三相泡沫技术及应用
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采空区CO变化情况
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 10月2150月2160月2170月2180月2190月3100月3111月111月211月311月411月5 日期
采空区C2H4变化情况
应用效果
30 25 20 15 10 5 0
回风巷道CO变化情况
60 50 40 30 20 10 0
3、巷道高冒火区
耿村矿12190工作面进风巷高冒火区治理
专用回风巷 (2-3)轨道下山 (2-3)皮带下山 (2-3)12190工作面
火
火
火
110
1、宁夏白芨沟矿特大火区的治理
特大火区灭火抑爆技术综述
进回 风风 井井
采区回风巷
2、采用先进钻探 工艺快速施工钻 孔
4、锁风、注氮逐 段排水、启封
灭
火 3、大流量
钻 注三相泡沫
孔
灭火
火区
1、水封进风侧低 位巷道
白芨沟矿地面注三相泡沫钻孔
T685WS车载顶驱钻机
地面钻孔
白芨沟矿应用效果
白芨沟矿实施该成套技术，1 个多月就恢复了南四采区的生产， 大灾当年即取得赢利；爆炸发生1 年后矿井全面恢复了生产；且在 高瓦斯特大火区治理中未造成任 何人员伤亡，2003、2004、2005 年该矿百万吨死亡率均为零。
应用案例2：铁法煤业集团大兴煤矿
当地的白泥为固相，井下抽到地面来的废水作为液相。 灰水比为1：4，浆液每小时控制流量为15~20m3/h， 气量为600m3/h，发泡剂为浆液量的0.5%。由于该工 作面是倾斜煤层的俯采，注三相泡沫的地点离工作面比 离运顺近的多，因此三相泡沫容易先从回风顺槽的后三 角点喷涌而出，因此于10月28日和29日两天在1和3两 点先注沙来形成一到沙墙；于10月30日开始在2和4号 点大量注三相泡沫，连续注7天隐患消除。
二、三相泡沫组成
粉煤灰 （黄泥）
水
氮气
三相泡沫
三相泡沫发泡器研制
（1）三相泡沫发泡器
3、三相泡沫发泡器研制
（2）三相泡沫发泡器发泡过程的仿真模拟
三相泡沫制备系统
制浆站 （粉煤 灰或黄 泥）
混合 器
发泡剂
发泡 器
氮气 压风
三相 泡沫
三相泡沫制备系统示意图
黄泥或粉煤灰浆
三相泡沫
(1)三相泡沫实验系统
防治煤炭自燃的 三相泡沫新技术与应用
中国矿业大学
一、概述
1、常规的防灭火技术 ●灌浆（黄泥、粉煤灰） ●注惰性气体（N2、CO2） ● 喷阻化剂 ●注凝胶、胶体泥浆 ●泡沫树脂
一、概述
2、问题的提出
为充分利用目前有效的常规防灭火技术 与手段，又能克服目前注浆、惰气、惰 气泡沫、阻化剂等防灭火技术的不足， 中国矿业大学创新地提出了三相泡沫防 灭火新技术，研制了产生三相泡沫的装 备，开展了三相泡沫防灭火理论与应用 研究。
采空区中温度变化情况
1111111000000011111月月月月月月月11111月月月月月2222233567890112345
温度（oC）
1111111000000011111月月月月月月月11111月月月月月2222233567890112345
浓度（ppm）
浓度（ppm）
1111111000000011111月月月月月月月11111月月月月月2222233567890112345
（1）三相泡沫与水灭火对比试验
两木垛火势充分燃烧5分钟后，燃烧很旺盛
3、三相泡沫的灭火性能
（1）三相泡沫与水灭火对比 试验
3、三相泡沫的灭火性能
（2）三相泡沫的灭火试验
四、三相泡沫在现场的应用
特大型火区的灭火 倾斜俯采综放工作面的防灭火 巷道高冒火区的灭火 综放工作面支架后部及撤架的防灭火 一般采空区及高位地点的防灭火 小窑火与地表火的治理
铁法大兴矿应用情况
三相泡沫管路
出口
综采支架
注砂管路
A窒 息 带
回顺 砂墙
采
A1
空
区
A--A1 顶板
运顺
20~30m 10m
平面图 三相泡沫流动方向
4inch管路
剖面图
特点：（1）注砂与注三相泡沫结合；（2）每隔40~60m按次方 式布置埋管；（3）连续注至少20小时以上
800 700 600 500 400 300 200 100
2、倾斜俯采综放工作面煤炭自燃防治
铁法煤业集团大兴煤矿
铁法大兴矿生产能力为380万吨。N2703综放工作面 走向长1420米，倾斜宽160米。煤厚7.81米。煤层倾角 为15~25度，工作面小断层构造多，裂隙较发育，漏风 较严重。气煤，易自燃，自然发火期最短18天。该工 作面与四个采空区相连。
N2703综放工作面于2004年9月22日开始开采， 10 月25日起开始出现大量CO，于26日取样开始出现C2H4， 情况十分危机，此时工作面推进了90多米，无法判断 高温火源点的位置。
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；
水浆成为泡沫，分布更为均匀，可避免 浆体的流失，提高了防灭火的有效性；
可向采空区高处堆积，扩散范围广，可 扑灭采空区的隐蔽火源；
泡沫堆积不会发生溃浆，没有安全隐患。
1、泡沫的堆积性
两相泡沫
三相泡沫
2、泡沫的流动性
3、三相泡沫的灭火性能
浓度（ppm）
3、巷道高冒火区
（1）耿村矿12190工作面进风巷高冒火区治理
耿村煤矿生产能力300万t/a。12190备用工作面走向 长1060m，倾斜长170m，煤层厚度为11～15m，倾角为9～ 13度。煤种牌号为长焰煤，属易自燃煤层，自然发火期 一个月，最短仅为7天。
2005年10月24日，工作面贯通。10月30日，工作面进 风巷892m处出烟，立即采用常规的打钻孔和黄泥注浆方 法处理火区。此段巷道正处于断层附近，煤层变软，巷 道顶煤破碎，高冒区面积大； 11月3日上午，回风巷CO 浓度达到800 ppm，4日急增至1800 ppm，巷道内浓烟滚 滚，能见度不足0.5 m，常规的灭火手段无效，新贯通的 工作面面临封闭，矿井安全生产受到非常严重的威胁。
粉煤灰制浆
实验用产泡的加气装置
发泡剂定量供给装置
三相泡沫发泡装备
三相泡沫实验效果
实验室三相泡沫发泡试验
三相泡沫现场制备系统（地面添加发泡剂）
地面
地面制浆站ຫໍສະໝຸດ 注浆管路发泡剂三 相 泡 发泡器 沫
氮气
发泡剂定量添加装置（地面）
井下使用的三相泡沫发泡装置及注浆钻孔
三、三相泡沫的防灭火特性
三相泡沫的基本特点
采空区CO变化情况
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 10月2150月2160月2170月2180月2190月3100月3111月111月211月311月411月5 日期
采空区C2H4变化情况
应用效果
30 25 20 15 10 5 0
回风巷道CO变化情况
60 50 40 30 20 10 0
3、巷道高冒火区
耿村矿12190工作面进风巷高冒火区治理
专用回风巷 (2-3)轨道下山 (2-3)皮带下山 (2-3)12190工作面
火
火
火
110
1、宁夏白芨沟矿特大火区的治理
特大火区灭火抑爆技术综述
进回 风风 井井
采区回风巷
2、采用先进钻探 工艺快速施工钻 孔
4、锁风、注氮逐 段排水、启封
灭
火 3、大流量
钻 注三相泡沫
孔
灭火
火区
1、水封进风侧低 位巷道
白芨沟矿地面注三相泡沫钻孔
T685WS车载顶驱钻机
地面钻孔
白芨沟矿应用效果
白芨沟矿实施该成套技术，1 个多月就恢复了南四采区的生产， 大灾当年即取得赢利；爆炸发生1 年后矿井全面恢复了生产；且在 高瓦斯特大火区治理中未造成任 何人员伤亡，2003、2004、2005 年该矿百万吨死亡率均为零。
应用案例2：铁法煤业集团大兴煤矿
当地的白泥为固相，井下抽到地面来的废水作为液相。 灰水比为1：4，浆液每小时控制流量为15~20m3/h， 气量为600m3/h，发泡剂为浆液量的0.5%。由于该工 作面是倾斜煤层的俯采，注三相泡沫的地点离工作面比 离运顺近的多，因此三相泡沫容易先从回风顺槽的后三 角点喷涌而出，因此于10月28日和29日两天在1和3两 点先注沙来形成一到沙墙；于10月30日开始在2和4号 点大量注三相泡沫，连续注7天隐患消除。
二、三相泡沫组成
粉煤灰 （黄泥）
水
氮气
三相泡沫
三相泡沫发泡器研制
（1）三相泡沫发泡器
3、三相泡沫发泡器研制
（2）三相泡沫发泡器发泡过程的仿真模拟
三相泡沫制备系统
制浆站 （粉煤 灰或黄 泥）
混合 器
发泡剂
发泡 器
氮气 压风
三相 泡沫
三相泡沫制备系统示意图
黄泥或粉煤灰浆
三相泡沫
(1)三相泡沫实验系统
防治煤炭自燃的 三相泡沫新技术与应用
中国矿业大学
一、概述
1、常规的防灭火技术 ●灌浆（黄泥、粉煤灰） ●注惰性气体（N2、CO2） ● 喷阻化剂 ●注凝胶、胶体泥浆 ●泡沫树脂
一、概述
2、问题的提出
为充分利用目前有效的常规防灭火技术 与手段，又能克服目前注浆、惰气、惰 气泡沫、阻化剂等防灭火技术的不足， 中国矿业大学创新地提出了三相泡沫防 灭火新技术，研制了产生三相泡沫的装 备，开展了三相泡沫防灭火理论与应用 研究。
采空区中温度变化情况
1111111000000011111月月月月月月月11111月月月月月2222233567890112345
温度（oC）
1111111000000011111月月月月月月月11111月月月月月2222233567890112345
浓度（ppm）
浓度（ppm）
1111111000000011111月月月月月月月11111月月月月月2222233567890112345
（1）三相泡沫与水灭火对比试验
两木垛火势充分燃烧5分钟后，燃烧很旺盛
3、三相泡沫的灭火性能
（1）三相泡沫与水灭火对比 试验
3、三相泡沫的灭火性能
（2）三相泡沫的灭火试验
四、三相泡沫在现场的应用
特大型火区的灭火 倾斜俯采综放工作面的防灭火 巷道高冒火区的灭火 综放工作面支架后部及撤架的防灭火 一般采空区及高位地点的防灭火 小窑火与地表火的治理
铁法大兴矿应用情况
三相泡沫管路
出口
综采支架
注砂管路
A窒 息 带
回顺 砂墙
采
A1
空
区
A--A1 顶板
运顺
20~30m 10m
平面图 三相泡沫流动方向
4inch管路
剖面图
特点：（1）注砂与注三相泡沫结合；（2）每隔40~60m按次方 式布置埋管；（3）连续注至少20小时以上
800 700 600 500 400 300 200 100
2、倾斜俯采综放工作面煤炭自燃防治
铁法煤业集团大兴煤矿
铁法大兴矿生产能力为380万吨。N2703综放工作面 走向长1420米，倾斜宽160米。煤厚7.81米。煤层倾角 为15~25度，工作面小断层构造多，裂隙较发育，漏风 较严重。气煤，易自燃，自然发火期最短18天。该工 作面与四个采空区相连。
N2703综放工作面于2004年9月22日开始开采， 10 月25日起开始出现大量CO，于26日取样开始出现C2H4， 情况十分危机，此时工作面推进了90多米，无法判断 高温火源点的位置。
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；
水浆成为泡沫，分布更为均匀，可避免 浆体的流失，提高了防灭火的有效性；
可向采空区高处堆积，扩散范围广，可 扑灭采空区的隐蔽火源；
泡沫堆积不会发生溃浆，没有安全隐患。
1、泡沫的堆积性
两相泡沫
三相泡沫
2、泡沫的流动性
3、三相泡沫的灭火性能
浓度（ppm）
3、巷道高冒火区
（1）耿村矿12190工作面进风巷高冒火区治理
耿村煤矿生产能力300万t/a。12190备用工作面走向 长1060m，倾斜长170m，煤层厚度为11～15m，倾角为9～ 13度。煤种牌号为长焰煤，属易自燃煤层，自然发火期 一个月，最短仅为7天。
2005年10月24日，工作面贯通。10月30日，工作面进 风巷892m处出烟，立即采用常规的打钻孔和黄泥注浆方 法处理火区。此段巷道正处于断层附近，煤层变软，巷 道顶煤破碎，高冒区面积大； 11月3日上午，回风巷CO 浓度达到800 ppm，4日急增至1800 ppm，巷道内浓烟滚 滚，能见度不足0.5 m，常规的灭火手段无效，新贯通的 工作面面临封闭，矿井安全生产受到非常严重的威胁。
粉煤灰制浆
实验用产泡的加气装置
发泡剂定量供给装置
三相泡沫发泡装备
三相泡沫实验效果
实验室三相泡沫发泡试验
三相泡沫现场制备系统（地面添加发泡剂）
地面
地面制浆站ຫໍສະໝຸດ 注浆管路发泡剂三 相 泡 发泡器 沫
氮气
发泡剂定量添加装置（地面）
井下使用的三相泡沫发泡装置及注浆钻孔
三、三相泡沫的防灭火特性
三相泡沫的基本特点