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巷道薄喷防灭火
2014年 12月 05日 文章来源:山东思科赛德矿业安全工程平安彩票

近些年来,国内外的一些矿井及科技部门对煤层火灾进行了大量的研究与实践,研制出了一些井下防灭火的可行技术,归纳为以下几大类:

1)堵漏技术:连续供氧是煤层自燃的必要条件之一,堵漏风断绝浮煤氧气供给可有效地防治煤层内因火灾。目前,堵漏的主要手段是水泥喷浆和泡沫喷涂,水泥喷浆工作量大,回弹多,抗动压性差。泡沫堵漏性能好,抗动压性好,但其成本较高,高温时分解,释放出有害气体。

2)均压防灭火技术:均压技术是通过均衡漏风通道进出口两端的负压,杜绝或减少通过有浮煤堆积区域的漏风风量,其实质是降低给浮煤的供氧量。该技术大量降低漏风,缩小采空区氧化带范围,但工作面两端压差不可能降低为零。因此,该技术对于闭区防灭火效果较好,但对于开区防灭火却很困难。 发生内因火灾时,煤的热容量已经很大,煤温也较高,维持自燃的最小氧浓度也降低到了很低,开区均压只能减少漏风,不能完全杜绝漏风,且灭火时间较长。 此外,在均压防灭火技术中,由于矿井实际条件的复杂多变性,致使在使用该技术时,常常因系统压能的测定速度慢和精度低而大大影响该技术的使用效果。

3)灌浆防灭火技术:该技术在我国有自然发火危险的矿井中用得较为普遍,也取得了良好的效果,成为与井下内因火灾斗争的主要措施之一。灌浆防灭火技术有很多优点,泥浆能够吸热降温,对煤体还有包裹作用,能够达到隔绝氧气的目的,同时能胶结顶板、降低采空区空隙率、增加漏风阻力。其缺点是工程量大,泥浆脱水量较大,恶化工作环境,影响煤质,并且流动性强,泥浆都向底部流动,对顶煤和煤柱自燃火灾效果不明显。

4)惰性气体防灭火技术:惰性气体灭火主要原理是降低火区内的氧气浓度,使反应速度和火区范围缩小,以达到窒息火区的目的。此技术以注入氮气和二氧化碳为主,也可注入其它惰性。惰性气体可充满整个空间,既能扑灭大的明火火灾,又能抑制扑灭隐蔽火源,尤其在有瓦斯爆炸可能的火区,还可起到抑爆之功效。但防灭火费用相对较高,对大热容的煤体降温效果不好,而且现场堵漏工作要求相对较高。 此外,对于采空区的注氮防灭火工作的有关参数和机理研究目前并不透彻,尤其是注氮量与氧化带关系、注氮口位置与氧化带的关系,以及如何实现经济注氮,提高注氮防灭火效果。

5)注水灭火:水具有很好的流动性,吸热降温也很快,大量的水能迅速降低火源表面的温度,水的汽化吸收大量的热能,且产生的水蒸汽降低空气中的氧浓度,同时用水灭火其成本低廉。但是,对于煤层火灾,用水要彻底灭火,实属不易。由于煤层自燃,煤体积蓄了大量的热能,不可能一下完全释放,水在煤体表面经过,降低外表温度,内部温度难以完全下降,此时若继续供氧,煤体会很快复燃。水是流体,难以在高处停留,它一旦流过空隙,就会把微小灰尘带走,增加了煤的空隙率,使漏风通道更加畅通;水蒸汽在高温 600℃时,会分解成氢气和氧气,促进高温点火源燃烧,并且一旦与煤干馏产生的有机气体混合,再经过火源,就会发生水煤气爆炸;在用水灭火过程中,将会产生大量水蒸气,若回风通道不畅,水蒸气就会逆流而威胁救火人员的生命安全。

6)阻化剂防灭火技术:阻化剂是抑制煤氧结合,阻止煤氧化的化学药剂。常用阻化剂是一些吸水性很强的盐类,当它们的水溶液附着在易被氧化的煤表面时,在煤表面形成一层含水液膜,阻止了煤和氧的接触,起到了隔氧阻化作用;同时,这些药剂吸水能使煤体长期处于潮湿状态,由于水的吸热降温作用,使煤体在低温氧化时温度不能升高,从而抑制了煤的自热和自燃。阻化剂防火效果较好,但当煤中水分蒸发,减小到一定程度时,阻化作用就会停止,转而变为催化作用,促进煤的氧化与自燃。

7)惰泡防灭火技术:根据目前的技术,稳泡时间能达到 36 小时以上。对采空区压注时,发泡性能很差,起泡倍数低。若仅起阻化,则成本太高,且有效率低。对已形成高温的浮煤,仅依靠惰泡降温隔氧灭火,需注泡量很大,成本很高,且一旦停止注泡很易复燃。

8)水泥基复合材料快速薄喷防灭火。山东科技大学开发的凝胶、胶体水泥浆、稠化胶体和复合材料防灭火技术集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体,使易于流动的水溶液在指定时间和部位发生胶凝,包裹高温煤体,充分发挥水的吸热降温作用,且在明火中不会迅速汽化,因水份缓慢蒸发而逐渐萎缩,灭火安全性好,在井下湿度90%,温度28℃的环境下,13个月后仍保持完好。同时,在该技术的现场使用和推广过程中,研制开发出了井下移动式、管网式、地面移动式和多功能灌浆注胶防灭火系统等多种应用工艺,可根据矿井实际条件进行灵活地设计与使用。凝胶混合液在凝固前,其粘度近似于水,流动较好,可渗透到煤和岩石的裂隙中,可封闭煤层中的空隙,隔断漏风通道,使空气不能浸入煤体。稠化胶体具有的高浓度浆液以及低廉的成本、良好堵漏降温防火性能,使其替代灌注泥浆成为必然趋势。该系列胶体具有固水性、吸热降温性、密封堵漏性、阻化性、以及成胶时间可调等主要特性。

水泥基复合材料快速薄喷防灭火技术直接经济效果的取得首先来源于喷涂厚度的改变,薄喷喷层厚度可控制在2mm左右,而传统喷射混凝土喷层厚度一般在50mm以上,喷涂厚度的减少,极大的降低了喷涂材料使用量;其次来源于劳动组织的改变,薄喷每个班组劳动力仅需4人,而传统喷射混凝土每个班组劳动力需要8人,劳动组织的改变节约了人力资源降低了人工费用;第三来源于喷涂工艺的改变,快速薄喷从湿式拌料到湿式喷射,完成了多年来湿式喷射概念真正意义上的突破,解决了传统喷射混凝土支护(潮喷或湿喷)拌料不均、喷射不稳定引起的回弹率较高问题,降低了材料的消耗量。快速薄喷在取得直接经济效益的同时,也取得了较好的社会效益。主要体现在:薄喷从根本上改变了传统的喷射支护工艺,使得工艺实施过程中施工粉尘大幅降低,显著改善了施工工作环境,为施工人员的身体健康提供了用力的保障;薄喷由于搅拌均匀、喷射稳定以及材料构成的改变,使得喷射支护过程易于掌握和控制,有效的降低了施工劳动强度,提高了施工速度(由传统喷射支护的每班组5米左右,提高到32米左右);薄喷工艺系统适应性强,操作简单,移动灵活,加之材料构成的改变,减少了大量的辅助运输及其它辅助工作量,对缓解矿井井下运输具有实际意义;薄喷封闭性好、表面光滑,有利于矿井通风及通风管理。

    采用水泥基复合材料快速薄喷防灭火技术具有安全可靠、劳动强度低、施工速度快、瓦斯防治有效、经济效果好的优势。水泥基复合材料快速薄喷防灭火技术试验的成功,说明防灭火在技术上可行,安全上可靠,为矿井的高产高效及加快巷道的开拓与维护速度提供了保证。它不仅具有显著的经济效果,而且具有良好的社会效益,具有广泛的应用前景。

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