3.4 超大量灌注無機固化粉煤灰防滅火技術

　　目前現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，根據目前的研究與現場應用現狀，以粉煤灰為主料，研究出經濟成本低，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、聯絡巷、停采線、采空區等地點的煤炭自燃發火。

　　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，經過分別溶解后形成2 種溶液。在井下滅火時，可采用鉆孔壓注方法，將溶液注入自然發火區域。當2 種溶液混合后，

　　便會發生化學反應，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，充填火區空間，窒息火區，而且惰泡具有較好的穩定性，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，我國有相當的產品提供礦井選用。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濟優勢。因此，欲廣泛發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。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節是堵漏，也就是采取某種技術措施減少或杜絕向煤柱或采空區的漏風，使煤缺氧而不會自燃。堵漏技術和材料，我國近年發展也很迅速，相繼研究和開發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境的優點，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灌注氮氣、加速火區的熄滅。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，經不斷開發完善，現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“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)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

　　（1）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，膠體成本比傳統的膠體滅火材料有所降低。

　　（2）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。根據工藝需要調節材料的溶解速度，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，可根據需要制成系列產品。

　　（4）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。

　　（5）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。

　　（6）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。

　　（7）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，防止煤層自然發火或火區復燃。近年來，我國煤礦的防滅火技術與手段已有了較大的發展和提高。但還應看到，目前自燃發火形勢依然嚴峻，仍需要繼續不斷地完善和提高防治技術水平，加強基礎研究，研究和開發創新的技術手段，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。