高瓦斯矿井井下快速防灭火技术研究

摘要：通过对高瓦斯矿井井下火灾产生原因的分析，制定出高瓦斯矿井井下防灭火的方案，以达到井下火灾防治的目的。

关键词：井下　灭火　方案　研究

中图分类号：X4　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)003―114-03

1、防灭火的意义

矿井火灾是煤矿主要灾害之一，时刻威胁着煤矿井下的安全生产。据统计全国统配和重点煤矿中有自然发火危险的矿井约占47％。火灾的治理工作不仅是通风安全技术中一项重要内容，而且对煤矿安全生产起到关键性作用。

防灭火的意义是为了更好的保障安全生产、保障国家财产和人民生命安全，确保治火、灭火、防火全面有效发展。杜绝火灾的频发。

2、防灭火的思路和方案

2.1　防灭火的思路

快速防灭火系统要需满足以下要求：(1)系统简单，便于建成与井下操作；(2)具备制浆和制备三相泡沫的综合功能，可以根据防灭火需要选择不同的治理方法，并且制浆能力>5m3／h。

2.2　防灭火系统的组成

快速防灭火系统由井下制浆系统和三相泡沫制各系统构成，如图1所示。图中左侧为井下制浆池，右侧为三相泡沫制备系统，图2为制浆池尺寸图。发泡器上设置有旁通管路，如图3所示，可以通过开启与关闭阀门来选择灌注泥浆或三相泡沫。制浆池设置在距防灭火地点300m以内，发泡器安设在距灌注位置100m左右为佳。

制浆时，将黄泥添加到过滤网2左侧的斜板上，用水枪冲击黄泥形成黄泥浆液，浆液被过滤网2过滤后流入浆液池，浆液池中插入压风管3搅拌浆液，为了便于搅拌，在压风管前连接一段钢管，以压风为动力搅拌浆液，搅拌均匀的浆液由泥浆泵5拙出。制浆过程中不断地向斜板上添加黄泥，并及时清理堵在过滤网2上的沙粒，确保浆液水土比在3：1～4：1范围内。

泥浆泵5抽出的浆液，定量添加泵6添加发泡剂后，通过发泡器9或旁通管8注高倍数三相泡沫或黄泥浆防灭火。

2.3　设备选型

制浆池构筑可以使用铁皮焊接制成，也可用砖砌成。参考制浆池的制浆能力和注浆压力，注浆管路选用2寸高压胶管或钢管。

制浆池的位置距灌浆地点不大于300m，综合考虑管路摩擦损失及黄泥浆密度等因素，泥浆泵选型参数为：出口压力0.6～1Mpa，流量>5m3／h。三相泡沫发生器选用中国矿业大学自主研发的KSP型矿用三相泡沫发生器(专利号：ZL 02 148411.2)。

2.4　防灭火方案

巷道掘进过程中或者工作面停采后支架上部等地方，由于受断层、矿压或采动的影响，容易导致煤层冒落(如图4)，在巷道顶部或支架上方形成破碎煤体，加上这些地点有充足的漏风，就很容易形成高冒火区。这种火区一旦发生，高温烟流就会逆着风流方向传播，火区也逆着风流方向迅速蔓延，如果不及时采取有效的措施，火区在很短的时间内会蔓延上百米，最终导致整个工作面的封闭。

2.4.1　巷道高冒火灾治理

巷道高冒火区采取以三相泡沫防灭火技术为主，喷浆封闭为辅的综合治理方案。

在高冒火区范围很小的情况下，采用高压水枪将自燃煤体放下或插管注泥浆进行扑灭，然后喷浆封闭。

高冒火区范围较大，火势较强的情况下，采用顶板插管注三相泡沫的方法进行治理。具体的施工工艺和步骤如下：

(1)先采用打钻的方式对火区范围进行探测，大致确定火区范围；

(2)如果巷道或支架上部煤体破碎较严重，裂隙较大。需要在巷道顶板铺设一层防静电的塑料布，防止大量的三相泡沫流失：

(3)插管的设计与布置。钻孔沿巷道每隔三米布置一排，一排两个钻孔(如图5)，采用煤电钻或锚杆钻进行打钻，一直达到煤层顶板的空顶区为止(如图6)，钻孔内下直径为932～50的套管，套管的前端1米每隔10cm打φ20的孔。孔间隔分布在套管的圆周上，并将套管的头部加工成扁状或尖端，如图7所示。灌注时主管路通过A接入到分流器中，在分流器上接入高压胶管进行分流注三相泡沫。分流器如图8所示。

(4)钻孔和插管布置好之后，根据探测的火区范围，应首先在上风口火区的边缘灌注三相泡沫，从而阻止火区的蔓延。四个钻孔同时注几个小时的泡沫之后，分别从火区的两端灌注，形成两端往中间挤的形势，依次灌注，把所有火区覆盖一遍三相泡沫。如果发生复燃，按照上述方法再灌注一遍：

(5)火区基本熄灭之后，要及时的对原火区范围进行喷浆堵漏。

2.4.2　采空区防灭火

如开采煤层为无烟煤，为提高防灭火的有效性与经济型，主要是在工作面通过地质构造带或因其他因素导致工作面推进速度变慢的时候灌注三相泡沫，以防止煤炭自燃。

三相泡沫灌注管路布置如图9所示。沿工作面回风巷铺设直径为2寸的注浆管路，在管路端头处设置三通，三通沿工作面预埋一根长30米的2寸注浆管。沿工作面铺设的管路每隔15米设置1米长的花管，花管上小孔的直径为20mm。

埋管进入采空区10米后开始连续灌注6～8小时，工作面每推进10米灌注一次。工作面距预埋管20米后预埋另一趟相同的管路，待新埋设的管路进入采空区10米后，将回风巷里的注浆管路连接至这趟管路，上一趟管路废弃，并连续灌注6～8个小时，如此循环。

三相泡沫使用注意事项

(1)浆液的水灰比(质量比)为3：1～4：1，制浆时要将浆液搅拌均匀；

(2)发泡器放置位置距离灌注地点在100米左右最佳；

(3)注三相泡沫前应先检查整套管路系统是否连接好，包括注浆管道、搅拌器和发泡器装置、气体管路和注发泡剂装置：

(4)发泡剂定量添加泵使用前要预先向抽取发泡剂的1寸胶管里灌满水，然后再开泵：

(5)井下有人专门负责注三相泡沫，井下负责人员要随时注意管路中的浆液。如果是以氮气为气相，那么在注浆前就可以打开氮气管路；如果是注压缩空气，当浆液快要到达发泡器(距发泡器约10米左右)时，打开气体阀门，让空气进入管道，切记不能打开的过早；

(6)每次灌注之前都要从发泡器观察孔观察发泡效果，确保泥浆全部形成细密的泡沫；

(7)每次灌注时要求按照以上灌注时间进行连续不间断的灌注；

(8)当下浆受堵时，首先关掉注发泡剂泵的电源开关并停止注浆液和气体；然后检查管路和发泡器是否受堵：清理和维修完毕后，恢复正常工作；

(9)当停止注三相泡沫时，应立即关掉注发泡剂泵的电源开关，以免浪费发泡剂。

3、结语

防治煤炭自燃的三相泡沫由固态不燃物(粉煤灰或黄泥等)、惰性气体(N2)和水三相防灭火介质组成。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。由于三相泡沫发泡倍数较高，单位体积的泡沫材料成本大幅下降，具有较高的经济效益。

与现有的防灭火技术及材料相比，三相泡沫兼有一般注浆方法和惰气泡沫防灭火的优点。泥浆通过注入氮气发泡后形成三相泡沫，体积大幅快速增加，并在采空区中可向高处堆积，对低、高处的浮煤都能覆盖，能够避免注入的浆体从底部流失：注入在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。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，具有一定粘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，从而有效地防治煤炭自然发火，这是三相泡沫防灭火性能的优越性。

参考文献：

[1]国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[2]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992.