通风队连续向工作面注凝胶共计 120 m3 ,并向老空内喷洒 M EA 防火剂 ,经过近 2 个 月的处理 ,到 10月 22日工作面的气体已经基本得 到控制 , CO 浓度和温度都稳定在一定范围内 ,煤炭 自燃得到了相应的控制 。在此过程中凝胶阻化剂起 到了良好的灭火效果 ,使北一 08面能够顺利安全地 结束剩余的煤炭储量 。
凝胶阻化灭火是采用一种或几种化学物质的溶 液或乳浊液喷洒或灌注到采空区 、煤柱裂隙中以及 高温地点等 。它的防灭火原理是 :根据所选用的基 料和促凝剂 ,把它们按一定的比例配成水溶液以后 , 注入钻孔或喷洒到煤体裂隙中 ,发生凝胶作用形成 乳状胶体 ,胶体具有框架作用 ,把流动的水分子固定 在胶体内 ,对煤炭颗粒进行包裹 ,以达到阻止或降低 煤的氧化进程 ,阻止煤炭自燃的目的 。 1. 1 凝胶阻化剂原料的选择
浙江长广集团七矿地质条件复杂 ,煤层埋藏较 深 。七矿煤层自然发火期较短 ,一般在 1 ～3 个月 。 自 1987年 11月矿井投产以来 ,采掘工作面在曾多 次发生由于煤炭自燃导致的内因火灾 。特别是采面 上隅角 ,在工作面推进一定时期后 ,极易产生煤层自 燃。
七矿采一队从 2007 年 4 月进入北一下山采区
在之后的一段时间内定期对工作面进行注凝 胶 ,老空区及上隅角内的 CO 浓度和温度较稳定 ,延 缓了自然发火周期 ,起到了良好的防火效果 。
4 总 结
胶防灭火的应用实践表明 , 凝胶防灭火技术对煤矿 煤层内因火灾的防治是成功的 ,较好地解决了煤层 自燃火灾的防治问题 。该技术成本低廉 ,材料来源 广泛 ,灭火效果显著 ,工艺简单 ,是矿井火灾防治的 一项有效措施 。对于巷道顶煤和煤柱火灾 ,在很短 时间内就能使火源熄灭 ,具有其他灭火技术所不具 有的优点 。对采空区浮煤自燃和停采线浮煤或煤壁 自燃 ,也可以较快地扑灭火源 。并且该项技术对有 复燃危险的火区启封时的火灾防治 ,也多次发挥了 重要作用 。因此 ,该项技术在今后矿井火灾防治中 , 必能成为井下火灾防治的重要手段之一 。
2 凝胶阻化剂防灭火的应用
பைடு நூலகம்根据凝胶阻化剂成胶的性能和井下防火 、灭火 的要求 ,可采用不同的使用工艺 。 2. 1 用于防火的应用工艺
对于预防巷道煤柱 、煤巷高冒及工作面采空区 煤炭自燃 ,为节省压注或喷洒装置的费用 ,可通过控 制凝胶的成胶时间 ,采用 1 台泵 、1 套管路输送 A、 B2种原料 ,用 2个水箱分别配制 A、B 2种溶液 。其 工艺流程见图 1。