礦井火災學-4(6、7節(jié))

1、第六節(jié)第六節(jié) 凝膠防滅火凝膠防滅火v 20世紀世紀70年代美國原礦山局評估了三種密封堵漏材料，年代美國原礦山局評估了三種密封堵漏材料，評估結(jié)果顯示胍爾膠凝膠是唯一的富有彈性、易于制備評估結(jié)果顯示胍爾膠凝膠是唯一的富有彈性、易于制備、適用于煤礦并且壽命較長的密封堵漏劑，且該凝膠的、適用于煤礦并且壽命較長的密封堵漏劑，且該凝膠的組分大部分是水，它可以熄滅或冷卻其附近的煤炭自燃組分大部分是水，它可以熄滅或冷卻其附近的煤炭自燃。1985年，在俄國，由水玻璃、硫酸氨以及水制成的凝年，在俄國，由水玻璃、硫酸氨以及水制成的凝膠溶液被用于礦井采空區(qū)的防滅火，取得較好防滅火效膠溶液被用于礦井采空區(qū)的防滅火，取得

2、較好防滅火效果。果。v 20世紀世紀80年代后期，隨著我國煤礦開始廣泛采用綜采年代后期，隨著我國煤礦開始廣泛采用綜采放頂煤開采技術，原有的防滅火技術不能完全滿足安全放頂煤開采技術，原有的防滅火技術不能完全滿足安全生產(chǎn)的需要，凝膠防滅火新技術應運而生生產(chǎn)的需要，凝膠防滅火新技術應運而生 。v1990年西安礦院防滅火課題組和大同礦務局科年西安礦院防滅火課題組和大同礦務局科研人員，把凝膠技術應用在煤礦儲煤場防滅火，研人員，把凝膠技術應用在煤礦儲煤場防滅火，獲得較佳效果；隨后凝膠技術又被用在井下獲得較佳效果；隨后凝膠技術又被用在井下“綜綜采面采面”、“綜放面綜放面”防滅火，也獲得成功，為我防滅火，也獲

3、得成功，為我國的放頂煤開采提供了一項新技術。國的放頂煤開采提供了一項新技術。1995年，年，中國礦業(yè)大學研制了凝膠阻化劑，采用水玻璃中國礦業(yè)大學研制了凝膠阻化劑，采用水玻璃(x NaClySiO22H2O)加速凝劑混合而成，將其加速凝劑混合而成，將其噴灑到采空區(qū)后，能夠在浮煤表面形成一層保護噴灑到采空區(qū)后，能夠在浮煤表面形成一層保護凝膠層，隔絕煤氧接觸，有效封堵了煤的裂隙及凝膠層，隔絕煤氧接觸，有效封堵了煤的裂隙及采空區(qū)的漏風通道，阻止了煤炭的氧化自燃，防采空區(qū)的漏風通道，阻止了煤炭的氧化自燃，防火效果優(yōu)于常規(guī)阻化劑火效果優(yōu)于常規(guī)阻化劑 。v后來耐溫高水膠體和粉煤灰膠體等一些改進后的后來耐溫高

4、水膠體和粉煤灰膠體等一些改進后的滅火材料相繼在礦井防滅火中獲得較廣泛使用，滅火材料相繼在礦井防滅火中獲得較廣泛使用，在使用效果和節(jié)省成本上都較單純的凝膠材料有在使用效果和節(jié)省成本上都較單純的凝膠材料有很大的提高。很大的提高。2003年，作者根據(jù)我國西北地區(qū)年，作者根據(jù)我國西北地區(qū)缺土少水而山砂較多的特點，研制出了具有懸浮缺土少水而山砂較多的特點，研制出了具有懸浮稠化作用的新型凝膠稠化作用的新型凝膠懸砂稠化劑，使凝膠防懸砂稠化劑，使凝膠防滅火技術內(nèi)容更為豐富。滅火技術內(nèi)容更為豐富。 一、凝膠及其特性一、凝膠及其特性v 1、凝膠的定義和特性、凝膠的定義和特性 v 膠體是指含分散顆粒的尺寸在膠體是指

5、含分散顆粒的尺寸在1100 nm（1nm=10-9m）的水溶液。在適當?shù)臈l件下，溶膠或高分子溶液中）的水溶液。在適當?shù)臈l件下，溶膠或高分子溶液中的分散顆粒相互聯(lián)結(jié)成為網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，水介質(zhì)充滿網(wǎng)絡之的分散顆粒相互聯(lián)結(jié)成為網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，水介質(zhì)充滿網(wǎng)絡之中，體系成為失去流動性的半固體狀態(tài)的膠凍，處于這中，體系成為失去流動性的半固體狀態(tài)的膠凍，處于這種狀態(tài)的物質(zhì)稱為凝膠。種狀態(tài)的物質(zhì)稱為凝膠。v 凝膠是膠體的一種特殊存在形式，是介于固體與液體之凝膠是膠體的一種特殊存在形式，是介于固體與液體之間的一種特殊狀態(tài)，它既顯示出某些固體的特性，如無間的一種特殊狀態(tài)，它既顯示出某些固體的特性，如無流動性，有一定的幾何外形

6、，有彈性、強度和屈服值等流動性，有一定的幾何外形，有彈性、強度和屈服值等。但另一方面它又保留某些液體的特點，例如離子的擴。但另一方面它又保留某些液體的特點，例如離子的擴散速率在以水為介質(zhì)的凝膠中與水溶液中相差不多。散速率在以水為介質(zhì)的凝膠中與水溶液中相差不多。v 2、凝膠的種類、凝膠的種類v 根據(jù)制備凝膠基料化學性質(zhì)的不同，凝膠主要可分為有根據(jù)制備凝膠基料化學性質(zhì)的不同，凝膠主要可分為有無機凝膠和有機凝膠兩大類。無機凝膠和有機凝膠兩大類。v （1）無機凝膠）無機凝膠v 無機凝膠主要由基料、促凝劑和水按照一定比例配置成無機凝膠主要由基料、促凝劑和水按照一定比例配置成水溶液，發(fā)生凝膠作用而形成，膠

7、體內(nèi)充滿著水分子和水溶液，發(fā)生凝膠作用而形成，膠體內(nèi)充滿著水分子和一部分其它物質(zhì)，硅凝膠起框架作用，把易流動的水分一部分其它物質(zhì)，硅凝膠起框架作用，把易流動的水分子固定在硅凝膠內(nèi)部。成膠的過程是一個吸熱過程。對子固定在硅凝膠內(nèi)部。成膠的過程是一個吸熱過程。對于由兩種原料在水中經(jīng)過物理或化學作用形成的膠體，于由兩種原料在水中經(jīng)過物理或化學作用形成的膠體，通常把主要成膠原料稱為基料，把促成基料成膠的材料通常把主要成膠原料稱為基料，把促成基料成膠的材料稱為促凝劑或膠凝劑?；虾痛倌齽┌凑找欢ǖ谋壤浞Q為促凝劑或膠凝劑?；虾痛倌齽┌凑找欢ǖ谋壤渲贸伤芤?。在礦井防滅火常用的硅凝膠，水玻璃是基置成水

8、溶液。在礦井防滅火常用的硅凝膠，水玻璃是基料，碳酸氫銨或硫酸氨或鋁酸鈉為促凝劑。料，碳酸氫銨或硫酸氨或鋁酸鈉為促凝劑。 v 無機凝膠存在失水后會干裂、粉化和滅火后的火區(qū)易復無機凝膠存在失水后會干裂、粉化和滅火后的火區(qū)易復燃的不足。防火時，基料燃的不足。防火時，基料810%，促凝劑，促凝劑35%；滅火時，基料滅火時，基料68%，促凝劑，促凝劑24%。成膠時間由基。成膠時間由基料和促凝劑的比例而確定，一般基料與促凝劑在水溶液料和促凝劑的比例而確定，一般基料與促凝劑在水溶液中的比例越大，成膠時間越短。當基料為中的比例越大，成膠時間越短。當基料為90100 kg/m3時，成膠時間為時，成膠時間為78

9、min，促凝劑為，促凝劑為20 kg/m3；成膠時間為；成膠時間為34 min時，促凝劑比例為時，促凝劑比例為30kg/m3；成膠時間為；成膠時間為25 s時，促凝劑為時，促凝劑為50 kg/m3。 v 促凝劑為碳酸氫氨的凝膠，防滅火性能好，成本低，但促凝劑為碳酸氫氨的凝膠，防滅火性能好，成本低，但碳酸氫銨在低溫下容易分解，具有很大的刺激性氣味碳酸氫銨在低溫下容易分解，具有很大的刺激性氣味氨味，對井下工人的健康有危害。采用偏鋁酸鈉等其氨味，對井下工人的健康有危害。采用偏鋁酸鈉等其它促凝劑，可以避免產(chǎn)生有害刺激性氣體，但是形成的它促凝劑，可以避免產(chǎn)生有害刺激性氣體，但是形成的凝膠的防滅火性能和穩(wěn)

10、定性稍差，成本也高一些。凝膠的防滅火性能和穩(wěn)定性稍差，成本也高一些。v （2）有機凝膠（高分子凝膠）有機凝膠（高分子凝膠）v 有機凝膠也稱高分子凝膠。高分子凝膠是指分子量很高有機凝膠也稱高分子凝膠。高分子凝膠是指分子量很高（通常為（通常為104106）一類的高分子化合物的溶液。這種）一類的高分子化合物的溶液。這種高分子化合物吸水能力很強，與水接觸后，短時間內(nèi)溶高分子化合物吸水能力很強，與水接觸后，短時間內(nèi)溶脹且凝膠化，最高吸水能力可達自身重量的千倍以上。脹且凝膠化，最高吸水能力可達自身重量的千倍以上。目前用于礦井的高分子防滅火材料以聚丙稀酰胺、聚丙目前用于礦井的高分子防滅火材料以聚丙稀酰胺、聚

11、丙稀酸鈉為主要成分。這種膠體材料與水玻璃凝膠相比，稀酸鈉為主要成分。這種膠體材料與水玻璃凝膠相比，使用時僅采用單種材料，使用量小，通常為使用時僅采用單種材料，使用量小，通常為0.30.8%，在井下使用方便，且對井下環(huán)境無污染。這種膠體附，在井下使用方便，且對井下環(huán)境無污染。這種膠體附著力強，可充分包裹煤炭顆粒，隔絕與氧氣的接觸。高著力強，可充分包裹煤炭顆粒，隔絕與氧氣的接觸。高分子凝膠材料的不足在于其成本較高，且吸熱與成膠能分子凝膠材料的不足在于其成本較高，且吸熱與成膠能力均不如由水玻璃與碳酸氫銨構(gòu)成的銨鹽凝膠。力均不如由水玻璃與碳酸氫銨構(gòu)成的銨鹽凝膠。二、凝膠防滅火技術二、凝膠防滅火技術v

12、凝膠防滅火技術是將基料、添加劑與水按一定比例混合凝膠防滅火技術是將基料、添加劑與水按一定比例混合，然后用泵，然后用泵(或注漿系統(tǒng)或注漿系統(tǒng))壓注到煤層發(fā)火部位，先使注壓注到煤層發(fā)火部位，先使注入口附近火源表面降溫，在泵壓和自重作用下，混合液入口附近火源表面降溫，在泵壓和自重作用下，混合液體滲入到煤體裂隙和微小孔隙中，在發(fā)火部位形成凝膠體滲入到煤體裂隙和微小孔隙中，在發(fā)火部位形成凝膠或膠體，阻斷氧擴散，阻止煤體繼續(xù)氧化放熱，進而降或膠體，阻斷氧擴散，阻止煤體繼續(xù)氧化放熱，進而降低煤體內(nèi)部溫度，從而達到防滅火的效果。低煤體內(nèi)部溫度，從而達到防滅火的效果。 v 1、凝膠的防滅火特性、凝膠的防滅火特性

13、v 凝膠防滅火技術作為礦井火災的防治技術之一，依靠其凝膠防滅火技術作為礦井火災的防治技術之一，依靠其獨有的自身特點在防治獨有的自身特點在防治“綜采面綜采面”、“綜放面綜放面”的特殊的特殊區(qū)域火災上有明顯的優(yōu)點，總結(jié)起來主要有以下四點：區(qū)域火災上有明顯的優(yōu)點，總結(jié)起來主要有以下四點： v （1）凝膠易將流動的水分子固定起來，膠體中）凝膠易將流動的水分子固定起來，膠體中90%（質(zhì)量分數(shù)）（質(zhì)量分數(shù)）左右是水，從而充分發(fā)揮了水的防滅火作用。成膠前液態(tài)的溶液能左右是水，從而充分發(fā)揮了水的防滅火作用。成膠前液態(tài)的溶液能滲入到煤體的裂隙和微小孔隙中，成膠后就堵塞了這些空隙和裂隙滲入到煤體的裂隙和微小孔隙中

14、，成膠后就堵塞了這些空隙和裂隙，與煤體一起形成一個凝膠整體，封堵煤的裂隙及采空區(qū)的漏風通，與煤體一起形成一個凝膠整體，封堵煤的裂隙及采空區(qū)的漏風通道，使氧分子無法進入煤體的內(nèi)部。道，使氧分子無法進入煤體的內(nèi)部。v （2）膠體能在煤的表面形成一層保護凝膠層，隔絕煤氧結(jié)合，其水）膠體能在煤的表面形成一層保護凝膠層，隔絕煤氧結(jié)合，其水蒸發(fā)形成的水蒸氣，也使采空區(qū)氧氣濃度降低，減少了煤與氧分子蒸發(fā)形成的水蒸氣，也使采空區(qū)氧氣濃度降低，減少了煤與氧分子的接觸機會。的接觸機會。v （3）凝膠具有很高的熱穩(wěn)定性，在高溫下膠體仍有很好的完整性而）凝膠具有很高的熱穩(wěn)定性，在高溫下膠體仍有很好的完整性而不破滅。不

15、破滅。v （4）凝膠具有很好的阻化性能，促凝劑和基料本身就是一種很好的）凝膠具有很好的阻化性能，促凝劑和基料本身就是一種很好的阻化劑，能夠阻止煤的自燃，所以起到了一般阻化劑的阻化效果。阻化劑，能夠阻止煤的自燃，所以起到了一般阻化劑的阻化效果。此外，成膠時間可以控制。可以根據(jù)不同的發(fā)火情況和現(xiàn)場使用的此外，成膠時間可以控制。可以根據(jù)不同的發(fā)火情況和現(xiàn)場使用的工藝設備，調(diào)節(jié)其促凝劑和基料的比例從而控制凝膠的成膠時間。工藝設備，調(diào)節(jié)其促凝劑和基料的比例從而控制凝膠的成膠時間。v 綜上所述，可用八個字來概括凝膠防滅火特性：固水、隔氧、耐熱綜上所述，可用八個字來概括凝膠防滅火特性：固水、隔氧、耐熱、阻化

16、。、阻化。v 2、材料選取的原則、材料選取的原則v 用于防治礦井火災的凝膠目前較多，但是不同的礦井對用于防治礦井火災的凝膠目前較多，但是不同的礦井對材料又有不同的要求。根據(jù)煤礦火災的特點，礦井防滅材料又有不同的要求。根據(jù)煤礦火災的特點，礦井防滅火凝膠材料的選擇應遵從以下的原則：火凝膠材料的選擇應遵從以下的原則：v （1）無毒無害，對井下工作人員的身體健康沒有危害，）無毒無害，對井下工作人員的身體健康沒有危害，對設備無腐蝕，對井下環(huán)境無污染。對設備無腐蝕，對井下環(huán)境無污染。v （2）價格低廉，工藝設備簡單。防滅火材料要有經(jīng)濟實）價格低廉，工藝設備簡單。防滅火材料要有經(jīng)濟實用性，同時由于受到井下特

17、定工作環(huán)境的限制，因此要用性，同時由于受到井下特定工作環(huán)境的限制，因此要求工藝設備簡單，便于在礦井下現(xiàn)場應用。求工藝設備簡單，便于在礦井下現(xiàn)場應用。v （3）要有良好的堵漏性。將氧氣進入煤層的通道堵塞后）要有良好的堵漏性。將氧氣進入煤層的通道堵塞后，就大大的會降低其空間氧氣的濃度，同時，外界的氧，就大大的會降低其空間氧氣的濃度，同時，外界的氧氣很難進入采空區(qū)。氣很難進入采空區(qū)。v（4）具有滲透性好的性能。要能夠很容易的進）具有滲透性好的性能。要能夠很容易的進入松散煤體的內(nèi)部，從而與煤體形成一有機的整入松散煤體的內(nèi)部，從而與煤體形成一有機的整體，使氧分子很難進入煤體內(nèi)部。體，使氧分子很難進入煤體

18、內(nèi)部。v（5）要有良好的耐高溫性能。由于在煤炭自燃）要有良好的耐高溫性能。由于在煤炭自燃的區(qū)域，往往有很高的溫度，因此材料在高溫下的區(qū)域，往往有很高的溫度，因此材料在高溫下不分解，保持原有的特性，才能充分發(fā)揮其防滅不分解，保持原有的特性，才能充分發(fā)揮其防滅火效果?；鹦Ч?。v（6）吸熱性能好。材料應該具有高的比熱容，）吸熱性能好。材料應該具有高的比熱容，這樣就能加速高溫煤層溫度的降低。這樣就能加速高溫煤層溫度的降低。v 3、技術參數(shù)和性質(zhì)、技術參數(shù)和性質(zhì)v （1）成膠時間）成膠時間v 礦井滅火一般選擇成膠體的時間在幾十秒導十分鐘之間的成礦井滅火一般選擇成膠體的時間在幾十秒導十分鐘之間的成膠原料，

19、根據(jù)不同的使用條件，要求膠體有不同的成膠時間膠原料，根據(jù)不同的使用條件，要求膠體有不同的成膠時間。用于封閉堵漏和撲滅高溫火源點，其成膠時間應控制在混。用于封閉堵漏和撲滅高溫火源點，其成膠時間應控制在混合液體噴出槍頭合液體噴出槍頭30秒內(nèi)；用于阻化浮煤自燃成膠時間應控秒內(nèi)；用于阻化浮煤自燃成膠時間應控制在混合液體噴出槍頭制在混合液體噴出槍頭510分鐘。分鐘。v （2）固水性）固水性v 膠體都有固水性，能夠是一定量的水固定在膠體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨膠體都有固水性，能夠是一定量的水固定在膠體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架中失去流動性。不同的膠體，固水的能力不同。例如：硅架中失去流動性。不同的膠體，固水的能力不同。例如：硅酸凝膠

20、，可以把酸凝膠，可以把90以上的水固定在其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，失去以上的水固定在其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，失去流動性。一般來講，膠體的固水量都在流動性。一般來講，膠體的固水量都在80 %以上。膠體以上。膠體能夠利用固定在其內(nèi)的大量水分，充分發(fā)揮水滅火的特性，能夠利用固定在其內(nèi)的大量水分，充分發(fā)揮水滅火的特性，不僅如此，由于固定水失去了流動性，因而可向高空堆積，不僅如此，由于固定水失去了流動性，因而可向高空堆積，撲滅巷道及工作面頂部等高處火災。撲滅巷道及工作面頂部等高處火災。v （4）滲透性）滲透性v 在礦井滅火過程中，需把膠體注入到發(fā)火的煤體里。著在礦井滅火過程中，需把膠體注入到發(fā)火的煤體里。著火的煤體常為破碎的

21、松散煤體，它實際上是包含了大量火的煤體常為破碎的松散煤體，它實際上是包含了大量空隙和裂隙的多孔介質(zhì)。滲透性是多孔介質(zhì)傳導流體的空隙和裂隙的多孔介質(zhì)。滲透性是多孔介質(zhì)傳導流體的性能，其數(shù)值的大小不僅與骨架的性質(zhì)（顆粒成分、分性能，其數(shù)值的大小不僅與骨架的性質(zhì)（顆粒成分、分布、大小、充填）有關，還與流體的性質(zhì)有關。試驗證布、大小、充填）有關，還與流體的性質(zhì)有關。試驗證明，當膠體的濃度為明，當膠體的濃度為2時，膠體的屈服值大于其自身的時，膠體的屈服值大于其自身的重力，所以可滯留在煤層中。重力，所以可滯留在煤層中。 v （5）吸熱性）吸熱性v 膠體的主要成分是水，由于水的比熱容很大，因此水溫膠體的主要

22、成分是水，由于水的比熱容很大，因此水溫的升高可以吸收大量的熱能，從而降低煤層內(nèi)部溫度。的升高可以吸收大量的熱能，從而降低煤層內(nèi)部溫度。煤的燃燒進入了高溫階段后，膠體中的水分汽化又能吸煤的燃燒進入了高溫階段后，膠體中的水分汽化又能吸收大量的熱能?？梢杂嬎?，基料濃度為收大量的熱能?？梢杂嬎?，基料濃度為6時，時，1 m3膠膠體汽化后吸收熱量為體汽化后吸收熱量為4104kJ。 v（6）耐高溫）耐高溫v由于凝膠內(nèi)固化有大量的水，高溫下的膠體中的由于凝膠內(nèi)固化有大量的水，高溫下的膠體中的水分緩慢蒸發(fā)，因此膠體內(nèi)部溫度不會升到很高水分緩慢蒸發(fā)，因此膠體內(nèi)部溫度不會升到很高，也就是說凝膠在高溫下不會迅速汽化。

23、，也就是說凝膠在高溫下不會迅速汽化。v此外凝膠防滅火技術還具有材料來源廣泛、滅火此外凝膠防滅火技術還具有材料來源廣泛、滅火工藝相對簡單等特點。工藝相對簡單等特點。 v 4、技術工藝、技術工藝v 根據(jù)礦井具體條件和不同用途可采用不同的工藝。凝膠是由基料根據(jù)礦井具體條件和不同用途可采用不同的工藝。凝膠是由基料A和和促凝劑促凝劑B與水與水W按一定比例混合均勻而成，采用的工藝有如下幾種：按一定比例混合均勻而成，采用的工藝有如下幾種：v ）單液箱式注膠系統(tǒng)）單液箱式注膠系統(tǒng)v 該工藝如圖該工藝如圖4-6-2所示。先把所示。先把B與與W混合均勻，再把混合均勻，再把A加入，混合均加入，混合均勻。然后用泵在混

24、合液成膠前運至使用地點成膠。該工藝適用于成勻。然后用泵在混合液成膠前運至使用地點成膠。該工藝適用于成膠時間較長，用量不太大的地點，可采用靜壓或泥漿泵輸送膠體。膠時間較長，用量不太大的地點，可采用靜壓或泥漿泵輸送膠體。對火區(qū)密閉巷道的充填，也可用該工藝。工藝缺點是不能連續(xù)運行對火區(qū)密閉巷道的充填，也可用該工藝。工藝缺點是不能連續(xù)運行。 噴槍泵箱體凝膠A+B+W圖圖4-6-2 單液箱式系統(tǒng)單液箱式系統(tǒng) v ）雙箱雙泵注膠系統(tǒng)）雙箱雙泵注膠系統(tǒng)v 采用雙箱雙泵工藝系統(tǒng)，如圖采用雙箱雙泵工藝系統(tǒng)，如圖4-6-3所示。在該工藝系所示。在該工藝系統(tǒng)中，把基料統(tǒng)中，把基料A和促凝劑和促凝劑B按一定比例與水在

25、礦車（或水按一定比例與水在礦車（或水箱）內(nèi)攪拌均勻，然后同時啟動兩臺泵。經(jīng)兩泵抽出的箱）內(nèi)攪拌均勻，然后同時啟動兩臺泵。經(jīng)兩泵抽出的A液體和液體和B液體在混合器內(nèi)混合后，由膠管輸送到注膠鉆孔液體在混合器內(nèi)混合后，由膠管輸送到注膠鉆孔，待兩種溶液輸送完后，用清水稍沖洗泵和管路，重新，待兩種溶液輸送完后，用清水稍沖洗泵和管路，重新配制。通過實踐證明，此種注膠工藝簡單易行，膠體質(zhì)配制。通過實踐證明，此種注膠工藝簡單易行，膠體質(zhì)量穩(wěn)定。但配料要求掌握嚴格，而且兩臺泵的壓力和流量穩(wěn)定。但配料要求掌握嚴格，而且兩臺泵的壓力和流量要相同，保證注膠配比均勻，否則將發(fā)生膠體凝結(jié)堵量要相同，保證注膠配比均勻，否則

26、將發(fā)生膠體凝結(jié)堵泵堵管現(xiàn)象（停泵前一定要用清水沖洗泵和管路）。泵堵管現(xiàn)象（停泵前一定要用清水沖洗泵和管路）。圖圖4-6-3 雙箱雙泵系統(tǒng)雙箱雙泵系統(tǒng)v ）井下移動式注膠系統(tǒng)）井下移動式注膠系統(tǒng)v 當井下出現(xiàn)局部高溫區(qū)或火點時，需要輕便靈活的注膠當井下出現(xiàn)局部高溫區(qū)或火點時，需要輕便靈活的注膠設備及工藝。井下輕便移動式注膠工藝主要是通過多功設備及工藝。井下輕便移動式注膠工藝主要是通過多功能膠體壓注機把各種膠體材料按比例混合、攪拌，輸送能膠體壓注機把各種膠體材料按比例混合、攪拌，輸送到火源點。該工藝使用方便靈活，對于局部火區(qū)、高溫到火源點。該工藝使用方便靈活，對于局部火區(qū)、高溫區(qū)可進行快速有效處理

27、。如圖區(qū)可進行快速有效處理。如圖 4-6-4所示。移動式注膠所示。移動式注膠系統(tǒng)通常注膠的流量不大，因此，對于大面積高溫火區(qū)系統(tǒng)通常注膠的流量不大，因此，對于大面積高溫火區(qū)來說，該工藝系統(tǒng)不能及時快速的解決。來說，該工藝系統(tǒng)不能及時快速的解決。v 井下移動式注膠系統(tǒng)的應用主體是移動式膠體壓注系統(tǒng)井下移動式注膠系統(tǒng)的應用主體是移動式膠體壓注系統(tǒng)，該系統(tǒng)把基料、促凝劑以及增強劑和水按比例混合，該系統(tǒng)把基料、促凝劑以及增強劑和水按比例混合，并壓注進入松散煤體中。現(xiàn)場應用的井下移動式注膠系并壓注進入松散煤體中?，F(xiàn)場應用的井下移動式注膠系統(tǒng)主要有間歇式注膠系統(tǒng)、連續(xù)式注膠系統(tǒng)、定量配比統(tǒng)主要有間歇式注膠

28、系統(tǒng)、連續(xù)式注膠系統(tǒng)、定量配比泵注膠系統(tǒng)和全自動或半自定量配比注膠系統(tǒng)等。泵注膠系統(tǒng)和全自動或半自定量配比注膠系統(tǒng)等。 圖圖4-6-4 井下移動式注膠系統(tǒng)原理圖井下移動式注膠系統(tǒng)原理圖v 5、適用范圍及注意事項、適用范圍及注意事項v 凝膠對于高位火點的防治有較好的作用。如高溫點發(fā)生凝膠對于高位火點的防治有較好的作用。如高溫點發(fā)生在上部的裂隙中，用一般的防滅火技術措施難以奏效，在上部的裂隙中，用一般的防滅火技術措施難以奏效，采用注凝膠方式，可使凝膠在上部的裂隙中堆積，堵塞采用注凝膠方式，可使凝膠在上部的裂隙中堆積，堵塞漏風通道，起到防滅火作用。對于底部的煤炭自燃點，漏風通道，起到防滅火作用。對于

29、底部的煤炭自燃點，則采用注水、黃泥或粉煤灰漿均能起到很好的作用，漿則采用注水、黃泥或粉煤灰漿均能起到很好的作用，漿體的滅火性能會更好，因為漿體的流動性好，只要知道體的滅火性能會更好，因為漿體的流動性好，只要知道明確的火源，注入的漿體能夠到達火源點，最好采用一明確的火源，注入的漿體能夠到達火源點，最好采用一般注漿方法。此外，凝膠防滅火的設備操作相對簡單，般注漿方法。此外，凝膠防滅火的設備操作相對簡單，但對現(xiàn)場人員配料有較高的要求，一般無機凝膠材料的但對現(xiàn)場人員配料有較高的要求，一般無機凝膠材料的配比為，基料的使用量為漿量的配比為，基料的使用量為漿量的7%10，促凝劑為，促凝劑為5%6，正確掌握其

30、配比，是保證凝膠防滅火技術效，正確掌握其配比，是保證凝膠防滅火技術效果的關鍵。果的關鍵。v 6、應用實例、應用實例v 現(xiàn)以棗莊柴里煤礦現(xiàn)以棗莊柴里煤礦2321工作面防滅火工作為例，來具體工作面防滅火工作為例，來具體介紹凝膠防滅火的現(xiàn)場應用情況。介紹凝膠防滅火的現(xiàn)場應用情況。v 該工作面為高檔普采工作面，開采煤層氣煤，煤層瓦斯該工作面為高檔普采工作面，開采煤層氣煤，煤層瓦斯含量低，煤層有爆炸危險性和自然發(fā)火傾向，巷道布置含量低，煤層有爆炸危險性和自然發(fā)火傾向，巷道布置如圖如圖4-6-5所示。所示。圖圖4-6-52321工作面布置圖工作面布置圖 v 該工作面一分層于該工作面一分層于1993年年8月

31、開采，月開采，1994年年2月停采月停采。開采期間，工作面采用單體液壓支柱，鉸接頂梁、金。開采期間，工作面采用單體液壓支柱，鉸接頂梁、金屬菱形網(wǎng)漫頂支護方式，溜子道進風，材料道回風，進屬菱形網(wǎng)漫頂支護方式，溜子道進風，材料道回風，進風量為風量為450m3/min。2321兩巷于兩巷于1994年年4月開始掘月開始掘進，采用局部通風機通風。由于停采線冒落不實，造成進，采用局部通風機通風。由于停采線冒落不實，造成停采線處漏風，漏風量高達停采線處漏風，漏風量高達200 m3/min左右，封堵工左右，封堵工作也十分困難。當二分層溜子道掘至作也十分困難。當二分層溜子道掘至450m、材料道掘、材料道掘進至進

32、至550m時在材料道停采線附近巷道頂板上出現(xiàn)時在材料道停采線附近巷道頂板上出現(xiàn)CO和和少量的煙霧，繼而在溜子道停采線處發(fā)現(xiàn)明火。少量的煙霧，繼而在溜子道停采線處發(fā)現(xiàn)明火。v 為了消滅此次火災，采取了一邊由救護隊員直接滅火控為了消滅此次火災，采取了一邊由救護隊員直接滅火控制火勢，一邊以常規(guī)打鉆注漿為主的滅火措施。共施工制火勢，一邊以常規(guī)打鉆注漿為主的滅火措施。共施工鉆孔鉆孔200個余個，累計進尺個余個，累計進尺2500m，注漿注水，注漿注水10000m3，但由于鉆孔深度不夠、漿水擴散面積有限，但由于鉆孔深度不夠、漿水擴散面積有限，致使滅火效果較差，隨后又在停采線外側(cè)新掘進了，致使滅火效果較差，隨

33、后又在停采線外側(cè)新掘進了120m長的滅火巷，在滅火巷內(nèi)向一分層停采線及火點長的滅火巷，在滅火巷內(nèi)向一分層停采線及火點打鉆注水、注漿、后期注凝膠。打鉆注水、注漿、后期注凝膠。v 1）注凝膠工藝系統(tǒng)）注凝膠工藝系統(tǒng)v 采用如圖采用如圖4-6-3所示的雙箱雙泵工藝系統(tǒng)。該注膠方式簡單易所示的雙箱雙泵工藝系統(tǒng)。該注膠方式簡單易行，膠體質(zhì)量穩(wěn)定。但配料要求掌握嚴格，而且兩臺污水泵壓行，膠體質(zhì)量穩(wěn)定。但配料要求掌握嚴格，而且兩臺污水泵壓力和流量必須相同，以保證注膠配比均勻，否則將發(fā)生膠體凝力和流量必須相同，以保證注膠配比均勻，否則將發(fā)生膠體凝結(jié)堵管現(xiàn)象（停泵前一定要用少量清水沖洗泵和管路）。結(jié)堵管現(xiàn)象（停

34、泵前一定要用少量清水沖洗泵和管路）。v 2）注凝膠工藝參數(shù)）注凝膠工藝參數(shù)v 注凝膠范圍、凝膠量。根據(jù)注凝膠范圍、凝膠量。根據(jù)2321工作面現(xiàn)場火災情況分析工作面現(xiàn)場火災情況分析認為，注凝膠范圍應在溜子道停采線里長認為，注凝膠范圍應在溜子道停采線里長30m，寬，寬10m范圍范圍內(nèi)。根據(jù)采空區(qū)壓實程度，確定注膠量為內(nèi)。根據(jù)采空區(qū)壓實程度，確定注膠量為150m3。v 凝膠配料。根據(jù)流量和輸送管路長短及采空區(qū)空隙率，選用凝膠配料。根據(jù)流量和輸送管路長短及采空區(qū)空隙率，選用成膠時間為成膠時間為34min?？紤]到用于停采線附近采空區(qū)浮煤自?？紤]到用于停采線附近采空區(qū)浮煤自燃和堵漏的雙重作用，采用基料為燃

35、和堵漏的雙重作用，采用基料為7%左右的配方，具體為：左右的配方，具體為：A、B箱中各加水約箱中各加水約800kg，在，在A箱里加基料箱里加基料136kg，在，在B箱箱里加促凝劑里加促凝劑60kg，攪拌均勻。邊遠鉆孔和采空區(qū)深部注凝膠，攪拌均勻。邊遠鉆孔和采空區(qū)深部注凝膠時，為使混合液在采空區(qū)滲透更大的范圍，選用了時，為使混合液在采空區(qū)滲透更大的范圍，選用了67min成膠，成膠，B箱里加促凝劑箱里加促凝劑50kg。v 鉆孔分布。在鉆孔分布。在2321溜子道和防火巷注膠時，利用前期溜子道和防火巷注膠時，利用前期的注漿鉆孔，由停采線外側(cè)沿溜子道向里依次注膠，每的注漿鉆孔，由停采線外側(cè)沿溜子道向里依次

36、注膠，每次注次注46個鉆孔。根據(jù)鉆孔的布置密度和凝膠范圍，要個鉆孔。根據(jù)鉆孔的布置密度和凝膠范圍，要保證每個鉆孔注膠量不小于保證每個鉆孔注膠量不小于12m3。注凝膠鉆孔布置。注凝膠鉆孔布置如圖如圖4-6-6所示。所示。 圖圖4-6-6 注凝膠鉆孔布置圖注凝膠鉆孔布置圖 v3）應用效果）應用效果v1994年年12月至月至1995年年1月，先后在月，先后在2321溜溜子道、防火巷注凝膠子道、防火巷注凝膠100余個孔，注凝膠余個孔，注凝膠120m3。首次注膠后，監(jiān)測取樣點的。首次注膠后，監(jiān)測取樣點的CO深度逐深度逐漸下降，直到下降為零；回風流溫度由注膠前的漸下降，直到下降為零；回風流溫度由注膠前的2

37、9降到降到24。在正常供風條件下，加強監(jiān)測。在正常供風條件下，加強監(jiān)測，自注凝膠后從未查到，自注凝膠后從未查到CO氣體成分。氣體成分。1995年年2月恢復了正常掘進生產(chǎn)，達到了較為理想的防治月恢復了正常掘進生產(chǎn)，達到了較為理想的防治效果。效果。 三、稠化砂漿防滅火技術三、稠化砂漿防滅火技術v 我國西北部地區(qū)地表缺土少水，山砂資源相當豐富，采用常規(guī)我國西北部地區(qū)地表缺土少水，山砂資源相當豐富，采用常規(guī)的黃泥注漿防滅火技術面臨困難，注砂滅火技術卻正好可以利的黃泥注漿防滅火技術面臨困難，注砂滅火技術卻正好可以利用這些資源在這些特殊地區(qū)發(fā)揮滅火的功能，但在礦井滅火實用這些資源在這些特殊地區(qū)發(fā)揮滅火的功

38、能，但在礦井滅火實踐中發(fā)現(xiàn)，普通的注砂方法需水量大、易脫水、易沉淀、易磨踐中發(fā)現(xiàn)，普通的注砂方法需水量大、易脫水、易沉淀、易磨損管路。損管路。v 為克服上述缺陷，作者領導的課題組開發(fā)了一種防治礦井火災為克服上述缺陷，作者領導的課題組開發(fā)了一種防治礦井火災制漿用的特殊凝膠制漿用的特殊凝膠KDC懸砂稠化劑，豐富了我國現(xiàn)有的懸砂稠化劑，豐富了我國現(xiàn)有的礦井滅火技術。礦井滅火技術。v 1、稠化劑材料及其性質(zhì)、稠化劑材料及其性質(zhì)v 稠化砂漿防滅火技術所選用的稠化砂漿防滅火技術所選用的KDC型稠化劑由天然高分子材型稠化劑由天然高分子材料制成，是從天然植物中提取出來的多糖聚合物，其分子結(jié)構(gòu)料制成，是從天然植

39、物中提取出來的多糖聚合物，其分子結(jié)構(gòu)是甘露糖醛酸（是甘露糖醛酸（-1. 4-D Mannuronic acid）與古羅糖）與古羅糖醛酸醛酸(-.4-L Guluronic acid)構(gòu)成，在線性分子鏈中呈不構(gòu)成，在線性分子鏈中呈不規(guī)則的嵌段性排列。該添加劑親水性極強，溶于水后呈黏稠狀規(guī)則的嵌段性排列。該添加劑親水性極強，溶于水后呈黏稠狀膠液，含有一價鹽（膠液，含有一價鹽（Na+，K+，NH4+）、鎂鹽、汞鹽及其）、鎂鹽、汞鹽及其它一些衍生物。它一些衍生物。v KDC型稠化劑所選取的材料特性突出：（型稠化劑所選取的材料特性突出：（1）在水中形）在水中形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和高粘度特性可以懸浮固相物質(zhì)

40、制成成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和高粘度特性可以懸浮固相物質(zhì)制成復合漿體，在水溶液中的溶解性隨復合漿體，在水溶液中的溶解性隨pH值的增大而增加，值的增大而增加，在在pH值為值為5.87.5之間的水溶液為均勻透明液體，粘之間的水溶液為均勻透明液體，粘度隨度隨pH的變化成一倒鐘形曲線，在的變化成一倒鐘形曲線，在pH7時粘度最大；時粘度最大；（2）具有屈服假塑性流體特性，在低剪切速率）具有屈服假塑性流體特性，在低剪切速率(620-1)下，能達到的粘度為下，能達到的粘度為0.332.94 Pas；在；在0.4%的水溶液濃度條件下，屈服應力約為的水溶液濃度條件下，屈服應力約為510，其粘度是水的，其粘度是水的150

41、0多倍；（多倍；（3）無毒無味無害，不污）無毒無味無害，不污染環(huán)境，且使用成本低廉；（染環(huán)境，且使用成本低廉；（4）砂漿穩(wěn)定，懸浮時間長）砂漿穩(wěn)定，懸浮時間長。在靜止狀態(tài)下，水砂質(zhì)量比為。在靜止狀態(tài)下，水砂質(zhì)量比為2 1的砂漿懸浮時間大的砂漿懸浮時間大于于48h。 v 2、稠化砂漿滅火技術特性、稠化砂漿滅火技術特性v 稠化砂漿防滅火技術是在原有注砂滅火的技術上，在砂稠化砂漿防滅火技術是在原有注砂滅火的技術上，在砂漿中添入天然高分子材料制成的稠化劑，通過加砂攪拌漿中添入天然高分子材料制成的稠化劑，通過加砂攪拌得到稠化砂漿，利用槽車將其運輸至井下，然后通過移得到稠化砂漿，利用槽車將其運輸至井下，然

42、后通過移動式注漿系統(tǒng)噴射到自燃發(fā)火火煤層表面，通過覆蓋煤動式注漿系統(tǒng)噴射到自燃發(fā)火火煤層表面，通過覆蓋煤層，隔絕氧氣，達到滅火效果。層，隔絕氧氣，達到滅火效果。v 該技術較傳統(tǒng)滅火技術相比：（該技術較傳統(tǒng)滅火技術相比：（1）將砂泥懸浮，提高砂）將砂泥懸浮，提高砂了漿粘度，增加了砂量，減小了水砂比；（了漿粘度，增加了砂量，減小了水砂比；（2）由于砂子）由于砂子懸浮在管道中，且泥漿又有較高的粘度，能極大地降低懸浮在管道中，且泥漿又有較高的粘度，能極大地降低砂漿對管路的磨損；（砂漿對管路的磨損；（3）水溶液具有成膜特性，使砂漿）水溶液具有成膜特性，使砂漿成為連續(xù)密實的覆蓋層，注入采空區(qū)后能夠有效覆蓋

43、遺成為連續(xù)密實的覆蓋層，注入采空區(qū)后能夠有效覆蓋遺煤，隔絕浮煤與氧氣的接觸；（煤，隔絕浮煤與氧氣的接觸；（4）砂漿中的山砂可捕獲）砂漿中的山砂可捕獲煤炭自燃過程中生成的自由基，從而阻斷煤的低溫氧化煤炭自燃過程中生成的自由基，從而阻斷煤的低溫氧化過程，具有較強的防滅火作用。過程，具有較強的防滅火作用。v 圖圖4-6-7為采用神東礦區(qū)的山砂在實驗室制出稠化砂漿為采用神東礦區(qū)的山砂在實驗室制出稠化砂漿，該稠化砂漿流動性較好、不堵管、堵漏隔氧效果好。，該稠化砂漿流動性較好、不堵管、堵漏隔氧效果好。 （a）制備過程中的稠化砂漿）制備過程中的稠化砂漿 (b)制備好的稠化砂漿制備好的稠化砂漿圖圖4-6-7

44、實驗室制出的稠化砂漿實驗室制出的稠化砂漿v 3、懸稠砂漿技術參數(shù)、懸稠砂漿技術參數(shù)v (1)粘度粘度v 粘度是一個很重要的參數(shù)，它影響著稠化砂漿在管道內(nèi)的流動粘度是一個很重要的參數(shù)，它影響著稠化砂漿在管道內(nèi)的流動特性。經(jīng)過實驗室的不斷試驗和改進以及滅現(xiàn)場的實踐證實，特性。經(jīng)過實驗室的不斷試驗和改進以及滅現(xiàn)場的實踐證實，稠化砂漿在低剪切速率稠化砂漿在低剪切速率(620-1)下，能達到的粘度為下，能達到的粘度為0.332.94 Pas；在高剪切速率；在高剪切速率(500 s-1)下的表面粘下的表面粘度度824h三相泡沫產(chǎn)生量300900 m3/h水灰質(zhì)量比1:14:1發(fā)泡劑用量0.2%0.5%v

45、2、防治一般采空區(qū)煤炭自燃、防治一般采空區(qū)煤炭自燃v 采空區(qū)如果封閉不嚴，必然會存在一定的漏風，這就為采空區(qū)如果封閉不嚴，必然會存在一定的漏風，這就為采空區(qū)浮煤的自然發(fā)火提供了必要的條件。采用注三相采空區(qū)浮煤的自然發(fā)火提供了必要的條件。采用注三相泡沫的措施，能使?jié){液短時間內(nèi)大面積地覆蓋煤體、封泡沫的措施，能使?jié){液短時間內(nèi)大面積地覆蓋煤體、封堵煤體裂隙，有效地防治煤炭自燃。堵煤體裂隙，有效地防治煤炭自燃。v 1）在姚橋煤礦中的應用）在姚橋煤礦中的應用v （1）礦井概況）礦井概況v 姚橋煤礦位于江蘇省沛縣境內(nèi)，為特大型現(xiàn)代化礦井，姚橋煤礦位于江蘇省沛縣境內(nèi)，為特大型現(xiàn)代化礦井，目前礦井實際產(chǎn)量達目

46、前礦井實際產(chǎn)量達340萬萬t/a。開采煤層為易燃發(fā)火。開采煤層為易燃發(fā)火煤層，礦井自然發(fā)火危險等級為煤層，礦井自然發(fā)火危險等級為級，自然發(fā)火期級，自然發(fā)火期13個月。如個月。如 7361工作面在掘進期間就曾出現(xiàn)多處自然工作面在掘進期間就曾出現(xiàn)多處自然發(fā)火，若發(fā)生火災，可能會侵襲發(fā)火，若發(fā)生火災，可能會侵襲650軌道、皮帶大巷軌道、皮帶大巷，對全礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴重威脅。，對全礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴重威脅。v （2）工藝過程）工藝過程v 由于姚橋煤礦注漿站的注漿量不能控制其流量大小，進由于姚橋煤礦注漿站的注漿量不能控制其流量大小，進入注漿管路中的漿液量非常大，約為入注漿管路中的漿液量非常大，約為50

47、60m3/h；大；大大超過了注三相泡沫所需漿液量的范圍，因此如果采用大超過了注三相泡沫所需漿液量的范圍，因此如果采用在井上加發(fā)泡劑，勢必造成發(fā)泡劑的浪費。因此在注漿在井上加發(fā)泡劑，勢必造成發(fā)泡劑的浪費。因此在注漿管路系統(tǒng)上接入分流管路，注三相泡沫需要的注漿量由管路系統(tǒng)上接入分流管路，注三相泡沫需要的注漿量由注漿管上的截止閥和壓力表來控制在注漿管上的截止閥和壓力表來控制在15m3/h左右，其左右，其它漿液可通過分流管路直接注入到別的采空區(qū)進行防滅它漿液可通過分流管路直接注入到別的采空區(qū)進行防滅火。井下發(fā)泡器附近用螺桿泵將發(fā)泡藥劑按比例定量添火。井下發(fā)泡器附近用螺桿泵將發(fā)泡藥劑按比例定量添加到管路

48、里，再用氮氣發(fā)泡后加注到采空區(qū)中。氣相采加到管路里，再用氮氣發(fā)泡后加注到采空區(qū)中。氣相采用氮氣，空氣進口壓力用氮氣，空氣進口壓力0.8MPa，氮氣出口壓力約，氮氣出口壓力約0.5 MPa，溫度，溫度43.5，氮氣純度為，氮氣純度為9899。 v （3）應用效果）應用效果v 在姚橋礦應用產(chǎn)生的粉煤灰三相泡沫如圖在姚橋礦應用產(chǎn)生的粉煤灰三相泡沫如圖4-7-26和和4-7-27所示。所示。v 姚橋煤礦注三相泡沫的水灰比約為姚橋煤礦注三相泡沫的水灰比約為3:1，到達試驗點的壓，到達試驗點的壓力為力為0.2MPa，發(fā)泡效果良好，泡沫穩(wěn)定細膩，發(fā)泡倍，發(fā)泡效果良好，泡沫穩(wěn)定細膩，發(fā)泡倍數(shù)數(shù)30倍左右，泡沫

49、穩(wěn)定時間倍左右，泡沫穩(wěn)定時間8個小時，注三相泡沫后，個小時，注三相泡沫后，采空區(qū)內(nèi)的一氧化碳濃度明顯降低。采空區(qū)內(nèi)的一氧化碳濃度明顯降低。 圖圖4-7-26 噴涌出來的粉煤灰三相泡沫噴涌出來的粉煤灰三相泡沫 圖圖4-7-27 三相泡沫開始堆積三相泡沫開始堆積v3、在傾斜俯采綜放工作面采空區(qū)中的應用、在傾斜俯采綜放工作面采空區(qū)中的應用v對于傾斜俯采綜放工作面，如果采用預防性注漿對于傾斜俯采綜放工作面，如果采用預防性注漿來防治采空區(qū)煤炭自燃，漿液就會順著沖刷形成來防治采空區(qū)煤炭自燃，漿液就會順著沖刷形成的小溝流向地勢低洼區(qū)和工作面，不僅起不到防的小溝流向地勢低洼區(qū)和工作面，不僅起不到防滅火效果，而

50、且破壞井下環(huán)境，嚴重影響工作面滅火效果，而且破壞井下環(huán)境，嚴重影響工作面的正常生產(chǎn)。而采用注三相泡沫技術效果相當顯的正常生產(chǎn)。而采用注三相泡沫技術效果相當顯著，著，6001000m3/h的大流量三相泡沫在短的大流量三相泡沫在短時間內(nèi)就能充滿整個采空區(qū)，由于三相泡沫質(zhì)量時間內(nèi)就能充滿整個采空區(qū)，由于三相泡沫質(zhì)量輕，能夠向高處堆積，破滅后產(chǎn)生的泥漿也會很輕，能夠向高處堆積，破滅后產(chǎn)生的泥漿也會很好地覆蓋在煤體上，而不會回流到開采工作面，好地覆蓋在煤體上，而不會回流到開采工作面，因而不會給生產(chǎn)帶來任何不良影響。因而不會給生產(chǎn)帶來任何不良影響。 v遼寧鐵法煤業(yè)集團大興煤礦遼寧鐵法煤業(yè)集團大興煤礦N27

51、03綜放工作面綜放工作面煤炭自燃的防治，充分證明了該項技術在治理傾煤炭自燃的防治，充分證明了該項技術在治理傾斜俯采綜放工作面采空區(qū)煤炭自燃方面的有效性斜俯采綜放工作面采空區(qū)煤炭自燃方面的有效性。目前，該礦已把三相泡沫技術作為日常生產(chǎn)防。目前，該礦已把三相泡沫技術作為日常生產(chǎn)防止煤炭自然發(fā)火的一個主要手段。具體方式是在止煤炭自然發(fā)火的一個主要手段。具體方式是在開采的過程中，工作面每向前推進開采的過程中，工作面每向前推進40米，就在米，就在順槽預埋一根注三相泡沫的管子，采取邊采邊注順槽預埋一根注三相泡沫的管子，采取邊采邊注三相泡沫的方式防治煤炭自燃，取得了良好的效三相泡沫的方式防治煤炭自燃，取得了

52、良好的效果。果。 v 1）工作面概況）工作面概況v 大興礦位于東北地區(qū)，是一座年設計生產(chǎn)能力為大興礦位于東北地區(qū)，是一座年設計生產(chǎn)能力為380萬萬噸的特大型礦井。該礦目前開采的噸的特大型礦井。該礦目前開采的N2703綜放工作面位綜放工作面位于北二采區(qū)中部，工作面回順長于北二采區(qū)中部，工作面回順長1431米，運順長米，運順長1411米，傾斜寬米，傾斜寬160米，工作面面積米，工作面面積227360平方米。煤層平方米。煤層以氣煤為主，煤層厚度以氣煤為主，煤層厚度5.609.88米，一般煤厚米，一般煤厚7.81米，整個工作面設計回采率為米，整個工作面設計回采率為85%，采區(qū)設計回采率為，采區(qū)設計回采

53、率為75.14%。煤層傾角為。煤層傾角為1525度，工作面小斷層構(gòu)造度，工作面小斷層構(gòu)造多，裂隙較發(fā)育，漏風較嚴重。煤層屬于易自燃煤層，多，裂隙較發(fā)育，漏風較嚴重。煤層屬于易自燃煤層，自然發(fā)火期為自然發(fā)火期為13個月，最短為個月，最短為18天，該工作面周圍與天，該工作面周圍與四個采空區(qū)相連，自然發(fā)火情況相當嚴重。四個采空區(qū)相連，自然發(fā)火情況相當嚴重。 v 2）應用過程）應用過程v N2703綜放工作面于綜放工作面于2004年年9月月22日開始開采，工作日開始開采，工作面采空區(qū)于面采空區(qū)于10月月25日起開始出現(xiàn)大量日起開始出現(xiàn)大量CO，26日開始出日開始出現(xiàn)現(xiàn)C2H4，情況十分危急，此時工作面

54、推進了，情況十分危急，此時工作面推進了90多米，無多米，無法準確判斷出高溫火源點的位置。該礦決定采用注三相法準確判斷出高溫火源點的位置。該礦決定采用注三相泡沫來防治采空區(qū)的煤炭自燃，以黃泥作為固相，井下泡沫來防治采空區(qū)的煤炭自燃，以黃泥作為固相，井下抽到地面來的廢水作為液相。配制的漿液灰水比（質(zhì)量抽到地面來的廢水作為液相。配制的漿液灰水比（質(zhì)量比）大約為比）大約為1:4，漿液每小時流量控制在，漿液每小時流量控制在1520m3/h，氣量為，氣量為600m3/h，發(fā)泡劑為漿液量的，發(fā)泡劑為漿液量的0.5%（質(zhì)量（質(zhì)量百分比）。由于該工作面是傾斜煤層的俯采，注三相泡百分比）。由于該工作面是傾斜煤層的

55、俯采，注三相泡沫的地點離工作面比離運順近的多，因此三相泡沫容易沫的地點離工作面比離運順近的多，因此三相泡沫容易先從回風順槽的后三角點噴涌而出，因此在下圖中離工先從回風順槽的后三角點噴涌而出，因此在下圖中離工作面大約作面大約10米處的采空區(qū)內(nèi)先注沙形成一道沙墻；并于米處的采空區(qū)內(nèi)先注沙形成一道沙墻；并于10月月30號開始大量注三相泡沫，連續(xù)注了號開始大量注三相泡沫，連續(xù)注了7天。圖天。圖4-7-28為其三相泡沫地點及泡沫擴散示意圖。為其三相泡沫地點及泡沫擴散示意圖。回順AA1頂板2030m 10m三相泡沫流動方向4inch管路運順平面圖A-A1剖面圖出口窒息帶綜采支架采空區(qū)注砂管路砂墻三相泡沫管

56、路圖圖4-7-28 三相泡沫灌注點及擴散示意圖三相泡沫灌注點及擴散示意圖 v 3）應用效果）應用效果v 注三相泡沫情況注三相泡沫情況v N2703綜放工作面采空區(qū)從綜放工作面采空區(qū)從10月月30號到號到11月月5號，連號，連續(xù)注了續(xù)注了7天的三相泡沫，共向采空區(qū)中注黃泥約天的三相泡沫，共向采空區(qū)中注黃泥約672噸，噸，廢水約廢水約2600噸，但是漿液幾乎沒有從采空區(qū)流出。噸，但是漿液幾乎沒有從采空區(qū)流出。10月月5號上午，可以從綜放工作面支架后采空區(qū)各個地方的號上午，可以從綜放工作面支架后采空區(qū)各個地方的煤體裂隙中看到了三相泡沫擴散出來，說明三相泡沫均煤體裂隙中看到了三相泡沫擴散出來，說明三相

57、泡沫均勻充滿了整個采空區(qū)，并進入了煤體的裂隙和漏風通道勻充滿了整個采空區(qū)，并進入了煤體的裂隙和漏風通道，有效地包裹了整個采空區(qū)低、高處的浮煤，封堵了采，有效地包裹了整個采空區(qū)低、高處的浮煤，封堵了采空區(qū)的煤體裂隙，有效地控制了采空區(qū)內(nèi)的高溫火源點空區(qū)的煤體裂隙，有效地控制了采空區(qū)內(nèi)的高溫火源點。v 取樣孔參數(shù)變化情況取樣孔參數(shù)變化情況v 采用三相泡沫防治技術以后，采用三相泡沫防治技術以后，N2703綜放工作面采空區(qū)綜放工作面采空區(qū)的高溫火源點得到了有效地控制，回風巷道和采空區(qū)的高溫火源點得到了有效地控制，回風巷道和采空區(qū)CO濃度變化情況如圖所示。濃度變化情況如圖所示。v 由圖中可以看出，從開始

58、注三相泡沫以來，回風巷和采由圖中可以看出，從開始注三相泡沫以來，回風巷和采空區(qū)內(nèi)的空區(qū)內(nèi)的CO濃度顯著降低，采空區(qū)的隱蔽高溫火源點得濃度顯著降低，采空區(qū)的隱蔽高溫火源點得到了有效的控制。三相泡沫在大興礦的成功應用表明，到了有效的控制。三相泡沫在大興礦的成功應用表明，三相泡沫不僅適用于撲救傾斜俯采綜放工作面采空區(qū)的三相泡沫不僅適用于撲救傾斜俯采綜放工作面采空區(qū)的火災，而且對位置無法準確探測的隱蔽火源，防滅火效火災，而且對位置無法準確探測的隱蔽火源，防滅火效果也十分顯著。果也十分顯著。 05101520253010月2510月2610月2710月2810月2910月3010月3111月111月21

59、1月311月411月5濃度（ppm）日期 010020030040050060070080010月2510月2610月2710月2810月2910月3010月3111月111月211月311月411月5濃度（ppm）日期 （a）回風巷道）回風巷道CO變化變化 （b）采空區(qū)）采空區(qū)CO變化變化圖圖4-7-29注三相泡沫后氣體變化趨勢（圖中直立線位置代表開始注三相泡沫的日期）注三相泡沫后氣體變化趨勢（圖中直立線位置代表開始注三相泡沫的日期）v 4、在特大型火區(qū)中的應用、在特大型火區(qū)中的應用v 2003年年10月月24日，寧夏煤業(yè)集團白芨溝煤礦發(fā)生特大日，寧夏煤業(yè)集團白芨溝煤礦發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，

60、并引發(fā)了大面積的采空區(qū)火災，最終導瓦斯爆炸事故，并引發(fā)了大面積的采空區(qū)火災，最終導致全礦井封閉，井下無法進行任何滅火工作。如果采用致全礦井封閉，井下無法進行任何滅火工作。如果采用地面打鉆注漿方式，漿液在井下不能均勻分散，很可能地面打鉆注漿方式，漿液在井下不能均勻分散，很可能沿著一些巷道流失并淹掉工作面，在恢復生產(chǎn)時發(fā)生潰沿著一些巷道流失并淹掉工作面，在恢復生產(chǎn)時發(fā)生潰漿現(xiàn)象；同時漿液難以達到高位火源點，起不到滅火效漿現(xiàn)象；同時漿液難以達到高位火源點，起不到滅火效果。如果采用注凝膠，一方面大面積采空區(qū)用凝膠滅火果。如果采用注凝膠，一方面大面積采空區(qū)用凝膠滅火不現(xiàn)實；另一方面若從地面鉆孔注凝膠，凝