浅谈胶体灭火技术在白水矿的应用

1、    浅谈胶体灭火技术在白水矿的应用    姚慧卿【摘要】针对白水煤矿21515工作面煤自然发火实际情况及火源位置明确、火区范围小的特点，采用高分子胶体灭火技术对21515工作面进行治理，治理措施得当，21515工作面顺利启封并成功回采撤架。【关键词】自然发火，高分子胶体，钻孔，注胶，火区治理1、概况白水煤矿位于陕西省渭北石炭二叠纪煤田蒲白矿区中部，行政区划属陕西省白水县管辖。矿井设计年生产能力105万吨，服务年限34年，核定能力110万吨/年，实际生产能力75万吨/年。2014-2015矿井瓦斯等级鉴定结果为瓦斯矿井，煤层为不易自燃煤层。2、火区状况

2、分析白水煤矿21515工作面开切眼与老梁二井存在漏风现象，二一集中进风巷通过联络巷与21515工作面联通，开切眼附近存在大量碎煤，二一集中进风巷通过联络巷与老梁二井采空区联通，开切眼附近具备供氧、蓄热条件，可以断定此火灾属于井下煤自燃发火。1）火区1#闭处于回风侧、2#闭处于进风侧，此两道闭内均未查出co，表明高温火区产生的co未扩散和泄漏至该区域，高温火点在21515采空区深部。2）火区3#闭处气流方向不稳定，主要由于高温火区形成的热力风压及火区呼吸现象， 1#、2#和3#闭间通过采空区形成的角联漏风不稳定所引起的。3）火区3#闭处的co浓度仍较高，且有逐步上升的趋势，同时，可测出c2h4、

3、c2h6等高温煤体的指标性气体，表明封闭区内煤体的温度仍较高，高温火区仍未得到完全控制，随时面临复燃的危险，且高温火点随时有可能从该闭墙处发展至21集中进风巷，给矿井的安全生产造成极大威胁。鉴于当时火区仍未得到完全控制，高温火点随时有可能从联络巷闭墙发展至21集中进风巷，需尽快对该火区进行有效和彻底的治理。由于白水矿21515工作面火区的位置较为明确，为确保矿井的安全生产，应采用以降温为主的火区治理技术，彻底熄灭火区，防止高温区域自燃或向其它生产区域蔓延。考虑到矿井的实际情况和火区治理的紧迫性，决定采用降温效果好、现场操作简单、速度快的高分子胶体灭火技术对火区进行快速有效地治理。3、高分子胶体

4、灭火技术3.1 高分子胶体灭火技术的特点胶体防灭火技术在煤层自燃火灾防治的应用实践证明，具有如下特点：火速度快：由于胶体独特的灭火性能，其灭火速度很快，通常巷道小范围的火仅需几天即可扑灭，工作面后方大范围的火也只需半月左右即可扑灭。安全性好：胶体在松散煤体内胶凝固化堵塞漏风通道，故有害气体消失快；在高温下，胶体不会产生大量水蒸汽，不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。火区启封时间短：注胶灭火工程实施完，无需等待即可启封火区。火区复燃性低：高温区内只要有胶体渗透到的地点都不会复燃。3.2 高分子胶体灭火装置的组成3.2.1注胶灭火钻孔快速施工机具向松散煤体内施工钻孔和下套管一直是煤层火灾治理的难点，

5、快速灭火系统建立的关键是要向火区内压注各类灭火材料，因此，向火区内施工钻孔是火区快速控制技术的核心，施工灭火钻孔存在的问题和难点体现在：1）施工钻孔过程中常常出现煤渣“卡钻”现象，且原有钻头和钻杆不宜于用来灌浆注胶，废孔率高。2）向采空区施工钻孔后，抽出钻杆下套管的过程中往往会造成“塌孔”现象，向钻孔里下套管的成功率很小。3）施工钻孔和下套管的时间长，工序复杂，影响了灭火的进度，常用的钻机体积大，受巷道体积和其它因素影响，不利于运输和安放。针对上述三个问题，采用一次性成孔快速灭火打钻机具施工注胶灭火钻孔。该机具在煤体和松散煤体内的最大钻进距离不小于50m，主要由岩石电钻、加水器、连接变头、钻杆

6、、钻头、导轨、支承座等部分组成（图1）。钻杆和套管采用一体化设计，钻杆本身就是套管，钻头有效断面大于内径32mm的套管，钻孔施工完成后，可直接进行连管注浆灭火，无需抽出钻杆后，再下套管，减少了施工工序，且避免了塌孔。1-岩石电钻；2-加水器；3-连接变头；4-钻杆；5-导轨；6-支承座；7-钻头图1 khy-50/38钻具结构及组成图3.2.2 高分子胶体的性能特点高分子胶体主要由水和mcj12灭火剂构成，mcj12高分子胶体灭火剂能使水发生胶凝，形成弹性胶体，脱水率<5%。灭火剂用量主要用途和性能特点：实现水的液固转化，使水在指定地点停留；克服注水流失量大、水的利用率和效率低等问题；解

7、决凝胶成胶原料运输量大、种类多、现场配比难、受压易开裂等问题；3.2.3 高分子胶体灭火设备的结构及工作原理高分子胶体压注机是一种专门将粉状基料按比例分散开撒入水中，并搅拌使之均匀，最终配制成胶体的设备。zhj-5/1.8g礦用移动式防灭火注浆装置主要由防爆电机、减速机、螺杆泵、促凝剂及灭火剂定量送料总成、无级调速机、齿轮泵、传动装置、流量计、压力表及管路等组成3.2.4 注胶工艺流程注胶工艺流，利用“zhj-5/1.8g煤矿用注浆机”，将灭火剂按0.8%以上的比例与水混合后，注入防灭火区域。根据现场情况，灭火剂添加量可由设备自身调节，必要时最大可添加至4%。4、钻孔施工自12月31日至1月9

8、日，完成钻孔13个，其中12个钻孔打到设计位置，一个钻孔报废，完成钻孔长度300m。钻孔开孔位置跨度32.8m，终孔位置跨度42.3m。2010年3月7日，为保证启封工作顺利，从二一集中进风巷向21515工作面进风侧（终孔位置在支架后方20米左右）施工钻孔两个，分别为10.8m和13.2m。5、21515工作面火区治理效果分析自2009年1月1日至31日，共灌注高分子灭火剂12吨，成胶量约1000m3。通过采取胶体防灭火技术灌注高分子胶体灭火剂封堵漏风通道、包裹高温煤体对火区进行了快速治理。治理工作完成后，对火区进行了连续观测，采空区指标气体浓度一直比较稳定，2010年1月1日至1月31日火区观察孔co气体浓度变化曲线见下图，截至2010年4月15日，采空区内指标气体浓度为：o2：4.5%；co：0；t：23。从任何与采空区相连的闭墙均未发现异常情况。2010年4月15日对工作面启封进行了论证，确定启封条件已经成熟，同时确定了启封时间。在所有启封准备工作完成后于2010年4月24日21515工作面成功启封，之后顺利恢复生产。2010年10月下旬，21515工作面回采顺利结束，工作面撤架工作顺利完成。6.结论1）针对密闭区域小范围、火源确定的低瓦斯煤井火灾，高分子胶体灭火技术是快速有效的。2）高分子胶体灭火剂12%的添加比例和其他灭火材料比较，大大节省了运力