煤炭自燃防治防灭火材料的应用

三相泡沫在防治平煤一矿采空区自然发火中的应用研究摘要：平煤一矿戊8-10-f10050工作面因采空区漏风，出现可燃物自燃，并产生大量有毒有害气体严重威胁工人的安全。

针对该工作面的实际情况，提出并实施了通过煤柱向采空区打钻孔灌注三相泡沫进行灭火的方案，最终采空区火灾得以根治。

实践证明，三相泡沫防治采空区煤炭自燃的效果显著。

关键词：矿井火灾三相泡沫自燃防灭火平煤一矿一、背景平煤一矿戊8-10-f10050采煤工作面位于该矿一水平戊十残采区内，是跨戊十大巷布置回采的最后一个工作面，南与一水平戊二采空区相连、北与戊8-10-f10013采空区相邻，煤尘爆炸指数38.1％，自然发火期为6～8个月，相对瓦斯涌出量为0.9～1.2m3/t。

该工作面在回采过程中一直沿戊10煤层底板回采，采用单体液压支柱支护，采煤工艺为炮采放顶煤。

由于放顶煤开采顶板冒落高度大，采空区遗留浮煤较多，如果出现采空区漏风则可能发生自然发火，给煤矿的安全生产造成威胁。

二、三相泡沫的组成及灭火特性三相泡沫由固态不燃物（粉煤灰或黄泥等）、气体（n2或空气）和水三相防灭火介质组成。

其形成是在煤灰或黄泥浆液中添加发泡剂并引入气体，通过物理机械搅拌，形成粉煤灰或黄泥颗粒均匀地附着在气泡壁上的多相体系，这个多相体系就被称为三相泡沫。

含空气的三相泡沫利用粉煤灰（或黄泥）的覆盖性、水的吸热降温性以及氮气的窒息性进行防灭火，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，含氮气的三相泡沫兼有一般注浆方法和惰气泡沫防灭火的优点。

首先，泥浆通过引入氮气发泡后形成三相泡沫，体积快速大幅增加，被注入后能充斥整个火区；因为三相泡沫有很好的堆积性，所以能在火区中向高处堆积，对高、低处的浮煤都能较完全地覆盖；三相泡沫能将浆水均匀的分散，有较好的挂壁性，有效地避免浆体的流失，保护井下环境。

煤炭自燃发火征兆及灭火方法
一、自燃征兆
1、巷道中温度升高，湿度增加，出现雾气，巷道壁及支架上出现水珠，这是煤炭开始自燃的征兆；
2、当人感到头痛、闷热、精神疲乏、四肢无力等不舒服时，是煤在自燃过程中空气的氧含量减少、二氧化碳和一氧化碳增加引起的慢性中毒而造成的；
3、从煤炭自燃的地方流出的水和空气的温度比平常明显升高；
4、巷道中或采煤工作面出现煤油味、汽油味、松节油味或焦煤气味，说明煤已自燃到相当的程度，很快就会出现烟雾和明火，必须立即采取灭火措施，防止继续发展。

二、矿井灭火方法
1、直接灭火法：
用水、砂子、岩粉和化学灭火器等在火源附近把火扑灭或者挖除火源。

用水灭火简单易行，经济有效，但必须注意：
①水量应充足，保证不间断供水；
②适当控制风流，以及时排除烟和水蒸气，又不助长火势发展为准；
③水流应从火源外围逐渐向中心喷射，不可直接将水射向火源中心；
④灭火时，人要站在进风侧；
⑤扑灭电气设备的火灾时，必须先切断电源；
⑥不能用水直接扑灭油类火灾；
⑦不能用水喷射火源上边的顶板，防止顶板遇冷爆裂而发生冒顶事故。

2、隔绝灭火法：
在通向火区的所有巷道中构筑防火墙，切断风流，切断氧气供给，待一定时间后，火灾不能维持，自然熄灭。

3、综合灭火法：
当火源范围大，利用直接灭火法和隔绝灭火法难以扑灭时，可先用防火墙将火区封闭，然后采取向密闭墙内灌水、注浆、注入惰性气体、调节风压等，使火区的火加速熄灭。

・收稿 日期 ：０ ０— ６— ０ ２ １ ０ ３
图２ ３２ ３ １３上顺槽 横贯观 测点布置 图
从ｌ １ ２月 ０日开始 对这 ４ 孔预埋 管注 入 高分 ０个 子复混溶胀胶体材料 ， 共注 ６ ， 天 该处共注入 高分子复 混溶胀胶体浆液 １２桶 ， 注入浆 液 １３０ ｇ。重 点 ９ 计 ６２ｋ
沟 内 ， 过 水 沟 自流 到 泄 水 巷 。 通
１ 高分 子复混 溶胀胶体 材料简 介 高分子复混溶胀胶 体材料是在对燃烧 的机理进行 深入研究的基 础上 ， 运用胶体化 学、 燃烧化 学、 化 学 煤
及 相 关 理论 研 制 成 功 的新 型 防 灭３上顺 槽横贯 为新 掘岩巷 横贯 ， ２ ｍ 的揭 ３２ 长 １ 煤段为刚揭露煤层 ， 层厚 度最厚 为 ４ ５ 巷 道压力 煤 ． ｍ， 大， 顶煤松散破碎 ， 采取预 埋管 方式。预埋 钢管前 ， 故 用煤 电钻 、 多接头螺旋钻杆进行打钻 ， 钻孔打至煤层顶 板， 然后根据钻孔深度 ， 在钻孔 中埋 ￣ ５ ｍ 钢管 ， １ｍ 每节 １５ 钢管两头带丝扣 ， ．ｍ， 钢管 中间每 隔 ３ ０ ｍ钻 一个 ０ｍ
高分子复混溶胀胶体材料是运用化学、 燃烧学及煤炭 自燃理论 等学科的理论研制 的。采用高分子复混溶胀胶体材料对岩巷 揭煤 冒落
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空洞煤炭 自燃进行 了防治， 起到 了积极 的作用。
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高分子复混溶胀胶体材料呈 白色或灰 白色粉末状 ， 无毒、 无味、 无污染、 无腐蚀性； 配水 ３ ２０倍使用。材 ０— ０

本矿2013年度由山西省煤炭工业局综合测试中心进行了3#、4#煤层的自然倾向性鉴定，煤层自然倾向性为II级。

井下不存在火区。

2015年3月委托山西公信安全技术有限公司对6号煤层煤样进行了爆炸性及自然倾向性测试：6号煤层煤的吸氧量0.75cm3/g，自燃倾向性等级为Ⅰ级，属容易自燃煤层。

一、煤的自燃因素分析引起煤自燃的因素较多，主要如下：（1）煤的炭化程度。

煤层的自燃性一般随煤炭的变质程度的增高而降低，一般情况下挥发分含量在12％以下的烟煤难以自燃，但若有其它原因，也可能产生自燃。

（2）煤岩组分：煤层中有集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝煤时，煤的自燃倾向就大；而暗煤多的煤，一般不易自燃。

（3）煤的含硫量：含硫分愈高，吸氧能力越大，越易自燃，含黄铁矿、黄铜矿结核较多，也具有自燃危险性。

（4）煤的破碎程度：煤的破碎程度大，增加了煤的氧化表面积，使煤的氧化速度加快，容易自燃。

脆性与风化率较大的煤易于自燃。

（5）煤的水分：水分能加速煤的氧化过程，同时使煤体疏松、造成细微裂隙，加大吸氧能力，并降低着火温度，但过多水分则可抑制煤的氧化。

（6）地质构造：地质构造复杂、围岩及煤层破碎带易引起煤层自燃。

（7）开拓开采条件及通风方式：矿井开拓方式和开采方法与通风方式若选择不合理，往往造成丢煤多、煤柱破碎，漏风严重，给煤层自燃造成良好条件，增加自燃的可能性。

二、煤的自燃预测1、人的感官可以察觉的自燃征兆(a)巷道中出现雾汽或巷壁“挂汗”；(b)风流中出现火灾气味，如煤油味、松香味、臭味等；(c)从煤炭自燃点流出的水和空气较正常的温度高；(d)当空气中有毒有害气体浓度增加时，人们有不舒服的感觉，如头痛、头晕、精神疲乏等。

三、仪表检测(A)有下列情况之一者，定为自燃发火(a)煤炭自燃出现明火、火灾烟雾、煤油味等；(b)煤炭自燃使环境空气、煤层围岩及其它介质温度升高并超过70℃；(c)采空区或风流中出现一氧化碳(CO)，其浓度已超过矿井实际统计的临界指标，并有上升趋势。