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（N
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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。

由于泥浆和气体具有较高的动能，混合后在低压区造成了能量过剩，根据热力学原理，过剩的能量就对三相混合液做功，同时由于发泡剂的存在，形成了大量的具有三相介质的泡沫群体。

再经过被高速泡沫泥浆冲击的旋转叶轮的进一步泡沫细化后，形成了均匀致密细腻的三相泡沫。

中国矿业大学研制的三相泡沫发泡器已获得国家发明专利（专利号：ZL 02 1 48411.2）；发泡剂定量添加泵具有体积小、功率小、重量轻、并可以手动无极调速来定量控制流量等特点。

（a）发泡器（b）发泡剂定量添加泵
图3 矿用三相泡沫发生器
3、三相泡沫制备工艺
三相泡沫制备工艺流程如图4所示：首先在制浆站中，制成浓度为20％左右的泥浆，经过滤网输送到注浆管路中，同时在地面通过发泡剂定量添加泵将发泡剂加入到注浆管路中，浆液与发泡剂在管道流动中进行混合均匀后进入井下注浆管路，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黄泥浆体相互作用产生出三相泡沫，形成的三相泡沫经预埋管到达采空区，均匀的覆盖采空区浮煤，防治煤炭自然发火。

图4三相泡沫工艺流程。