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三相泡沫防滅火技術(shù)的研究與應(yīng)用三相泡沫滅火技術(shù)是將固液氣三相介質(zhì)發(fā)泡后形成的大量泡沫注入火區(qū)或采空區(qū),覆蓋在浮煤上,有效的抑制煤炭的氧化。通過實(shí)踐使用,有效地預(yù)防了采煤工作面采空區(qū)遺煤的自燃,實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn),進(jìn)一步證實(shí)了三相泡沫具有降溫、惰化、阻化、抑爆等綜合防滅火性能。標(biāo)簽:礦井防滅火;發(fā)泡器;三相泡沫1概述在煤礦工程中,礦井火災(zāi)屬于一種主要災(zāi)害。依據(jù)相關(guān)調(diào)查研究顯示,在我國統(tǒng)配煤礦及重點(diǎn)煤礦中,有47%左右礦井存在自然發(fā)火危險。為能夠有效避免煤炭自燃,國內(nèi)外煤礦通常都選擇灌漿、噴灑阻化劑以及注入惰性氣體等相關(guān)技術(shù)。對于灌漿材料而言,所選擇的主要包括黃泥及粉煤灰,另外還包括水泥砂漿、砂子以及高水材料與石膏等,近幾年來,阻化汽霧、凝膠以及膠體泥漿與泡沫樹脂等有關(guān)防滅火技術(shù)也有著十分廣泛的應(yīng)用。然而,在實(shí)際應(yīng)用過程中仍有一些問題存在。大力推廣三相泡沫防滅火新技術(shù)、新工藝和新裝備是煤礦防滅火的有效措施。2三相泡沫防滅火技術(shù)2.1三相泡沫防滅火原理三相泡沫是集固、液和氣三相材料于一體的防滅火新型介質(zhì),泡沫注入采空區(qū)后,泥漿因注入空氣體積大幅快速增加,并在采空區(qū)中可向高處堆積,對浮煤做到覆蓋,可使泡沫在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定性,在泡沫破碎之后,具備一定黏度粉煤灰仍能夠在浮煤上均勻覆蓋,從而可有效防止煤吸附氧,可有效避免煤氧化,從而有效避免煤炭出現(xiàn)自燃情況。2.2三相泡沫的發(fā)泡機(jī)理將發(fā)泡劑(KSF)加入粉煤灰漿液之后,一方面而言,發(fā)泡劑能夠使?jié){液表面張力得以有效降低,使其形成泡沫;另一方面而言,粉煤灰能夠由親水性轉(zhuǎn)變成為疏水性,可使其在氣泡壁上粘附。在通過發(fā)泡器之后,漿液可實(shí)現(xiàn)物理發(fā)泡,從而可使防滅火三相泡沫得以形成。對于三相泡沫發(fā)泡而言,其所選擇的屬于物理機(jī)械發(fā)泡方式,所以為能夠使高倍數(shù)三相泡沫得以產(chǎn)生,其中比較關(guān)鍵的就是發(fā)泡器。對于發(fā)泡器而言,其自身并不需要動力裝置,僅僅是對漿體能量進(jìn)行利用,在進(jìn)入發(fā)泡器之后,在集流器及發(fā)泡器兩者之間的旋轉(zhuǎn)斜面上,可使湍流渦流得以形成,可使固體、液體及氣體實(shí)現(xiàn)充分混合。由于泥漿及氣體所具備動能均比較高,混合之后在低壓區(qū)域會出現(xiàn)能量過剩情況,依據(jù)熱力學(xué)原理,這些過剩能量可對三相混合液體進(jìn)行做功,并且由于存在發(fā)泡劑,可使具備三相介質(zhì)泡沫群體得以大量形成,然后經(jīng)高速泡沫泥漿沖擊旋轉(zhuǎn)葉輪,可繼續(xù)將泡沫細(xì)化,從而使所形成的三相泡沫均勻致密細(xì)膩。2.3三相泡沫制作系統(tǒng)對于三相泡沫制備以及灌注系統(tǒng)而言,其組成主要包括制漿站、過濾器、注漿管路、發(fā)泡器、發(fā)泡劑添加裝置,另外還有混合器以及注氮裝置。首先,在制漿站中可先用高壓水槍對山上黃土進(jìn)行沖洗,從而使適當(dāng)濃度黃泥漿得以形成,通過兩道濾網(wǎng)依靠泥漿自重流到井下;利用定量螺桿泵向注漿管路中注入發(fā)泡劑;在混合器中對漿液及發(fā)泡劑進(jìn)行攪拌,使其充分混合,然后向發(fā)泡器中注入,在發(fā)泡器中連接氮?dú)夤苈?,此時氣體及黃泥漿體能夠產(chǎn)生相互作用,從而可使倍數(shù)較高的三相泡沫得以形成。2.4三相泡沫參數(shù)試驗粉煤灰中的成分相對比較復(fù)雜,在同一體系中很難與水及氮?dú)夤泊?,因此為能夠使所形成三相泡沫倍?shù)比較高,并且穩(wěn)定時間比較長,一項關(guān)鍵因素就是發(fā)泡劑。之所以添加發(fā)泡劑,其目的就是使?jié){體表面張力得以降低,使其更容易產(chǎn)生氣泡。在選擇發(fā)泡劑方面,應(yīng)當(dāng)將粉煤灰組成及顯微結(jié)構(gòu)分析作為依據(jù)進(jìn)行確定。通過分析粉煤灰固體成分及大量相關(guān)研究,從而對粉煤灰進(jìn)行優(yōu)化選擇,使其對粉煤灰及黃泥具有較好作用。(1)漿液濃度。漿液濃度直接影響到發(fā)泡劑的發(fā)泡能力,粉煤灰(黃泥)漿液濃度在20%—50%時發(fā)泡劑的發(fā)泡性能最好。(2)發(fā)泡劑的濃度。發(fā)泡劑濃度為0.2%時,發(fā)泡能力就達(dá)到較高水平。(3)發(fā)泡倍數(shù)影響。在常溫常壓狀態(tài)下,泡沫穩(wěn)定性及發(fā)泡倍數(shù)之間存在十分密切關(guān)系,通常情況下泡沫穩(wěn)定性及發(fā)泡倍數(shù)兩者之間表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系。3三相泡沫防滅火技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用在全國范圍內(nèi)的煤層自燃區(qū)域中,義馬煤田屬于比較嚴(yán)重的一個區(qū)域,而在義馬煤田中耿村煤礦屬于比較典型的一個自然發(fā)火礦井,其發(fā)火期最短僅僅為7d。該礦歷經(jīng)多次改擴(kuò)建后核定生產(chǎn)能力達(dá)到400萬t/a,在建設(shè)礦井過程中,所發(fā)生的煤層自燃共有7次,在以后生產(chǎn)過程中,特別是對于后期所開采二3煤層而言,其厚度比較大,選擇綜采放頂煤工藝,在采空區(qū)域內(nèi)遺煤數(shù)量會不斷增加,導(dǎo)致多次有高溫點(diǎn)出現(xiàn),從而對煤礦安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求,在采空區(qū)內(nèi)可對三相泡沫防滅火技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用,其所得到結(jié)果就是,在向防滅火區(qū)域內(nèi)注入三相泡沫之后,可使存在自燃傾向煤層快速隔絕氧氣,并且可冷卻降溫,在采空區(qū)內(nèi)可有效降低一氧化碳濃度,從而具有較好防火及滅火效果。4總結(jié)對于三相泡沫防滅火技術(shù)而言,其對氮?dú)庵舷⑿浴⑺鼰峤禍靥攸c(diǎn)以及粉煤灰覆蓋性進(jìn)行充分利用,從而有效防治煤炭自然發(fā)火,并且能夠滅火,并且能夠使固液氣形成有機(jī)整體,可在自然發(fā)火區(qū)域內(nèi)長期保存,可使三相材料所具備防火及滅火功能得以充分發(fā)揮,從而更有效地防治煤炭自然發(fā)火,應(yīng)用前景十分廣闊。參考文獻(xiàn):[1]付永水,李建新.義馬礦區(qū)煤層自然發(fā)火防治技術(shù)[M].北京:煤炭工
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