三相泡沫防灭火技术的研究与应用

三相泡沫防灭火技术的研究与应用三相泡沫灭火技术是将固液气三相介质发泡后形成的大量泡沫注入火区或采空区，覆盖在浮煤上，有效的抑制煤炭的氧化。通过实践使用，有效地预防了采煤工作面采空区遗煤的自燃，实现了安全生产，进一步证实了三相泡沫具有降温、惰化、阻化、抑爆等综合防灭火性能。标签：矿井防灭火；发泡器；三相泡沫1概述在煤矿工程中，矿井火灾属于一种主要灾害。依据相关调查研究显示，在我国统配煤矿及重点煤矿中，有47%左右矿井存在自然发火危险。为能够有效避免煤炭自燃，国内外煤矿通常都选择灌浆、喷洒阻化剂以及注入惰性气体等相关技术。对于灌浆材料而言，所选择的主要包括黄泥及粉煤灰，另外还包括水泥砂浆、砂子以及高水材料与石膏等，近几年来，阻化汽雾、凝胶以及胶体泥浆与泡沫树脂等有关防灭火技术也有着十分广泛的应用。然而，在实际应用过程中仍有一些问题存在。大力推广三相泡沫防灭火新技术、新工艺和新装备是煤矿防灭火的有效措施。2三相泡沫防灭火技术2.1三相泡沫防灭火原理三相泡沫是集固、液和气三相材料于一体的防灭火新型介质，泡沫注入采空区后，泥浆因注入空气体积大幅快速增加，并在采空区中可向高处堆积，对浮煤做到覆盖，可使泡沫在较长时间内保持稳定性，在泡沫破碎之后，具备一定黏度粉煤灰仍能够在浮煤上均匀覆盖，从而可有效防止煤吸附氧，可有效避免煤氧化，从而有效避免煤炭出现自燃情况。2.2三相泡沫的发泡机理将发泡剂（KSF）加入粉煤灰浆液之后，一方面而言，发泡剂能够使浆液表面张力得以有效降低，使其形成泡沫；另一方面而言，粉煤灰能够由亲水性转变成为疏水性，可使其在气泡壁上粘附。在通過发泡器之后，浆液可实现物理发泡，从而可使防灭火三相泡沫得以形成。对于三相泡沫发泡而言，其所选择的属于物理机械发泡方式，所以为能够使高倍数三相泡沫得以产生，其中比较关键的就是发泡器。对于发泡器而言，其自身并不需要动力装置，仅仅是对浆体能量进行利用，在进入发泡器之后，在集流器及發泡器两者之间的旋转斜面上，可使湍流涡流得以形成，可使固体、液体及气体实现充分混合。由于泥浆及气体所具备动能均比较高，混合之后在低压区域会出现能量过剩情况，依据热力学原理，这些过剩能量可对三相混合液体进行做功，并且由于存在发泡剂，可使具备三相介质泡沫群体得以大量形成，然后经高速泡沫泥浆冲击旋转叶轮，可继续将泡沫细化，从而使所形成的三相泡沫均匀致密细腻。2.3三相泡沫制作系统对于三相泡沫制备以及灌注系统而言，其组成主要包括制浆站、过滤器、注浆管路、发泡器、发泡剂添加装置，另外还有混合器以及注氮装置。首先，在制浆站中可先用高压水枪对山上黄土进行冲洗，从而使适当浓度黄泥浆得以形成，通过两道滤网依靠泥浆自重流到井下；利用定量螺杆泵向注浆管路中注入发泡剂；在混合器中对浆液及发泡剂进行搅拌，使其充分混合，然后向发泡器中注入，在发泡器中连接氮气管路，此时气体及黄泥浆体能够产生相互作用，从而可使倍数较高的三相泡沫得以形成。2.4三相泡沫参数试验粉煤灰中的成分相对比较复杂，在同一体系中很难与水及氮气共存，因此为能够使所形成三相泡沫倍数比较高，并且稳定时间比较长，一项关键因素就是发泡剂。之所以添加发泡剂，其目的就是使浆体表面张力得以降低，使其更容易产生气泡。在选择发泡剂方面，应当将粉煤灰组成及显微结构分析作为依据进行确定。通过分析粉煤灰固体成分及大量相关研究，从而对粉煤灰进行优化选择，使其对粉煤灰及黄泥具有较好作用。（1）浆液浓度。浆液浓度直接影响到发泡剂的发泡能力，粉煤灰（黄泥）浆液浓度在20%—50%时发泡剂的发泡性能最好。（2）发泡剂的浓度。发泡剂浓度为0.2%时，发泡能力就达到较高水平。（3）发泡倍数影响。在常温常压状态下，泡沫稳定性及发泡倍数之间存在十分密切关系，通常情况下泡沫稳定性及发泡倍数两者之间表现为负相关关系。3三相泡沫防灭火技术的现场应用在全国范围内的煤层自燃区域中，义马煤田属于比较严重的一个区域，而在义马煤田中耿村煤矿属于比较典型的一个自然发火矿井，其发火期最短仅仅为7d。该矿历经多次改扩建后核定生产能力达到400万t/a，在建设矿井过程中，所发生的煤层自燃共有7次，在以后生产过程中，特别是对于后期所开采二3煤层而言，其厚度比较大，选择综采放顶煤工艺，在采空区域内遗煤数量会不断增加，导致多次有高温点出现，从而对煤矿安全生产造成严重影响。依据实际生产需求，在采空区内可对三相泡沫防灭火技术进行运用，其所得到结果就是，在向防灭火区域内注入三相泡沫之后，可使存在自燃倾向煤层快速隔绝氧气，并且可冷却降温，在采空区内可有效降低一氧化碳浓度，从而具有较好防火及灭火效果。4总结对于三相泡沫防灭火技术而言，其对氮气窒息性、水吸热降温特点以及粉煤灰覆盖性进行充分利用，从而有效防治煤炭自然发火，并且能够灭火，并且能够使固液气形成有机整体，可在自然发火区域内长期保存，可使三相材料所具备防火及灭火功能得以充分发挥，从而更有效地防治煤炭自然发火，应用前景十分广阔。参考文献：[1]付永水，李建新.义马矿区煤层自然发火防治技术[M].北京：煤炭工