孫艷偉

摘 要：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(guò)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。

關(guān)鍵詞：礦井防滅火；發(fā)泡器 ；三相泡沫

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.224

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(guó)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(xiǎn)。為能夠有效避免煤炭自燃，國(guó)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(duì)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(lái)，阻化汽霧、凝膠以及膠體泥漿與泡沫樹(shù)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(guò)程中仍有一些問(wèn)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(duì)浮煤做到覆蓋，可使泡沫在較長(zhǎng)時(shí)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(guò)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(duì)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(duì)于發(fā)泡器而言，其自身并不需要?jiǎng)恿ρb置，僅僅是對(duì)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(dòng)能均比較高，混合之后在低壓區(qū)域會(huì)出現(xiàn)能量過(guò)剩情況，依據(jù)熱力學(xué)原理，這些過(guò)剩能量可對(duì)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(duì)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(guò)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(duì)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(guò)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(duì)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(shí)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(yàn)

粉煤灰中的成分相對(duì)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(shí)間比較長(zhǎng)，一項(xiàng)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(guò)分析粉煤灰固體成分及大量相關(guān)研究，從而對(duì)粉煤灰進(jìn)行優(yōu)化選擇，使其對(duì)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(shí)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(shí)，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(chǎng)應(yīng)用

在全國(guó)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(gè)區(qū)域，而在義馬煤田中耿村煤礦屬于比較典型的一個(gè)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(wàn)t /a，在建設(shè)礦井過(guò)程中，所發(fā)生的煤層自燃共有7次，在以后生產(chǎn)過(guò)程中，特別是對(duì)于后期所開(kāi)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(huì)不斷增加，導(dǎo)致多次有高溫點(diǎn)出現(xiàn)，從而對(duì)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(duì)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(duì)于三相泡沫防滅火技術(shù)而言，其對(duì)氮?dú)庵舷⑿?、水吸熱降溫特點(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(zhǎng)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： 煤炭工業(yè)出版社，2006：14.

[2]吳強(qiáng)，陳文勝.煤自燃的熱重分析研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2008，4（01：71-73.

[3]劉文卉.合陽(yáng)一礦煤自燃特性參數(shù)及預(yù)報(bào)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)研究[D].西安： 西安科技大學(xué)，2012.