三相阻化泡沫防治煤炭自燃的特性及应用.doc

三相阻化泡沫防治煤炭自燃的特性及应用 近年来,煤矿安全形势骤然紧张,事故频发不断而煤炭自燃又是我国煤矿的主要灾害之一由煤层自燃引发的瓦斯爆炸、煤尘爆炸轻则影响生产,重则导致矿井封闭、设备损害甚至导致煤矿人员的重大伤亡我国煤矿地质条件复杂有一半以上的煤层都存在自燃如何有效地防治煤炭自燃实现矿井安全高效的开采,一直是煤矿安全工作人员研究的课题为了有效防治煤炭自燃,中国矿业大学通风防灭火提出了三相泡沫防灭火新技术三相泡沫是将不溶性的固态不燃物(如粉煤灰或黄泥)分散在液体(水)中通入惰性气体(N2)或空气并添加极少量的添加剂(发泡剂和稳泡剂)通过三相泡沫发泡器充分搅拌混合形成固体颗粒均匀附着在气泡壁上的大量富集的含有气-液-固三相的体系.该技术集注浆、注泡沫、注惰性气体和注阻化剂的综合防灭火功能又克服了各自技术的不足特别适用于扑灭和防治采空区大面积火灾、防治大倾角俯采综放采空区煤炭自燃、捕寻采空区高位和不明位置火源等.三相泡沫技术已经成功应用于众多矿井,取得了显著的经济效益,并保障了矿井的安全开采三相泡沫防灭火特征 气相为氮气的三相泡沫兼有了一般注浆、注两相泡沫、注氮气、注阻化剂等防灭火技术的优点,又充分克服了这些技术的不足(1)泥浆通过注入氮气发泡后形成三相泡沫,体积量大幅度增大,在采空区中可向高处堆积,对低、高处的浮煤都能覆盖,能够避免拉沟现象注入到采空区的氮气被封装在泡沫之中,能较长时间滞留在采空区中,充分发挥氮气的窒息防灭火功能这是三相泡沫比一般单纯注浆、注氮气的优越之处(2)三相泡沫中含有粉煤灰或黄泥等固态物质,这些固态物质是三相泡沫面膜的一部分,可较长时间保持泡沫的稳定性,即使泡沫破碎了,具有一定黏度的粉煤灰或黄泥仍然可较均匀地覆盖在浮煤上,可持久有效地阻碍煤对氧的吸附,防止煤的氧化,从而有效地防止煤炭自然发火这是三相泡沫比两相泡沫的优越之处由于松散煤体是很复杂的多孔介质,且漏风是时间和空间的函数,因此可以根据采空区内氧浓度分布进行推算松散煤体的漏风强度在工作面中心轴往采空区布置观测点,利用观测到的氧气浓度分布来推算漏风强度,三相泡沫注入采空区后,采空区漏风速率大大减少,如图1所示.图1表明三相泡沫封堵漏风通道和裂隙、包裹煤体的效果优良 图一：三相泡沫堵漏、包裹煤体效果 （3）三一种很好的阻化材料能均匀地分散在煤体上有效阻止煤氧结合官能团的产生和自由基的链式反应对煤的自燃有很好的阻化效果发泡剂作为一种表面活性剂可以改善煤体的表面润湿性能从而能使煤吸收更多的水分极大地增加煤体的湿度同时含有发泡剂的水能在煤体表面形成一层水膜隔断煤与氧气的结合这是三相泡沫比一般的注水、注阻化剂的优越之处取煤进行温升实验,研究三相泡沫的阻化效果煤样质量为50 g一组是原煤样一组是加三相泡沫后的煤样(三相泡沫质量为煤体质量的10%)利用2001型煤炭自燃测试仪采用程序升温方式在绝热罐内通入氧气(100mL#min-1)对煤样进行氧化煤样随时间的温升速率曲线如图2所示从图2可以看出随着氧化时间的增加加了三相泡沫煤样的温升速率比原煤样慢了许多说明三相泡沫对煤体有很好的阻化效果能有效抑制煤体的氧化温升速率 图2 煤氧化升温速率曲线 三相泡沫防治采空区火灾的模拟实验 1、三相泡沫 立体堆积：粉煤灰或黄泥等固态物质的浆体通过注入氮气发泡后就形成了三相泡沫。由于泡沫的比重小，且流动性好，堆积性强，可以在采空区内三维流动，三相泡沫在采空区中可向高处堆积；三相泡沫高效堆积性为治理高处火源创造了很好的条件。 在地面用矸石模拟采空区,矸石堆长4m,宽4m,高1m，矸石堆的空隙率为0在矸石堆上放一火炉里面是燃烧很旺的火火源位置离地面将注三相泡沫的管路埋藏在矸石堆中出口位于矸石堆的中部位置火炉上放一温度传感器测量注三相泡沫过程中火炉温度的变化情况当一切准备就绪后开始注黄泥三相泡沫在以上的实验条件下相泡沫开始从矸石堆的前侧壁的缝隙中冒出来后三相泡沫开始从矸石堆的上部冒出后矸石堆各个地方都可以看到有三相泡沫冒出来后三相泡沫大量从矸石堆的裂隙中冒出来三相泡沫扑灭矸石堆上部火源的过程如图3所示图中可知三相泡沫在多孔介质中可以很快地进行各个方位的渗透在很短的时间内就完全覆盖了整个矸石堆图中熊熊燃烧的煤火在15 min后就被三相泡沫覆盖扑灭其煤炉内的温度变化结果如图7所示 图3三相泡沫注1分钟后的情况　 图4三相泡沫注2分钟后的情况 图5 三相泡沫注9分钟后的情况 图6三相泡沫注15分钟后的情况 图火炉温度变化趋势 从图7可以看到:当开始注三相泡沫9 min后三相泡沫通过渗流大量涌出达到火炉火炉温度开始急剧下降当开始注三相泡沫17min后,即短短8min的时间火炉温度就下降到45表明三相泡沫灭火灾能力强覆盖性好因