三相泡沫防灭火
3302工作面压注三相泡沫防灭火工作方案
大于 ８ ｍ ｍ 的石粒 进入 到浆 体 中。 （ ２ ） 定 期检 查 注 浆 管 路 和 注 氮 （ 压风 ） 管路 ， 保持 两者 的通 畅 。 （ ３ ） 矿 用三 相泡 沫发 生装 置用 添加泵 （ 以下 简 称添 加泵 ） 在 使 用前 要 通 过 抽 取 发 泡 剂 的 高 压 胶 管 向泵腔 里灌 满水 ， 然 后 再开 泵 ， 运 转 过程 中要 有 专 人负责对 发 泡 剂 桶 里 的 发 泡 剂 量 进 行 观 察 ， 发 泡剂 量较 少时 ， 应及 时更 换 发泡 剂桶 （ 即使 短 时 间 的添 加泵 空转 ， 也会 造成 泵 的损坏 ） 。 （ ４ ） 每 次灌 注 三 相 泡 之 前 都 要从 观 察 孔 观察 发泡效 果 ， 确保 泥浆 全 部形 成 细密 的泡沫 。 （ ５ ） 打 开三相 泡沫 观察 孔 ， （ 下转第 １ １ ３页）
３ ． ４维 护保 养
（ １ ） 泵 应视 工作 情况 经 常清洗 ， 一是 通 过泵 吸 入 室 上的 清洗 口清 洗泵 ， 二是 将 泵拆 开人 工清 洗 。 （ ２ ） 传 动轴 、 万 向联轴 节 应及 时润 滑 。 （ ３ ） 发 泡器 每次 使用 完后 ， 应 用清 水冲洗 。
表 １
产 品特性 发泡 倍数 泡沫稳 定时 间 ／ ｈ
水灰比 （ 质量 比 ）
丰 门 关参数 ＞ ３ ０ ＞８
３： ｌ ～６ ： ｌ
图 １ 矿 用 三 相 泡 沫 发 生 装 置 使 用 示 ／ ％
浆最（ ｍ ／ ｈ ）
３ ３ ３ ２工作 面压注． － 泡沫防灭火工作方案
颜凯 车岩超 程 春 龙 郑 浩 （ 枣 庄市金庄生建煤矿 ， Ｉ ｌ Ｊ 东 枣庄 ２ ７ ７ ５ ２ ２ ）
三相泡沫防灭火技术在秦源煤矿的应用
效不明显， 回风流 中一氧化碳持续升 高， 最高达到
１００ｐ ｍ以上 ， ０ ｐ 导致 １１撤架 工 作 面 在 １ 日夜 班 ０ ７
被 迫 封 闭 ， 北 翼 轨 道 下 山 、 １ １上 顺 槽 口处 、 在 Ｎ０
软， 易破碎冒落， 底板为泥质粉砂岩、 砂质泥岩 ， 致密 块 状 ， 水膨胀 ， 遇 有底 鼓现 象 ， 层容 重 １３ｔｍ ， 煤 ． ／ 是
倾角 １。～ ５ （ 般 １。 ３ 。 ， 矸 １— ０ ４ 。一 ５ 一 ３ ）夹 ４层 ， 厚度 ００ ０７ 岩 性 为 泥岩 、 质 泥 岩 ， 板 为砂 质 ．５～ ．４ｍ， 炭 顶 泥岩 、 泥质粉砂 岩 、 粉砂 岩 、 中细砂岩 互层 ， 岩石 较松
化放 顶煤 开采 ， 向长 壁 布 置 ， 作 面 长 度 １０ｍ， 走 工 ２
良好 ， 恢复 了矿 井的安全 生产 。
关 键词 ： 三相 泡 沫 ； 防灭 火 ； 液 ； 浆 煤矿 ； 用 应
中图分 类号 ：Ｄ ５ ． Ｔ ７ ３４
文献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ：６ １ ４ Ｘ【０ ０ ０ ０ ７ ０ １７ —７ ９ ２ １ ） ３— ０ ６— ２
０ 引言
图 １ 封 闭 工 作 面 不 意 图
分析认为 ， 出现以上情况 的根本原 因是采空区 两道和切眼顶煤 冒落不充分 ， 采空区周边容易漏风 ； 采空 区遗煤 较厚 ， 综放 面两道 、 头支架 及过 渡支架 端 约６ ８ — ｍ宽度不得放顶煤 ， 使得采空区两道留有大 量浮煤 ； 采空区存在多条畅通的流体通道所注黄泥
７ ６
田水承Βιβλιοθήκη 范玉凯三相泡沫防灭火技术在 秦源煤矿 的应用
２１ ００拄
三相 泡 沫 防灭 火 技术 在 秦 源煤 矿 的应用
隆泰矿业三项泡沫防灭火技术应用说明书
三项泡沫防灭火技术在隆泰矿业有限公司的应用王金维（承德隆泰矿业有限公司河北承德067200）摘要：介绍了三项泡沫的概念及组成，阐述了三项泡沫防灭火的特点，提出了三项泡沫在隆泰公司现场应用中的制作过程及工艺，并在矿井的2743采空区得到了成功的应用。
结果表明，靠大量的三项泡沫不断渗透、堆积和扩散，能将整个采空区完全覆盖，可防治采空区内任何位置的火源，应用效果显著。
关键词：三项泡沫防灭火煤炭自燃中图分类号：TD75+3．4文献标识码：B文章编号：1006－0898（2013）04－0062－02引言防治煤炭自然发火的主要原理是使煤体与空气（氧气）隔绝。
目前国内外对采空区和井下发火区域广泛采用注黄泥或粉煤灰浆、喷洒阻化剂、注惰气、注凝胶等防灭火技术。
这些技术对防治煤炭自燃起到了重要作用，但还存在一些不足，如采用注（洒）浆技术，浆体不能均匀覆盖浮煤，只流向地势低的部位，且易跑浆；采用注惰气（主要是氮气）技术，惰气易随漏风扩散，不易滞留在注入的区域内，防灭火效果较差；采用注凝胶则成本高，较难大面积广泛使用。
现有技术的共同特点是只用气、液、固三相中的一相或两相作为防灭火介质，防灭火效果还不够理想。
为了克服现有防灭火技术存在的不足，采用中国矿业大学的三相泡沫防灭火新技术来防治矿井的煤炭自燃。
三相泡沫集固、液、气三相材料的防灭火性能于一体，利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、氮气的窒息性和水的吸热降温性进行防灭火，大大提高了防灭火效率。
三相泡沫技术已经在隆泰公司2743工作面获得了成功应用，取得了显著的经济效益，保障了矿井的安全开采。
1技术简介三项泡沫是由气相、固相、液相添加剂“三相物质”混合后形成的泡沫状混合体灰浆。
粉煤灰或黄泥浆注入氮气发泡后形成三相泡沫，体积大幅增大，在采空区中可向高处堆积，对低、高处的浮煤均能有效地覆盖，避免了普通注水或注浆工艺中浆水易沿阻力小的通道流失现象（“拉沟”现象）；氮气能有效地固封于三相泡沫之中并下落到火区底部，随泡沫破灭而释放出，充分发挥了氮气的惰化、抑爆作用；三相泡沫中含有粉煤灰或黄泥等固态物质，这些固态物质组成三相泡沫面膜的一部分，可在较长时间内保持泡沫的稳定性，泡沫破碎后具有一定粘度的粉煤灰或黄泥仍可较均匀地覆盖于浮煤上，有效地阻碍煤对氧的吸附，防止了煤的氧化，从而遏制煤自燃的进程。
三相泡沫新技术在老火区防灭火中的应用
素缺一不 可 。可 以同时对 煤炭 自燃 的四个要 素进 行 控制 ， 因此 防治煤 炭 自燃 的效果 显著 。 三相 泡沫
中 的 固体 不 燃物 （ 粉煤 灰 或黄 泥 ）恰恰 是 针 对这 ，
磊
＝ Ｉ ＝
浆液池
维普资讯
８ ６
能 源 技 术 与 管 理
２０ ０ ８年第 ３期
三相泡沫新技 术在老火 区防灭 火 中的应 用
李 四清 ， 刘永先 ， 李庆新
（ 州矿 务 集 团 庞 庄煤 矿 ， 苏 徐 州 ２ １４ ） 徐 江 ２ １ １
［ 摘
要 ］ 研 究三相 泡沫 防治 采空 区煤炭 自燃 的化 学动 力 学模 型 ，用三相 泡沫技 术对 老 火 区 进 行 治理 ， 决 了老塘 隐蔽 火源和 高位 火源治理 难题 ， 得 了很好 的防灭 火效果 。 解 获 ［ 关键词 ］ 三相 泡沫 ； 防灭 火 ； 老塘 隐蔽 火源
实践应 用 中取得显 著 的效 果 。
液的 ２ ５ 定量 的注入到注浆管路中。 ％～ ％ 当泥浆和 发泡剂进入搅拌器后 ，经过充分搅拌混合后进人 发泡器 ， 产生了大量含压缩空气的三相泡沫群体 ， 泥浆 一水 一压缩空气就作为一个三相整体 以泡 沫的形式注入到防灭火区域。当注三相泡沫结束 后 ， 用清 水冲洗 管路 ， 再 以防止沉 淀 的泥浆堵 塞管
周
娟
斜 巷 人行助 力装置 制作要 点
２０ 年第 ３期 ０８
１一ｂ５ ９ ｑｌ． ５型钢丝绳 ， 调度 绞车 滚筒 上绕 一周 或 在 数周 （ 导绳器 的情况下 ）经 托绳 轮 、 力调节 器 有 ， 张
插接成 闭环 即可 。
关于三相泡沫在采空区火灾救助中的应用分析
摘 要 火 灾是制约我 国煤 矿安 全 生产的一 个 重要 因素。为 更好 地 对 煤矿 火灾 实施救 助 ， 国 中 矿 业 大学通 风防灭 火研 究所 开发 出了三相 泡沫 防灭 火材 料 。 因此 ， 定 采 空 区火 灾救 助 时合理 的喷 确
附， 防止 煤体 氧化 的 加 速 ， 而 有 效 地 防 治煤 炭继 续 从
燃烧 ， 是三相 泡 沫灭 火性 能 的优越 性 。 这 ２ 对 采空 区火灾 进行 合理 假设
６２ 。又 （ｘ －ｐ （ｚ ・ 一６ ｔ ， Ａ ） ￡ —ｔ） 一ｐ， 即火 势 以 速 度 蔓延 ， 时 间 内火势 蔓延 到 了 ｂ 度 ， ｔ 程 当火 势 蔓延 到 ｂ程 度 的 火 势 以 Ａ 一 卢速 度 减 弱 ，ｔ 一 ｔ ｘ 。 时 间
的高 位火 源和 隐蔽 地 点 的火 源 。注 入 在 采空 区的惰 气被 封装 在泡沫 之 中 ， 能较 长 时 间 滞 留在 采 空 区 内 ，
充分发 挥惰 气 的窒 息灭 火 功 能 。三 相 泡 沫 中含 有粉 煤灰或 黄 泥等 固态泡沫 。当 向固一 液浆液 中充气 加压 或者搅 拌时 ，
方法 ， 对煤 矿火 灾特别 是煤 矿采 空区火灾 的扑 灭十分 有效 。 因此 ， 研究 设计 合理 的采空 区灭火 时 的三相泡 沫喷 浆量 ， 煤 矿火灾 后提 高煤矿救 火效 率和减 少经 对
济损 失十分 重要 。为 了得 到合 理 的 三相 泡 沫 在救 助
在外加 能 的作用下 ， 水化 层 变 薄 形成 水 化 膜 ， 时水 此 化膜表 现 出不稳定 性 ， 固体 颗 粒 和气 泡 进 一 步逼 近 ， 自由能 降低 ， 水化 膜 的厚 度 自发 变薄 ， 时 固体颗 粒 此 向气泡 自发 逼 近 。最 后 ， 化 膜进 一 步 变 薄 直 至 破 水 裂， 固体 颗粒 与气 泡接触并 且 附着在 气泡壁 上形成 了
三相泡沫防灭火
三相泡沫防灭火基本介绍一、三相泡沫介绍用于防治煤炭自燃的三相泡沫是由固态不燃物(粉煤灰或黄泥等)、惰性气体(N2)和水三相防灭火介质组成。
由于在纯固-液浆液中很难形成固-液-气三相泡沫,必须加入表面活性剂降低浆液的表面张力,气体通入浆液,通过加压或强烈的机械搅拌形成三相泡沫。
三相泡沫集固、液、气三相防灭火介质的防灭火性能于一体,利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、氮气的窒息性和水的吸热降温性进行防灭火。
二、三相泡沫生成原理当向固〜液浆液中充气加压或者搅拌时，在固体颗粒和气泡周围出现了水化层。
由于浆液运动和表面间引力的作用,固体颗粒和气泡开始出现了相互接触的机会。
接着,固体颗粒开始与气泡的水化层相接触,原来固体颗粒与气泡间的普通水层,由于固体颗粒向气泡靠近,逐渐从夹缝中被挤走,直至固体颗粒表面的水化层与气泡表面的水化层相互接触。
在外加能的作用下,水化层变薄形成水化膜,此时水化膜表现出不稳定性,固体颗粒和气泡进一步逼近,自由能降低,水化膜的厚度自发变薄,此时固体颗粒向气泡自发逼近,最后水化膜进一步变薄直至破裂,固体颗粒与气泡接触并且附着在气泡壁上形成了固-液-气的三相泡沫。
图1三相泡沫生成过程图解：由于浆液运动和表面引力作用,固体颗粒和气泡开始出现相互接触的机会，其相对位置如图1a所示;接着，固体颗粒开始与气泡的水化层接触,原来固体颗粒与气泡间的普通水层,由于固体颗粒向气泡逼近,逐渐从夹缝中被挤走,直至固体颗粒表面的水化层与气泡表面的水化层相互接触，其相对位置如图1b所示;在外加能的作用下,水化层变薄形成水化膜,此时水化膜表现出不稳定性,固体颗粒和气泡进一步逼近,自由能降低，水化膜的厚度自发变薄，其相对位置如图1c所示;最后水化膜进一步变薄直至破裂,固体颗粒与气泡接触且附着在气泡壁上，形成固-液-气三相泡沫，如图1d所示。
三、三相泡沫灭火原理三相泡沫被注入到采空区,进行防灭火,主要有三个方面的作用:3.1隔绝空气,阻止煤的氧化采空区浮煤发生自燃与遗留在采空区中浮煤的量、氧气的浓度、采空区的漏风大小以及煤体的温度等因素有关,采空区由于浮煤存在,碳的供给充足,若氧的供给也充足,即两反应物浓度都充足,化学反应速率必然快,如果聚热条件好,自然发火的进程速度必然快。
三相泡沫防灭火技术简介
三相泡沫防灭火技术1、三相泡沫的组成及特点）和防治煤炭自燃的三相泡沫由固态不燃物（粉煤灰或黄泥等）、气体（N2水三相防灭火介质组成。
其形成是在煤灰或黄泥浆液中添加发泡剂并引入气体，通过物理机械搅拌，形成粉煤灰或黄泥颗粒均匀地附着在气泡壁上的多相体系，这个多相体系就被称为三相泡沫。
含氮气的三相泡沫利用粉煤灰或黄泥的覆盖性和水的吸热降温性进行防灭火，大大提高了防灭火效率。
由于三相泡沫发泡倍数较高，单位体积的泡沫材料成本大幅下降，具有较高的经济效益。
与现有的防灭火技术及材料相比，含氮气的三相泡沫兼有一般注浆方法和惰气泡沫防灭火的优点。
泥浆通过引入氮气发泡后形成三相泡沫，体积大幅快速增加，被注入后能充斥整个火区。
三相泡沫有很好的堆积性，能在火区中向高处堆积，对低、高处的浮煤进行覆盖；三相泡沫有较好的挂壁性，能将浆水均匀的分散，有效地避免浆体的流失，保护井下环境；注入在采空区的氮气被封装在泡沫之中，能较长时间滞留在采空区中，充分发挥氮气的窒息防灭火功能；三相泡沫中含有粉煤灰或黄泥等固态物质，这些固态物质是三相泡沫面膜的一部分，可较长时间保持泡沫的稳定性，泡沫破碎后，具有一定粘度的粉煤灰或黄泥仍然可较均匀地覆盖在浮煤上，可持久有效地阻碍煤对氧的吸附，防止煤的氧化，从而防治煤炭自然发火，图1为实验室生产的粉煤灰三相泡沫，图2为矿井巷道中形成的三相泡沫。
图1 实验室生产的粉煤灰三相泡沫图2 在矿井巷道中形成的三相泡沫2、三相泡沫的发泡机理在黄泥（粉煤灰）浆液中加入三相泡沫发泡剂（KSF）后，发泡剂一方面降低了浆液的表面张力，使之形成泡沫；另一方面使黄泥（粉煤灰）颗粒由亲水性变成疏水性，使之粘附在气泡壁上。
浆液通过发泡器后物理发泡，形成了防灭火三相泡沫。
根据三相泡沫的特点，中国矿业大学专门研究制作了一种适用于形成三相泡沫的三相泡沫发生器KSP-Ⅱ（含三相泡沫发泡器和发泡剂定量添加泵如图3）。
其中研究制作的发泡器结构简单，无需任何外加动力装置，仅利用浆体的能量，进入发泡器后，在发泡器与集流器之间的旋转斜面上，成为湍流涡流，使气-液-固充分混合。
二氧化碳三相泡沫防灭火技术在综放工作面的应用
邰浩 茼（ 神华神东煤炭集团 乌兰木伦煤矿 ， 内蒙古 鄂尔多斯 ０ １ ７ ２ ０ ９ ）
摘 要： 矿井火灾是煤矿主要灾害之 一 ， 严重影响了煤矿安 全生产 。为了使煤矿 安全、 高产 、 高效 ， 结合易燃超厚综采放顶工作面 开采特点 ， 通过对二氧化碳物理 、 化学性质 以及惰化 ， 吸附能力等方面进行分析 ， 对比二氧化碳与氮气的灭火特点 ， 研究 了利用二 ＝ ＝ 氧化 碳代替氮气的三相泡沫防灭火新技术 ， 并对二氧化碳 三相泡沫的组成 、 发泡原理 、 特点 、 灌浆工艺等 内容进行介绍 ， 已将二氧化碳三相 泡沫应用于矿井火灾的防治 ， 取得了良好的技术效果和经济效益 ， 为矿井的安全生产起到关键 性作用。 关键词 ： 矿 井火 灾 ； 易燃超厚煤层 ； 三相泡沫 ； 二氧化碳
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｍｉ ｎ ｅ ｉｒ ｆ ｅ ｉ ｓ ｏ ｎｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｄ ｉ ｓ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｅ，ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ｅ ｌ ｙ ａ ｆｅ ｃ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｅ Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｍａ ｋ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ。ｈ ｉ ｇ ｈ ｙ ｉ ｅ ｌ ｄ．ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｆ ｉ ｆ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ，ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｉ ｎ ｌａ ｆ ｍｍａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｏ ｆ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ａ ．
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三相泡沫防灭火基本介绍
一、三相泡沫介绍
用于防治煤炭自燃的三相泡沫是由固态不燃物( 粉煤灰或黄泥等) 、惰性气体( N2) 和水三相防灭火介质组成。
由于在纯固-液浆液中很难形成固-液-气三相泡沫,必须加入表面活性剂降低浆液的表面张力,气体通入浆液,通过加压或强烈的机械搅拌形成三相泡沫。
三相泡沫集固、液、气三相防灭火介质的防灭火性能于一体, 利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、氮气的窒息性和水的吸热降温性进行防灭火。
二、三相泡沫生成原理
当向固～液浆液中充气加压或者搅拌时,在固体颗粒和气泡周围出现了水化层。
由于浆液运动和表面间引力的作用,固体颗粒和气泡开始出现了相互接触的机会。
接着,固体颗粒开始与气泡的水化层相接触,原来固体颗粒与气泡间的普通水层,由于固体颗粒向气泡靠近,逐渐从夹缝中被挤走,直至固体颗粒表面的水化层与气泡表面的水化层相互接触。
在外加能的作用下,水化层变薄形成水化膜,此时水化膜表现出不稳定性,固体颗粒和气泡进一步逼近,自由能降低,水化膜的厚度自发变薄,此时固体颗粒向气泡自发逼近,最后水化膜进一步变薄直至破裂,固体颗粒与气泡接触并且附着在气泡壁上形成了固-液-气的三相泡沫。
图1三相泡沫生成过程
图解：由于浆液运动和表面引力作用,固体颗粒和气泡开始出现相互接触的机会,其相对位置如图1a所示;接着,固体颗粒开始与气泡的水化层接触,原来固体颗粒与气泡间的普通水层,由于固体颗粒向气泡逼近,逐渐从夹缝中被挤走,直至固体颗粒表面的水化层与气泡表面的水化层相互接触,其相对位置如图1b所示;在外加能的作用下,水化层变薄形成水化膜,此时水化膜表现出不稳定性,固体颗粒和气泡进一步逼近,自由能降低,水化膜的厚度自发变薄,其相对位置如图1c所示;最后水化膜进一步变薄直至破裂,固体颗粒与气泡接触且附着在气泡壁上,形成固-液-气三相泡沫,如图1d所示。
三、三相泡沫灭火原理
三相泡沫被注入到采空区,进行防灭火,主要有三个方面的作用:
3. 1隔绝空气,阻止煤的氧化
采空区浮煤发生自燃与遗留在采空区中浮煤的量、氧气的浓度、采空区的漏风大小以及煤体的温度等因素有关,采空区由于浮煤存在,碳的供给充足,若氧的供给也充足,即两反应物浓度都充足,化学反应速率必然快,如果聚热条件好,自然发火的进程速度必然快。
三相泡沫中含有固态不燃物,它们是三相泡沫面膜的一部分,可较
长时间保持泡沫的稳定性,即使泡沫破碎了,具有一定粘度的固体颗粒仍然可较均匀地覆盖在浮煤上,可持久地减少浮煤表面的氧气浓度,从而有效地阻碍、破坏碳氧络合吸附与解吸,防止煤的氧化。
浆液通过注入惰性气体后形成三相泡沫,体积大幅度增大,在采空区中堆积的高度可达3～4 m,对低、高处的浮煤都能覆盖。
同时,三相泡沫具有很好的堵漏性能,能减少漏风供氧,减少采空区内氧气浓度,从而降低反应速率和产热量,达到防止煤炭自燃的目的,这是三相泡沫的防灭火性能的特点之一。
3. 2增加煤体外在水份吸热降温抑制煤炭氧化
水的热容量和汽化热很大,水的比热为4. 18 J /g ℃,汽化潜热为2 256. 7 J /g。
若将1kg常温的水(20℃),喷洒到火源处,使水温升到100℃,则能吸收2 227 kJ的热量。
因而当水与炽热的燃烧物接触时,在被加热和汽化的过程中,就会大量吸收燃烧物的热量。
水与燃烧的煤炭接触时,会通过物理作用和化学反应,从燃烧中吸取大量的热,同时湿润煤体,迫使采空区内温度大大降低。
根据温度对化学反应速率的影响,温度愈高化学反应愈快。
在常温下,温度每提高10℃,反应速率将提高约2～4倍。
无疑,煤的氧化反应速率随着反应温度升高快速增加。
采空区浮煤自燃反应的速度随煤体和环境温度的升高而快速增大,而采空区内的碳氧络合吸附与解吸的反复循环,将不断地氧化产热,提高环境和煤炭的温度,导致煤炭氧化进程速度加快,从而引起自然发火。
三相泡沫中的浆水具有吸热降温作用,可以降低化学反应的速率,
减少反应的产热量,避免环境温升。
实验得知,煤炭在氧化升温过程中,首先析出来的是煤中的挥发成份和外在水份,而浆水和煤的接触可以增加煤的外在水份。
水份是以被汽化的方式析出,因而大量地消耗煤的氧化产热量。
同时,煤的比热值也因其含水量的增加而大致线性增加,阻碍反应温度升高,从而达到抑制煤氧化的目的。
3. 3惰化采空区
氮为气态时用于煤矿防灭火,主要有以下作用:①窒息作用。
在防灭火区域内注入氮气后,使该区域内气体氧的含量降低,增加了气体的惰性化,阻止了煤炭氧化。
对于火区,则因氧的含量不足而熄灭。
对于防火区域,则缩小了氧化带,扩大了窒息带,有利地抑制了煤的氧化自燃;
②抑爆作用。
这种气体遇高温(火区)其成份不变,与可燃物质及可燃气体不产生化学反应,充入氮气后冲淡了可燃气体与氧的含量,使其形成惰化气,从而使混合气体失去可爆性。
若采空区中氧气浓度充足,则煤自燃的化学反应速率和放热速率就会增大。
因此,在必要时,需要降低采空区内的氧气浓度。
三相泡沫的泡沫内包裹大量的氮气,随着泡沫的破裂,氮气被释放出来,能较长时间滞留在采空区中。
同时三相泡沫具有很好的稳定性,能在很长的时间内不断的释放出氮气。
泡沫破裂后,氮气可以充满任何形状的有限燃烧空间和预防自燃的空间,发挥其阻燃抑爆作用,使采空区的气体惰性化。
这样不仅可以对煤矿采空区深部、高冒之处以及人们难以接近的地点进行防灭火,而且可以防止瓦斯和煤尘的爆炸。
四、三相泡沫特点
含氮气的三相泡沫兼有一般注浆方法和惰气泡沫防灭火的优点。
泥浆通过引入氮气发泡后形成三相泡沫,体积大幅快速增加,被注入后能充斥整个火区,因为三相泡沫有很好的堆积性,所以能在火区中向高处堆积,对低、高处的浮煤都能覆盖;三相泡沫能将浆水均匀的分散,有较好的挂壁性,有效地避免浆体的流失,保护井下环境;注入在采空区的氮气被封装在泡沫之中,能较长时间滞留在采空区中,充分发挥氮气的窒息防灭火功能;三相泡沫中含有粉煤灰或黄泥等固态物质,可较长时间保持泡沫的稳定性,即使泡沫破碎了,具有一定粘度的粉煤灰或黄泥仍然可较均匀地覆盖在浮煤上,可持久有效地阻碍煤对氧的吸附,防止煤的氧化。
此外,三相泡沫施工工艺简便、安全环保、价格低廉。
五、三相泡沫防灭火工艺流程
5.1安装、准备
1)将发泡器连接在注浆管路上,距离灌注地点50ｍ左右。
2)将注氮机安接至发泡器附近,并安设一阀门可以进行控制。
3)在发泡器出口侧安装一观察口,以便观察发泡效果。
4)井上根据注浆泵的流量调节添加泵的流量。
5)对注浆池入口的过滤网进行加工,过滤网密度8ｍｍ为宜。
图2三项泡沫安装图
5.2灌注工艺及参数
5.2.1灌注工艺
首先在制浆站中,用高压水枪冲洗粉煤灰(或黄土),形成浓度为20%左右的浆液,经过过滤网(网孔大小≤8ｍｍ),过滤出浆液中的杂质,打开浆泥泵向注浆管输送浆液,同时开启发泡剂定量添加泵将发泡剂加入注浆管路中,浆液与发泡剂在管道流动中进行混合均匀后,经过装在管路中的发泡器,在发泡器中接入氮气,氮气与含有发泡剂的粉煤灰(或黄泥)浆体相互作用产生出三相泡沫,形成的三相泡沫经采空区预埋管路注入采空区,覆盖采空区浮煤,防治浮煤自燃。
图3 灌注三相泡沫工艺流程
5.2.2基本参数
(1)水土比(体积比)为4∶1;
(2)耗浆量:10ｍ3/ｈ,水:8ｍ3/ｈ,黄泥:2ｍ3/ｈ;
(3)氮气机(空气压缩机)的气量应该不小于300ｍ3/ｈ;
(4)发泡器进气口压力不小于0.3ＭＰａ;
(5)三相泡沫产生量为300ｍ3/ｈ;
(6)发泡剂使用的比例0.3%～0.5%,即发泡剂:30～50ｋｇ/ｈ;
(7)连续灌注24小时。
注:根据现场观测三相泡沫的泡沫持续时间约为1天左右,同一地点灌注三相泡沫时。
建议间隔时间不超过1天;如果井上注浆泵的流量大于8ｍ3/ｈ,应采取措施对流量进行控制,否则发泡器处造成阻塞,灌浆管路容易崩裂。
六、结论
三相泡沫是一种新型矿井防灭火材料,兼有一般注浆方法和惰气泡沫防灭火的优点。
通过现场应用证明,三相泡沫能够很有效地防止采空区煤炭自燃。
三相泡沫可发泡30～100倍,成本低廉,且无毒无味无害,不污染井下环境。
如果用粉煤灰做三相泡沫的固体材料,能够变废为宝,有效地减少环境污染,进一步提高社会与经济效益。