3.4 超大量灌注無機固化粉煤灰防滅火技術

　　目前現(xiàn)用防滅火充填材料主要有:黃泥漿充填材料、水砂漿充填材料、煤矸石泥漿充填材料、粉煤灰充填材料、石膏育填材料、水玻璃凝膠充填材料、廢水泥渣充填材料等。但都存在有成本高、脫水以后體積減少多，不能固化或固化以后支撐強度低等缺點。因此，根據(jù)目前的研究與現(xiàn)場應用現(xiàn)狀，以粉煤灰為主料，研究出經(jīng)濟成本低，堆積能力強，固化后不脫水或少脫水，初凝時間和固化時間可調，具有堵漏、防火、滅火、防復燃、充填支撐強等功能的無機固化粉煤灰防滅火充填材料;并研究了利用黃泥灌漿系統(tǒng)灌注無機固化粉煤灰的配套裝置及其灌漿工藝來防治巷道高冒、空洞、沿空巷道幫、溜煤眼、聯(lián)絡巷、停采線、采空區(qū)等地點的煤炭自燃發(fā)火。

　　3.5 化學惰氣泡沫防滅火

　　化學惰氣泡沫防滅火材料由多種原料組成，其原料均為固體粉態(tài)，經(jīng)過分別溶解后形成2 種溶液。在井下滅火時，可采用鉆孔壓注方法，將溶液注入自然發(fā)火區(qū)域。當2 種溶液混合后，

　　便會發(fā)生化學反應，產生惰性泡沫，其體積可膨脹8!12 倍。惰氣泡沫可迅速向周圍空間、漏風通道及煤壁裂隙擴展，充填火區(qū)空間，窒息火區(qū)，而且惰泡具有較好的穩(wěn)定性，可以起到隔絕空氣的作用。此外，化學惰泡的落液，還具有較高的阻化能力，可以有效地抑制殘煤的復燃，達到防火的目的。

　　3.6 惰化技術防滅火

　　惰性氣體惰化技術，雖然很多煤礦都可以應用，但在我國則規(guī)定，放頂煤開采的煤礦必須使用以它為主的綜合措施(除惰氣外還輔以其它措施)來防治煤自燃火災，目的是要在較大

　　的程度上保證采煤安全。惰氣源目前發(fā)展起來的主要是氮氣，制備的方式有:深冷空分、碳分子篩變壓吸附和中空纖維分離等三種，我國有相當?shù)漠a品提供礦井選用。它們各有其特點，目前各礦主要考慮的是經(jīng)濟承受力， 除深冷空分固定資產較高外，其它兩類由于分離氮的基礎材料如碳分子篩、中空纖維等，還難以生產出可與國外產品競爭的產品， 造成初期投資也較高，加大了生產成本，使礦井在一定程度上失去經(jīng)濟優(yōu)勢。因此，欲廣泛發(fā)展和應用這些新技術，還需要加大科研力度，解決基礎材料國產化及降低成本問題。在應用技術方面則應改進和提高注氮工藝，加強與采煤工藝的互相配合，以便取得好的效果。注惰效果主要取決于能否保證惰氣質量，合理必需的注入量及其連續(xù)性，以及能否輔以強有力的檢測技術，否則很難取得理想的效果。各礦必須認識到這一點，不可將注惰作為一項萬能的措施，盲目地濫用。致于目前已開發(fā)使用的三種制惰(氮氣)設備，相對來說，更受歡迎的還是井下移動式膜分離設備，因為它較碳分子篩設備更易操作和維護保養(yǎng)。但也有其缺點，除上述的需要國產化外，某些部件也須改進、提高，特別是其凈化過濾裝置。此外，三種制氮裝備中，不論那一種，都需注重產品的質量，并以優(yōu)質的售后服務，保證裝備的正常和良好運轉。

　　3.7 堵漏技術防滅火

　　煤層開采時期火災防治的第二個重要環(huán)節(jié)是堵漏，也就是采取某種技術措施減少或杜絕向煤柱或采空區(qū)的漏風，使煤缺氧而不會自燃。堵漏技術和材料，我國近年發(fā)展也很迅速，相繼研究和開發(fā)出適于巷頂高冒堵漏的抗壓水泥泡沫和凝膠堵漏技術和材料，適于巷幫堵漏的水泥漿、高水速凝材料和凝膠堵漏技術與材料，以及適于采空區(qū)堵漏的均壓、惰泡、凝膠和尾礦泥堵漏等技術成果，它們各有其使用條件和優(yōu)缺點。目前，上述這些堵漏技術和設備及材料，我國都可以解決，各礦可以根據(jù)本礦的具體情況，因地制宜地選用。值得一提的是，均壓防滅火和凝膠防滅火技術，操作都不復雜，具有不污染或少污染環(huán)境的優(yōu)點，所需的投入也不多，技術也不復雜，值得各礦大力應用。

　　3.8 液氮防滅火技術

　　液氮防滅火就是從地面或井下向已封閉的火區(qū)灌注氮氣、加速火區(qū)的熄滅。自60 年代后期國外主要產煤國家將液氮技術用于井下防滅火以來，經(jīng)不斷開發(fā)完善，現(xiàn)已成為各國煤礦井下處理大型火災的一種重要措施。近年，英國、法國、德國地面移動式制氮設備的產氮量達1200m3/h， 產氮量在5000m3/h 的設備在研發(fā)中。德國從1974 年11 月至1986 年8月共應用氮氣滅火80 次，消耗氮氣達30 億m3，搶救出綜采設備65 套。80 年代初，我國一些煤層易自燃的煤礦開始采用注氮防滅火技術，取得了一定的效果，經(jīng)“八?五”攻關研制了能力為200m3/h 的井下移動式制氮裝置。特別是近些年來我國的放頂煤開展迅速，此法采空區(qū)丟煤多，造成遺煤大面積的危險性堆積，極易引起煤炭自燃，且這些火點往往在頂板高冒處或

　　采空區(qū)深部，這時采用注氮滅火效果最為顯著。

　　3.9 膠體防滅火技術

　　目前常規(guī)的灌漿、均壓、阻化劑、氮氣防滅火技術在抑制煤層自燃火災中起到了很大作用，但也存在一些局限性。針對煤層自燃特點，近幾年由西安科技大學研制的耐溫高水膠體防滅火技術集堵漏、降溫、阻化、固結水等性能于一體，較好地解決了灌漿、注水的水泄漏流失問題，已成功地撲滅了幾十起煤層自燃火災。

　　3.9.1 膠體防滅火機理

　　新型復合膠體防滅火技術是由特種添加劑與水按一定比例混合而成，添加劑的濃度一般為1"!5"。新型復合膠體防滅火技術是利用定量添加設備， 將添加劑按一定比例加入水中，使水(或泥漿)稠化，然后用泵(或灌漿系統(tǒng))壓注到松散煤體中。在泵壓和自重作用下稠化液體滲入到煤體裂隙和微小孔隙中，先對注入口附近火源表面降溫，并形成膠體阻斷氧擴散，阻止煤體繼續(xù)氧化放熱，進而降低煤體內部溫度，熄滅火勢，隨后膠體逐漸向周圍放射擴散，慢慢擴大火勢熄滅圈使煤體溫度降低，從而達到防滅火的效果。

　　3.9.2 膠體的防滅火性能

　?。?）新型復合膠體添加劑濃度比較低，小于5"。添加劑的濃度為3"時，與傳統(tǒng)的膠體滅火材料(如凝膠)濃度為10%時的性能相當。在滅火中采用該材料使固體滅火材料在井下的運輸量可減少30 倍以上，這對降低工人勞動強度，提高滅火效果非常有利。由于它的用量少，膠體成本比傳統(tǒng)的膠體滅火材料有所降低。

　?。?）對水質依賴性小，耐酸堿。在pH>4 的水中都可形成較好的膠體，一般的鹽對膠體性能的影響不大。

　　（3）溶解速度可調。根據(jù)工藝需要調節(jié)材料的溶解速度，可以滿足不同的工藝要求。材料的溶解速度可通過改變粒度、添加劑等手段來調節(jié)，可根據(jù)需要制成系列產品。

　?。?）新型復合膠體耐火性能好。將其放入打鐵爐中，用鼓風機鼓風，火勢很旺，只見膠體透明顯紅光，僅有少量的水蒸汽產生，膠體不消失，對周圍的紅炭仍起滅火作用。

　?。?）具有一定的強度及滲透性、蠕變性、粘彈性。新型復合膠體能夠滲透到煤層的裂隙中，堵住漏風;在煤層間隙受力發(fā)生蠕變時膠體不會破裂;由于膠體有粘彈性，它能緊密充填于煤層間隙，即使破碎煤層也不會產生漏風裂隙。

　?。?）具有一定的觸變性且受熱粘度降低。由于它有觸變性，在用泵進行壓注時，其粘度較低，輸送阻力不大，而進入煤層靜止后，其粘度增大，可滯留在煤層中，吸熱堵漏;由于材料受熱

　　粘度降低，使其在煤層中向高溫點的流動變得容易，而從高溫點向外流相對較困難，這對滅火有利。

　?。?）具有良好的吸熱性，且滅火時不會產生大量水蒸汽。膠體材料中99%以上是被束縛的水， 所以它有很大的熱容，可吸收大量熱，使煤溫下降。

　　（8）有效期長。新型復合膠體材料在常溫下脫水很慢，不變質，可長期保留在煤層中，防止煤層自然發(fā)火或火區(qū)復燃。近年來，我國煤礦的防滅火技術與手段已有了較大的發(fā)展和提高。但還應看到，目前自燃發(fā)火形勢依然嚴峻，仍需要繼續(xù)不斷地完善和提高防治技術水平，加強基礎研究，研究和開發(fā)創(chuàng)新的技術手段，特別是把非線性科學的理論和方法引入礦山安全保障系統(tǒng)的研究與應用中，以便能夠改變自燃火災的不利形勢。與之同時，還要加大礦井滅火資金的投入和嚴格的措施管理。這樣才能使礦井防滅火技術和管理再上一個新臺階。