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常用的矿井火灾防治技术有哪些?

时间:2023-09-19 来源:煤视界 分享:

影响煤层自燃的因素随生产过程的发展而改变,其防治工作必须紧密结合不同阶段影响因素,以及影响规律的不同,采取有效的措施进行防治。常用的矿井火灾防治技术主要有灌浆、均压、阻化、惰性气体等。其中,注浆材料又可具体分为黄泥、化学凝胶、高分子材料、三相泡沫等。

通风防火技术:通风系统是否合理直接决定了煤矿煤层的自燃灾害程度。合理的通风系统可减慢氧化进程,消除蓄热条件,从而防止自燃火灾事故的发生。所谓合理的通风系统是指:矿井通风网络结构简单,风网阻力消耗适中(2500Pa以下),各段阻力消耗比例适宜,主要通风机与井下风网匹配,通风设施类型、位置选择合理,巷道风速适中等。

均压防灭火技术:所谓均压防灭火技术主要是指通过使用诸如风窗,风扇,连通管,压力调节气室等的压力调节装置来改变通风系统中的压力分布。空气泄漏通道两端之间的压力差减小,空气泄漏减少,从而达到抑制危险区域发火和熄灭火灾区域的目的。根据作用原理和使用条件,均压防火技术可分为开放区域和封闭区域。开放区域均压是指在采煤工作面建立压力平衡系统,以减少采空区的空气泄漏,抑制采空区浮煤的自燃。防止CO等有毒有害气体的积聚超过极限或淹没工作面,从而保证恢复工作的正常运行;封闭区域均压是封闭采空区或火灾封闭的火区的压力平衡措施。实现了控制空气泄漏到封闭区域以防止自燃或加速火区熄灭的目的。常用的闭区压力均衡技术措施有:调节风门和并联风路联合均压,采用风机和调节风门的联合均压,以及连通管均压等。

灌浆防灭火技术:灌浆是将固体物料如粘土、碎页岩和电厂粉煤灰与水混合搅拌,制备一定浓度的浆料。通过浆料管道在采空区注入或喷洒,可起到包裹煤体的作用,减少空气泄漏,增加煤的外部水分。从而抑制了氧化过程的发展,并对已经自加热的煤炭也带来了热量冷却效果,达到了防火和灭火的目的。但是黄泥浆料消耗了大量的耕地资源,与国家政策不相容。且黄泥灌浆对灌浆设备要求较高,在压力、管路等不满足要求时,容易出现堵塞问题。

充填堵漏防火技术:该技术的原理是使用由不同位置产生的静压或由填充泵提供的动压,将不可燃材料的水溶液注入压碎的煤体中以进行化学或物理变化以形成粘性浆料或胶体。紧凑地填充煤体的间隙,阻塞供气通道泄漏;此外,水分或化学物质渗透到煤层中,附着在破碎的煤体表面上,形成氧气阻隔膜,使煤的氧化性能惰化;同时,所含水的蒸发可降低煤体温度,延缓自热氧化速度,破坏煤的自燃条件,延缓自燃期,从而达到防火的目的。

阻化防火技术:阻化防火主要分为物理阻化剂和化学阻化剂,现在被广泛使用的是物理阻化剂。物理阻化剂一般具有吸水性,在使用过程中制成喷洒在煤体表面上的溶液或乳液,或者倒入料滴区域和煤柱中以粘附在煤体表面上。在吸收空气中的水分后,在煤的表面上形成含水液膜以起到氧气屏障的作用。同时,当煤体表面液膜中的水分蒸发时,它可以吸收热量并冷却,防止煤温升高,提高氧化速率。从而抑制煤的自热和自燃,以及液膜氧化和冷却的理论。另一方面,抑制剂可以吸引煤分子中低温空气容易氧化的活性物质单体,提高活性物质的活化能。它降低了活性分子之间有效碰撞的机会,从而抑制和延缓了煤的自燃,起到了负催化作用。然而,常用的阻化剂主要在低温阶段起作用,而在较高温度的情况下,它们将起催化作用。

惰气防灭火技术:惰性气体是指不具有燃烧性的气体,矿用惰气主要有N2和CO2等。氮气纯度高,对人类和环境更安全,因此使用最广泛。然而,惰性气体容易随风而逸出,并且不容易保留在惰化区中。近年来,液态N2和液态CO2也被广泛应用于煤矿火灾防治。相比较气态惰气,其气化过程会吸收较多的热量,从而降低周围煤体的温度,起到降温防灭火的作用,且其具有运输和储存方便的优势。液态N2和CO2各有利弊:单位质量液氮吸热量较多,且不对环境造成污染,室息性较好,不会增加井下的CO体积分数;液态CO2较为安全,不容易发生冻伤事故,对设备要求较低,不易出现堵管问题,且其成本低,储存容易。

胶体防灭火技术:用于矿井火灾防治的胶体主要指水凝胶,假凝胶或由泥浆形成的凝胶状体系。在胶体灭火材料中,具有多孔结构的凝胶孔,聚合物材料的分段结构或吸水粘土矿物层具有较强的储水能力,胶体分子与水形成稳定的共同体结构,呈半固体状且难以流动。胶体灭火材料具有一定的强度,具有一定的固体特性,可以在一定程度上填补煤的裂缝,但也存在成本高的问题。

高分子泡沫防火技术:高分子泡沫防火机理是“封堵漏风裂缝,隔离氧气供应通道,控制或消除氧化环境”等。聚合物胶体还可以降低煤体的温度并使其氧化活性惰化。高分子泡沫是将不同的高分子材料在压风或压惰气动力的作用下,经专门的输送泵和管路喷射于煤体表面或压注于破碎煤体内,发生化学反应膨胀后紧紧地封堵胶结或充滞胶结破碎煤体,从而达到防火的目的。高分子泡沫自身的安全性能限制了它在煤矿行业的应用,其力学性质与热力学性质的平衡是其主要矛盾。

泡沫防灭火技术:防灭火泡沫主要由惰性气体(氮气),固体不燃物(粉煤灰或黄泥等),液体组成水和适量发泡剂的混合物和具有一定分散体系和粘度的泡沫稳定剂。通过固(粉煤灰等)、液(水)、气(氮气)的共同作用,起到较好的防治矿井火灾的作用。但其存在成本高且工艺复杂的问题。

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