1、三相泡沫滅火劑在國投新集二礦的應用88能源技術與管理2008年第4期三相泡沫滅火劑在國投新集二礦的應用高嶺,邵立安(1_國投新集公司,安徽淮南232000;2.中國礦業(yè)大學應用學院,江蘇徐州t221008)摘要處理礦井火災急需選擇一種或多種滅火充填材料來處理發(fā)火點.新集二礦引進了新型防火材料一三相泡沫滅火劑,快速有效地解決大范圍采空區(qū),高冒區(qū),高溫點普通防滅火措施難以解決的難題.關鍵詞三相泡沫滅火劑;自然發(fā)火;充填材料;防滅火中圖分類號TD752.2文獻標識碼B文章編號1672-9943f2()()8)04一O08830前言國投新集二礦于1996年正式投人生產(chǎn),礦井設計能力300萬,高突礦井,

2、地質條件復雜,5個主采均具有自然發(fā)火性,煤塵具有爆炸危險性.建礦以來,已經(jīng)發(fā)生了多次煤層自然火災.每次火災都為礦井的安全生產(chǎn)帶來重大威脅并帶來重大的經(jīng)濟損失.發(fā)火等級為容易自然發(fā)火煤層,各煤層的自然發(fā)火期為36個月.尤其是131煤,具有易自燃及低溫氧化特性,該煤層1307回風上山在施工過程中發(fā)生了高冒點煤炭自燃,該處煤層僅揭露23d.1問題的提出受煤層自燃特性,賦存條件及其它因素的影響,在采掘過程中,在煤體內經(jīng)常形成局部冒落空間和采空區(qū)內遺煤較多,這就需要對高冒點進行充填,對采空區(qū)進行預防性灌漿,若高冒點或采空區(qū)出現(xiàn)了煤層自燃,必須及時對高冒點或采空區(qū)壓注防滅火材料口.(1)灌漿的困擾.常規(guī)性

3、的采空區(qū)防滅火措施是灌漿.新集二礦在1997年就建立地面永久灌漿站,設計灌漿能力能夠滿足礦井預防性灌漿需求.在綜采工作面實際灌漿過程中,由于采空區(qū)遺留的煤炭堆積以及采空區(qū)底板在地壓作用下形成不規(guī)則的采空區(qū)底板,漿液不能很好地覆蓋在采空區(qū)浮煤上,而是沖開一些通道股狀流出,不但不能達到預期的防滅火作用,還給工作面的環(huán)境帶來了挑戰(zhàn)性問題.加大漿液濃度比,會經(jīng)常造成灌漿管路被堵.(2)預防性注氮氣不盡人意.新集二礦在1999年購買了井下移動式碳分子篩制氮車,氮氣需求量很大,純度要求高.氮氣隨采隨注效果并不理想,因為采空區(qū)是一個開放式的空間,不斷地向前推進,工作面風量需求較大,給工作面上下隅角形成較大的

4、負壓,總是能使得氧化帶的寬度保持在一定的范圍內.(3)艾格勞尼,化肥凝膠等的弊端.如某些高冒點出現(xiàn)明火,控制火勢后,要及時對高冒點充填,隔絕空氣;某些地點發(fā)生火災時需要快速封閉,以達到安全,快速消除隱患的目的等.艾格勞尼作為雙組份阻燃混合泡沫,能起到密閉氣體和瓦斯,填充沒有機械強度要求的密閉空間或裂隙的作用,這個時候可以大顯身手.樹脂及發(fā)泡劑為化學藥品,是艾格勞尼的兩種混合劑,對人的皮膚,有害.化肥凝膠也是有很重的化肥味道,刺激人們的眼睛.艾格勞尼成本也較高.MEA具有很多好處,諸如:固水性,熱降溫性,滲透和堵漏性,阻化性,熱穩(wěn)定性等較好的優(yōu)良品質.在處理高冒點和局部碎煤柱發(fā)火時,新集二礦依然

5、在使用這種材料充填,固體配量較少,運輸方便.但不能把這種固體料和灌漿的漿液配合,不容易對采空區(qū)進行充填.(4)問題的解決.三相泡沫防滅火劑的應用給以上問題的解決提供了答案.2三相泡沫防滅火劑的選用三相泡沫滅火劑是將固體(粉煤灰或粘土),氣體(井下壓縮空氣),液體(水及三相泡沫發(fā)泡劑KSF)三種物質按一定的比例混合,通過一定的設備生產(chǎn)出一種易流動,流量大,堆積合理的三相高倍數(shù)的泡沫.2.1性目匕p_,丁ae日u.-標發(fā)泡倍數(shù)大于30倍,穩(wěn)定時間高于12h;水2008年第4期高嶺,等三相泡沫滅火劑在國投新集二礦的應用89灰比(質量比)為2:16:1;耗漿量為1530m3/h;三相泡沫產(chǎn)生量為450

6、900m3/h;發(fā)泡劑使用的比例0.2%0.5%.2_2三相泡沫滅火劑滅火的原理三相泡沫通過發(fā)泡器物理發(fā)泡,泡沫將粉煤或黃泥均勻地分散在煤體上,粉煤灰或黃泥對煤的顆粒進行包裹,對低,中,高處煤體都能起到良好的覆蓋包裹作用,同時粘著力比較強,起到了阻止煤氧化,同時又能起到降溫,充填的作用,三相泡沫滅火劑能夠快速有效地解決大范圍采空區(qū),添加泵發(fā)泡劑高冒區(qū),高溫點普通防滅火措施難以解決的難題.2.3使用三相泡沫滅火劑所需的設備使用三相泡沫滅火劑需要建立地面永久制漿站,以便能夠制出大量的漿液,從制漿站延接管路至井下各個需要灌注的地點.在地面漿液的主管路上,設置三通與三相泡沫發(fā)泡劑定量添加泵(KFB一1

7、)相聯(lián),添加泵也可安設在井下某合適的地點,在需要灌注地點以外安設物理發(fā)泡器,即管路上設置三通與壓風管路連接.三相泡沫注漿系統(tǒng)如圖1所示.點圖1三相泡沫注漿系統(tǒng)示意圖若無地面制漿站或由于受到井下條件的限由于三相泡沫在壓力作用下,能夠進入到冒制,可在井下利用KBY一50/70泵,制漿液,對其管頂區(qū)的全部空間,對空頂處的煤體能夠達到全部路進行改造,在管路上聯(lián)上添加泵及物理發(fā)泡器,覆蓋包裹,部分三相泡沫能夠進入到煤,巖層的裂通過管路可遠距離操作,利用此種簡易設備,可對隙中,從而使空頂處散落堆積的煤體與空氣達到高溫點或對范圍不大的密閉空間進行小流量的壓徹底隔絕;同時三相泡沫又能吸熱,對煤體又能起注,同樣

8、能夠達到效果.到很好的降溫作用.高冒點內的溫度及CO下降3現(xiàn)場應用情況3.1在處理采空區(qū)高溫的應用新集二礦1604工作面回采的是6煤,2004年1O月份封閉,采空區(qū)2005年7月30日出現(xiàn)高溫達42,開始采用傳統(tǒng)的方法灌黃泥漿進行處理,效果不明顯,溫度仍有增高的趨勢.采用三相泡沫滅火劑對采空區(qū)進行灌漿液,效果較為明顯,溫度及CO下降的速度都較快,效果較為明顯.3.2在處理巷道高溫點時的應用新集二礦131煤厚2.688.13m,平均煤厚5.18m,1308風巷在掘進過程中由于未跟上頂,出現(xiàn)了不少高冒點,均有發(fā)火危險,采取了已對整條巷道噴漿及對高冒點注凝膠等措施,但效果不甚理想.最后決定采用注三相

9、泡沫滅火劑對高冒點進行充填,如圖2所示.AA三相泡沫圖2高溫點注三相泡沫示意圖速度較快.可見注三相泡沫后,溫度及CO下降的速度都較快,效果都較為明顯.4操作時應注意事項(1)灌漿前檢查各地點管路及閥門是否完好,灌漿地點設置電話,灌漿時上下聯(lián)系方便;(2)泥漿液的配比:土與水的重量比在1:5至1:6之間較為合適;(3)泥漿液與發(fā)泡劑的配比:1m泥漿液配0.5kg發(fā)泡劑,井下使用的壓風壓力不得小于0.4MPa;(4)操作時,要佩戴好防護眼鏡,以防發(fā)泡劑濺到眼睛內;(5)操作結束后及時對管路進行沖洗,以防堵塞管路;(6)流量控制在20m3/h比較適宜.5經(jīng)濟效益三相泡沫滅火劑在1604采空區(qū)高溫點治

10、理工作中成功地發(fā)揮了作用.如果以每個月2O萬t的煤炭產(chǎn)量,那么如果該通道的煤炭自燃隱患不能有效及時的治理,以現(xiàn)在每噸煤成本260元計算的話,則每個月直接的原煤損失5200萬元,還能源技術與管理2008年第4期不包括一旦發(fā)生火災所投入的人力,物力和財力以及可能造成的嚴重事故.該礦1308風巷在掘進過程中由于未跟上頂,出現(xiàn)了不少高冒點,均有發(fā)火危險,于2005年8月1013對1308風巷598棚巷頂注三相泡沫后,高冒點內的溫度及CO均顯著下降,取得了很好的防治效果.如果該巷道高冒區(qū)的煤層自燃得不到控制,那么很可能影響該工作面后續(xù)的生產(chǎn),以每個月20萬t的煤炭產(chǎn)量,如果耽誤2個月,按每噸煤炭400元

11、的售價計算,那么采用三相泡沫技術后,為該礦贏得1.6億元的產(chǎn)值.節(jié)支總額=采用其它防滅火措施費用一采用三相泡沫防滅火措施費用=120萬t×27.5元/t一120萬t×1.5元/t一3120萬元6結語三相泡沫技術充分利用了三相介質防滅火的優(yōu)點,克服了現(xiàn)有防滅火技術存在的不足,成為了一項防治煤炭自燃十分有效和經(jīng)濟的新技術與手段.在通過現(xiàn)場應用證實,三相泡沫技術對預防和撲滅采空區(qū)高位和不明位置火源,傾斜俯采綜放工作面煤炭自燃以及特大型火區(qū)效果顯著,特點突出.該技術必將具有十分廣闊的推廣應用前景.參考文獻1秦書玉,等.煤礦井下內因火災防治技術M.沈陽:東北大學出版社,1993.作者

12、簡介高嶺(1974一),男,助理工程師,1996年畢業(yè)于大同煤校礦井通風與安全專業(yè),1996年至今在國投新集公司從事通風技術工作,2004年考入中國礦業(yè)大學學習安全工程專業(yè).收稿日期:2008-03-06(上接第64頁)其垂高(砂)應等于冒落帶的最大高度(冒)加上保護層厚度(H保),即H砂=冒+保因此,H砂=(12.817.5)+10=22.827.5(m).即:綜放開采時,防砂煤巖柱厚度不小于27.5m,預計最大裂高38.0m.該面巖土柱厚度為2560m,局部裂縫帶進入含水砂層,基本滿足留設防砂煤柱的要求.4.4.4開采上限的確定7125工作面第四系底部的松散含水砂層為弱含水層,底部有一層厚

13、010的粘性土層,可以作為防砂煤柱的一部分,由此確定保護煤柱的類型為防砂煤巖(土)柱.在正常地質采礦條件下,綜放開采時,防砂巖柱厚度不小于27.5m.該面基巖面標高為145190m,故取基巖面最高標高一145m,由此得出7125綜放工作面開采上限標高為一172.5m.該面實際防砂煤巖柱厚度為2560m,剩余巖柱為一2.532.5m,局部巖柱厚度不足;而實際防砂煤巖(土)柱總厚度為3064m,剩余煤巖(土)柱厚度為2.536.5m,基本滿足防砂煤巖柱高度的理論計算要求.但為了安全起見,開采上限標高應不高于一175m.4.5工作面涌水量預計按北輔塊段和西輔塊段提高上限區(qū)域已開采的工作面的實際涌水量類比,結合本面的地質及水文地質條件,預計該面正常涌水量為6m3/h,最大涌水量為30m3/h.5結論(1)據(jù)該工作面附近的鉆孔資料可知,第四系下部含水層屬弱富水性含水層,在這種水文地質條件下可以采取留設防砂煤柱的方法開采.(2)預計7125綜放工作面回采后,冒落帶高度為12.817.5m,防砂巖柱厚度不小于27.5m;預計最大裂高38.0m.7125綜放工作面開采上限標高確定為一175m.該面實際防砂煤巖柱厚度為2560m,實際防砂煤巖(土)柱總厚度為3064m,剩余巖土柱為2.536.5m,滿足防砂煤巖柱高度的理論計算要求,因而將開采上限從一200m提高到一175