崇信县百贯沟煤业有限公司 甘肃 平凉 744200
摘要：浅孔注三相泡沫、深孔注泡沫凝胶，形成灌堵结合的防灭火措施。利用深孔灌注泡沫凝胶，泡沫凝胶堆积并封堵采空区空隙，进一步利用浅孔灌注三相泡沫，形成灌堵结合，减少三相泡沫的流失，提高了三相泡沫的防灭火效率。
关键词：三相泡沫；泡沫凝胶；综合防灭火措施
0前言
百贯沟煤矿生产能力60万t/a，采用斜井开拓方式，通风方式为抽出式，属于低瓦斯矿井。瓦斯绝对涌出量为0.66m3/min，相对涌出量0.48m3/min。现开采5号煤层，自燃倾向性检验为Ⅱ类自然煤层，自然发火期为3~6个月，且煤尘具有爆炸性。1503工作面三角煤的出现，是由于通风系统调节、1503新增运输道与1503运输道在下隅角端头处交叉形成的。
一、工作面三角煤氧化机理
在三角煤柱区域内，竖直应力急剧增大，应力集中最为严重；受到采动影响而发生煤柱变形的现象。三角煤柱区域应力集中系数较大，破碎程度较为严重。
三角煤柱内漏风流速较高，煤体处于较强的氧化作用之中。三角煤柱是煤氧化的危险区域。巷道之上的顶煤相对势弱，煤柱内部的漏风风压的分布及其流态基本呈均匀的态势；整个煤柱体内氧的浓度分布不是均匀的，上部接顶煤氧浓度几乎为0。煤柱下部氧浓度衰减均匀，，煤柱耗氧能力是相当强，漏风流在通过煤柱后氧己消耗殆尽，随着煤体氧化升温还会使煤的氧化能力成倍增加。当工作面长时间停采，为煤自热提供良好的蓄热环境，极易发生煤自燃。
工作面防灭火技术现状
煤自然发火是煤氧复合作用的结果，一般需要满足以下条件才有自燃的可能：①煤具有自燃倾向性（所有煤均可燃烧）；②有大量遗煤存在；③连续供氧条件；④热量易于积聚。简言之，为煤的内在属性及外部影响因素。由于目前对煤自燃反应机理及致灾机制研究不足，在煤自燃火灾治理方面，主要依靠改变外在条件防治自然火灾。
为了防治煤炭自燃，国内外广泛采用灌浆、注水、喷洒阻化剂、注凝胶和三相泡沫等，近年来，又逐渐展开了高水材料、无机固化材料及泡沫树脂等防灭火材料和技术的研究。
20世纪“六五”开始，灌浆等防灭火技术已经广泛应用并沿用至今天，目前一些矿井也已经建立井上灌浆系统，作为预防性防灭火措施。惰性气体技术从20实际70年代开始在国外等发达国家煤矿中大量使用，从80年代开始，我国开始了氮气防灭火技术的推广和应用。
凝胶是一种理想的矿用防灭火材料。凝胶防灭火主要有以下几种作用机理：利用高压将凝胶注入到煤壁或采空区，凝胶被充填至煤体内部，对其进行覆盖，起到隔氧降温的功能。凝胶能够包围高温源，充分利用水的吸热降温功能，另外能够有效地避免灌浆和注水防灭火中产生的泄漏等问题；同时，凝胶具有极强的耐火能力，保证了灭火的安全性；再者由于凝胶有较强的固水性，在矿井湿度为90%，温度为28°C的环境下，胶体可以保持一年的完整期，因此凝胶防灭火技术能够充分延长对发火区域的作用时间，再者，凝胶可以钝化煤体表面的活性基团，破坏自由基的形成。
三相泡沫是由固态不燃物（粉煤灰或黄泥等）、气体（惰性气体或压风）和水三相介质组成。通过研制高效三相泡沫发泡剂和发泡装置，利用矿井已有的灌浆系统，加入气源和发泡剂，使泥浆发泡，体积增大。三相泡沫流动性好，大流量的三相泡沫能在采空区中形成三维流动方式，较之一般的水浆和凝胶，覆盖面更广，可快速向上部堆积，能将更多的水、固体不燃物（黄泥、粉煤灰）带入防灭火区域，极大地提高了防灭火效果，特别适合扑灭隐蔽火源的火灾。三相泡沫集固、液、气三相材料的防灭火性能于一体，利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、氮气的窒息性和水的吸热降温性进行防灭火，大大提高了防灭火效率。
百贯沟矿“三角煤”自燃氧化治理
根据煤炭自燃的条件，通过对其自燃机理的分析，制定煤炭自燃的理论措施，目的就是通过理论的建立来指导防火技术措施的实施。
首先控制漏风。控制漏风通道，减少向煤自燃危险区域漏风量。连续供氧是采空区遗煤自燃的必要条件，通过控制漏风量，可降低自燃发火的危险性。控制漏风最有效的措施是隔绝供风通道和注惰性气体。
其次灌注防灭火材料。隔离煤与氧，降低煤氧化速率。通过将防灭火材料喷洒或覆盖在浮煤上，包裹媒体，降低温度，控制氧化。
基于上述原则，制定了以灌注泡沫凝胶和三相泡沫为主，注水、控风为辅的综合防灭火措施。
（1）利用一次性成孔钻机快速向1503工作面下端头采空区发火隐患点打钻注水及三相泡沫，及时控制并消除明火源，防止火势向工作面中上部蔓延。共计施工15个钻孔，注入三相泡沫30吨。
（2）在1505回风道上口平台及1505回风斜巷向1503工作面下端头采空区三角煤柱及发火隐患点打钻注入凝胶泡沫，共计施工钻孔5个，注入凝胶泡沫20吨。钻孔施工参数如表2。
（3）控制采空区漏风。首先在1503工作面下端头支架撤除前，于1503运输道施工了临时调节风墙，从而降低了工作面的压能，减少采空区漏风；其次在工作面下端头支架撤除之后，快速封闭了1503运输道，并从1503回风道向1503工作面压入式局部通风，防止火势向上蔓延，杜绝了采空区漏风；最后1503工作面支架全部撤除后，永久封闭了1503回风道，不间断向采空区注入氮气，并利用埋设措施管向火源点注黄泥浆，达到了窒息、降温灭火的目的。
4 结束语
三角煤柱的形成，导致端头存在大量破碎煤体，同时，长时间的停采、漏风加剧煤氧化速率，最终发生煤自燃，并出现明火。通过实施灌注三相泡沫、水、泡沫凝胶、均压等综合防灭火措施，有效地遏制火情的恶化，并最终成功灭火，保障了工作面的安全回撤。
参考文献：
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[3]陆伟，刘朝伟，张青松.泡沫载体技术在煤矿防灭火中的应用[J].矿业安全与环保,200936（SI）：185-187.
作者简介：王宁（1983年出生），男，山东聊城冠县人，中级工程师职称，本科学历，就职于甘肃省平凉市崇信县百贯沟煤业有限公司
论文作者:王宁,路亚楠
论文发表刊物:《科技新时代》2018年7期
论文发表时间:2018/9/12
标签：凝胶论文; 泡沫论文; 工作面论文; 采空区论文; 矿井论文; 措施论文; 技术论文; 《科技新时代》2018年7期论文;