【導(dǎo)讀】研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書(shū)館被查閱。學(xué)校可以公布論文（設(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。然發(fā)火危險(xiǎn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)煤礦自燃火災(zāi)約占礦井火災(zāi)的70%?？諈^(qū)遺留殘煤多、冒落高度大、漏風(fēng)嚴(yán)重，使得自燃火災(zāi)發(fā)生頻繁。施是否起到了作用。的CO和乙烯一直為0。綜上說(shuō)明本技術(shù)方案在半孤島工作面防滅火方面取。得了良好的效果，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

　　

【正文】 采取錨噴支護(hù)或 二次噴射混凝土進(jìn)行封閉，如出現(xiàn)冒頂，則視冒高情況，采取掛網(wǎng)分層噴射混凝土措施，每層噴 厚 50～ 100mm，直至噴平 ； 若冒高大，可采取架設(shè)鋼支架和鋪設(shè)模板進(jìn)行砌譴 并留注漿孔，然后進(jìn)行注漿封頂，以防止漏風(fēng)，導(dǎo)致煤層氧化自燃。 （ 3)掛簾堵漏風(fēng)防滅火 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 23 工作面采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)是采空區(qū)漏風(fēng)的主要通道，為減少此處漏風(fēng)，在工作面下隅角 堅(jiān)持掛風(fēng)簾，以改變此處風(fēng)流方向和增加進(jìn)風(fēng)通道阻力。在工作面回采過(guò)程中，工人往往會(huì)覺(jué)得風(fēng)簾礙事，經(jīng)常將風(fēng)簾扯下，為此，必須有專人負(fù)責(zé)風(fēng)簾的管理。工作面回風(fēng)巷是氮?dú)獗仨毩鹘?jīng)的通道，氮?dú)庾⑷氩煽諈^(qū)后在區(qū)內(nèi)擴(kuò)散，惰化氧化帶，然后大部分從回風(fēng)巷流出，這是允許的。但是，如果此通道太暢通，必然 造成氮?dú)庠趨^(qū)內(nèi)擴(kuò)散速度加快，不利于采空區(qū)惰化。為此，在回風(fēng)順槽頂板冒落不嚴(yán)時(shí)，應(yīng)該強(qiáng)制放頂，用研石堵塞采空區(qū)回風(fēng)側(cè)。此外，在上隅角也應(yīng)掛風(fēng)簾，增大此處風(fēng)阻。 惰化技術(shù)防滅火 惰化技術(shù)防滅火 :惰化技術(shù)就是將惰性氣體或其它惰性物質(zhì)送入擬處理區(qū)， 抑制煤層自燃的技術(shù)。 （ 1) 惰氣防滅火 [19] 惰氣防滅火技術(shù)是向火區(qū)注入惰性氣體，惰氣源目前發(fā)展起來(lái)的主要以注入 氮?dú)?和 二氧化碳 為主，也可注入其它惰性氣體來(lái)降低火區(qū)的氧濃度，達(dá)到防滅火的目的。惰氣 可充滿整個(gè)空間，既能撲滅大的明火火滅，又能抑 制 并撲滅隱蔽火源。 但惰性氣體對(duì) 大熱容的煤體降溫效果不好，滅火周期較長(zhǎng)，火區(qū)易復(fù)燃，而且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的堵漏風(fēng)工作也要求較高。 氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)是利用制氮設(shè)備制取氮?dú)猓ㄟ^(guò)管路送入井下，注入采空區(qū)等煤 炭可能自燃的區(qū)域，主要用于防治采空區(qū)自然發(fā)火和瓦斯爆炸，加快封閉并熄滅火區(qū)的過(guò)程模式。但氮?dú)鉄崛菪。禍匦Ч?，一旦重新供氧，火區(qū)極易復(fù)燃。因此，在開(kāi)放式工作面的采空區(qū)防火中，必須有針對(duì)性地確定氮?dú)忉尫趴冢拍苡行Эs短氧化升溫帶范圍。在封閉注氮過(guò)程中， 要注意 氮?dú)夥罍缁饳C(jī)理及特點(diǎn) 。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 24 氮?dú)馐且环N無(wú)毒的不可燃?xì)怏w ， 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度 3mkg ，與同體積空氣 質(zhì)量比為 ， 無(wú)腐蝕性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。它微溶于水，不助燃，地面大氣中氮?dú)?約占整個(gè)大氣體積含量的 79%。在常溫常壓下，氮分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，很難與其它物質(zhì)發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)，所以它是一種良好的防滅火用惰性氣體。把氮?dú)饧痈邏翰⒔档偷揭?℃，可使其液化。液氮與氮?dú)庀啾?，具有體積小，運(yùn)輸量小等優(yōu)點(diǎn)，尤其便于井下的貯運(yùn)。氮?dú)饧瓤梢匝杆儆行У膿錅缑骰?，又可以有效的預(yù)防采空區(qū)遺煤的自燃，使用注氮滅火有如下優(yōu)點(diǎn) :恢復(fù)工作量小 、 不損壞設(shè)備等。近幾年來(lái)我國(guó)的放頂煤開(kāi)展迅速， 此法采空區(qū)丟煤多，產(chǎn)生遺煤大面積的危險(xiǎn)性 堆積，極易引起煤炭自燃，且這些易發(fā)火點(diǎn)往往在頂板高冒處或采空區(qū)深部，這時(shí)采用注氮滅火效果最為顯著。 注入氮?dú)鉁缁鹁褪菍?duì)井下的火區(qū)進(jìn)行封堵，盡可能地將液氮直接輸送到火點(diǎn)或自 燃氧化帶內(nèi) ，并在適當(dāng)?shù)奈恢昧粲锌煽刂频穆╋L(fēng)通道，以達(dá)到含高氧的火區(qū)氣體排出的阻化效果， 使氮?dú)獬錆M火區(qū)空間，注入液氮后其滅火作用有： 1)使火區(qū)內(nèi)的高氧氣體經(jīng)可控制的漏風(fēng)通道排出，使火區(qū)內(nèi)的 氧 大大降低 ； 2)由于注入的液氮有一定的壓力，液氮汽化后使火區(qū)壓力增加，減少了向火區(qū) 的漏風(fēng)； 3)注入的液氮溫度低， 一般 19～ 80℃ ，其汽化后吸收大量的熱 (200℃環(huán)境溫 度下，液氮汽化熱為 423kl/kg)，降低了火區(qū)的溫度 ； 4)封閉火區(qū)注入氮?dú)?，使得火區(qū)氣體惰化，兼有抑制爆炸作用。 由于注氮后的上述滅火作用，從而達(dá)到 防滅火的目的。氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)與其 他常規(guī)防火火措施比較，具有下列特點(diǎn) : 1)注入氮?dú)馐狗罍缁饏^(qū)域缺氧惰化，其惰化程度取決于注氮量、純度山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 25 及防治區(qū) 域漏風(fēng)量的大??； 2)造成防治區(qū)域正壓，防止或杜絕新鮮空氣流入，以保證防治區(qū)域的氮?dú)舛杌?度； 3)具有降溫作用，可吸收煤炭氧化自燃生成的熱量。但氣氮與液氮相比，其冷 卻 效應(yīng)較差； 4)根據(jù)氣體擴(kuò)一散原理，氮分子穿越或滲入采空區(qū)冒落區(qū)或裂隙帶，其有效擴(kuò)散 半徑較大，惰化覆蓋范圍較廣； 5)注氮防火，可以實(shí)現(xiàn) “ 邊采、邊注、邊防火 ”， 注氮滅火，撲滅火災(zāi)迅速， 搶險(xiǎn)救災(zāi)工作較安全可靠； 6)與注漿 (砂 )或注水相比，注氮不污染防治區(qū)，無(wú)腐蝕或不損壞綜采、設(shè)備 ；火區(qū)啟封，恢復(fù)工作安全、迅速、經(jīng)濟(jì) 。 （ 2) 惰泡防滅火 惰泡防滅火是 60 年代興起的防滅火技術(shù)，進(jìn)入 80 年代以來(lái)，前蘇、法等主要產(chǎn) 煤國(guó)家開(kāi)發(fā)了惰氣泡沫壓注技術(shù)防治采空區(qū)浮煤自燃，取得了較為顯著的成效，該技術(shù)能起到降溫，減少漏風(fēng)，降 低采空區(qū)氧濃度等作用。 防治煤炭自燃的三相泡沫由固態(tài)不燃物（粉煤灰、黃泥等）、惰性氣體（氮?dú)猓┖退喾罍缁鸾橘|(zhì)組成。三相泡沫集固、液、氣三相材料的防滅火性能于一體，利用粉煤灰或黃泥的覆蓋性、氮?dú)獾闹舷⑿院退奈鼰峤禍匦赃M(jìn)行防滅火，大大提高了防滅火效率。三相泡沫發(fā)泡體積量大，單位體積的漿體材料成本低，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。 三相泡沫在采空區(qū)可向高處堆積，對(duì)低、高處的浮煤都能覆蓋，能夠避免注入的漿體從底部流失；注入在采空區(qū)的氮?dú)獗?封裝在泡沫中，能較長(zhǎng)時(shí)間滯留在采空區(qū)內(nèi)，充分發(fā)揮氮?dú)獾闹舷⒎罍缁鸸δ堋Ｈ嗯菽泻綎|科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 26 有粉煤灰或黃泥等固態(tài)物質(zhì)，這些固態(tài)物質(zhì)是三相泡沫面膜的一部分，科較長(zhǎng)時(shí)間保持泡沫的穩(wěn)定性，即使泡沫破碎了，具有一定粘度的粉煤灰或黃泥仍然可較均勻地覆蓋在浮煤上，可持久有效地阻礙煤對(duì)氧氣的吸收，防止煤的氧化，從而有效地防治煤炭自然發(fā)火，這是三相泡沫防滅火性能的優(yōu)越性。 灌漿防滅火 該技術(shù)在我 國(guó) 有 自 然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井中用得較為普遍，也 取得了良好的效果，成為 防治 井下內(nèi)因火災(zāi)的主要措施之一。灌漿防滅火技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，泥漿能夠吸熱降溫，對(duì)煤體還有包裹作用，能夠達(dá)到隔絕氧氣的目的，同時(shí)能膠結(jié)頂板、降低采空區(qū)空 隙率及增加漏風(fēng)阻力。其缺點(diǎn)是工程量大，泥漿脫水量較大，惡化工作環(huán)境，影響煤質(zhì)，并且流動(dòng)性強(qiáng)，泥漿都向底部流動(dòng)，對(duì)頂煤和煤柱自燃火災(zāi)效果不明顯。 因此，對(duì)防滅火灌漿材料有以下主要要求： 1)不應(yīng)含有能助燃和可燃的物質(zhì) ； 2)能夠成 漿，利于管路的水力輸送，不易堵管； 3)具有必要的穩(wěn)定性和脫水性 ； 4)具有足夠的密 封性能。但黃泥灌漿需要大量的黃土，這需要?dú)У舸笃r(nóng)田，近年發(fā)展起來(lái)的有粉煤灰、頁(yè)巖泥漿、選煤尾礦泥、阻化泥漿等，除惰化外還兼有降溫，但對(duì)煤礦本身則微有污染。 我國(guó)堵漏技術(shù)和材料在近年來(lái)發(fā)展很快，相繼研究和開(kāi)發(fā)出 適于高冒堵漏的抗壓水泥泡沫和凝膠堵漏技術(shù)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(shù)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； 另外及時(shí)充填采空 區(qū)地表塌陷裂隙也是防滅火行之有效的措施之一。 膠體防滅火 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 27 膠體防滅火技術(shù)能有效地控制煤層自燃火災(zāi)。復(fù)合膠體、凝膠等系列防滅火材料， 具有良好的防滅火效果。凝膠防滅火有集固結(jié)水、降溫、阻化、堵漏和充填于一體的優(yōu)點(diǎn)。在凝膠中加入黃土或粉煤灰，膠體強(qiáng)度增加，高濃度的膠體泥漿可充填高冒空頂區(qū)。復(fù)合膠體添加劑用量極小，粉煤灰復(fù)合膠體、復(fù)合 膠體泥漿的添加劑用量?jī)H為 ～ 1 3mkg 。復(fù)合膠體可針對(duì)性的用于預(yù)防自燃危險(xiǎn)區(qū)，快速撲滅火災(zāi)。 智能化膠體防滅火系統(tǒng)是目前最合理先進(jìn)的注膠系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)制漿系統(tǒng)、 懸浮劑 (或基料 )添加系統(tǒng)、膠凝劑 (促凝劑 )添加系統(tǒng)，成膠比例和注膠流量可實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 定量調(diào)節(jié)，注膠過(guò)程中的各種參數(shù)可實(shí)現(xiàn)在線可視化監(jiān)測(cè)和控制。系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，不堵管、成膠時(shí)間可控、脫水少、耐高溫、堵漏和防滅火效果好、防滅火成本底等優(yōu)點(diǎn)。 耐溫高水膠體防滅火技術(shù) :耐溫高水膠體是由基料 A 和促凝劑 B 與水按一 定比 例混合而成，通過(guò)壓注設(shè)備注入煤層內(nèi)部，在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生膠凝固化，迅速吸熱降溫、隔絕氧氣、包裹煤體； 注入的液體由點(diǎn)向四周擴(kuò)散，形成較大的降溫窒息區(qū)， 直接注入高溫點(diǎn)滅火降溫效果極佳，尤其在巷道頂煤或煤柱發(fā)生自燃火災(zāi)時(shí)，該技術(shù)顯示出其他防滅火技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。但它也存在一些問(wèn)題，如“凝膠”強(qiáng)度不高，充填高度過(guò)大時(shí)在自重的作用下脫水量增大，促凝劑氨味大，污染作業(yè)環(huán)境 。當(dāng)火區(qū) 范圍較大時(shí)，滅火成本相對(duì)較高。 阻化劑防滅火 阻化劑是抑制煤氧結(jié)合，阻止煤氧化的化學(xué)藥劑。常用 阻化劑是一些吸水性很強(qiáng)的鹽類，當(dāng)它們 的水溶液附著在易被氧化的煤表面時(shí)，在煤表面形成一層含水液膜，阻止了煤和氧的接觸，起到了隔氧阻化作用 ； 同時(shí)，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 28 這些藥 劑吸水能使煤體長(zhǎng)期處于潮濕狀態(tài)，由于水的吸熱降溫作用，使煤體在低溫氧化時(shí)溫度不能升高，從而抑制了煤的自熱和自燃。阻化劑防火效果較好，但當(dāng)煤中水分蒸發(fā)，減小到一定程度時(shí)，阻化作用就會(huì)停止，轉(zhuǎn)而變?yōu)榇呋饔茫龠M(jìn)煤的氧化與自燃。 關(guān)于阻化劑防止煤自燃的原理，一般認(rèn)為是一種吸水性很強(qiáng)的鹽類((CaC 2l ， MgC 2l )， 在壓注和噴灑的過(guò)程中，它能浸入煤的層理、節(jié)理和微小的裂縫中去，在煤 的表面形成氯化物的液膜，阻止煤和氧的接觸，減少煤的氧化，延長(zhǎng)煤的發(fā)火期，起到防滅火的作用。 阻化劑多為化學(xué)物質(zhì)，表面活性劑，歸類為鹽類，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易與氧發(fā)生氧 化反應(yīng)。阻化劑能粘附于煤的表面，阻止煤的氧化，降低煤的氧化能力，起到防火作用。 目前，使用阻化劑藥劑主要為 CaC2l ,MgC 2l , ZnC 2l (鹵液或鹵片 )，以及水玻璃和 生石灰等。從使用的效果看， CaC 2l ,MgC 2l ， 效果最好，其次是 NaCl，水玻璃及其它藥 劑。從經(jīng)濟(jì)效益上看， MgC 2l ， 比較便宜， CaC 2l和 NaCl 相對(duì)較貴， MgC2l 為鹽的副產(chǎn)品， 貨源相對(duì)來(lái)說(shuō)比較充足。 阻化劑抑制煤層自燃的機(jī)理及特點(diǎn) 如下： 當(dāng)向煤層注入阻化液后，阻化液分子和煤體表 面的活性物質(zhì)分子之間將相互吸引， 破壞了表面自由力場(chǎng)，促使氧原子恢復(fù)到分子狀態(tài)，同時(shí)減少了反應(yīng)物分子之間的有效碰撞機(jī)會(huì)，使氧化反應(yīng)速度放慢或受到抑制，起到了一種負(fù)催化作用。阻化液進(jìn)入煤層后，具有很好的包裹、充填作用，減少了煤層以及采空區(qū)浮煤之間的空隙，降低了浮煤與氧氣的接觸幾率，從而降低了煤表面的吸氧能力和表面氧化速度，起到了一定的阻化作用 。阻化劑阻化機(jī)理分為吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應(yīng)、不燃?xì)?窒息作用。實(shí)踐證明，氯鹽阻化劑在抑制煤層自燃火災(zāi)中起到了很好的作用，下面就氯鹽阻化劑的阻化機(jī)理做簡(jiǎn)要分析。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 29 氯鹽 阻化劑的阻化機(jī)理，主要為吸水鹽類的液膜隔氧降溫學(xué)說(shuō)和提高反應(yīng)物之間 活化能的副催化學(xué)說(shuō)等等。從煤氧化自燃的基 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過(guò)程來(lái)看，可以說(shuō)是多種因素綜合作用的結(jié)果。首先，汽霧噴灑吸水鹽類阻化劑后，阻化劑液膜覆蓋煤體表面，并浸人煤體裂隙中，使煤體表面封閉，隔斷了煤體表面活性基團(tuán)與氧 的直接接觸，破 壞了活性自由基團(tuán)與氧氣的化學(xué)吸附反應(yīng)過(guò)程。其次，氯化物吸水鹽類還是一種吸水能力很強(qiáng)的物質(zhì)，它能吸收大量水份并在煤體表面蒸發(fā)降溫 ，從而中斷或減緩自由基鏈反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。而阻化劑阻止煤炭氧化基 鏈反應(yīng)的最主要作用，還是它的負(fù)催化作用 ，即吸水鹽類阻化劑作為一種化學(xué)成份，加入到煤的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過(guò)程中，生成穩(wěn)定的鏈環(huán)，抑制或減緩煤表面活性自由基團(tuán)與氧氣的反應(yīng)速率。 另外，通過(guò)對(duì)氯化物吸水鹽類阻化劑阻化煤樣氧化過(guò)程分析也可以證實(shí)，加人吸 水鹽類阻化劑的阻化煤樣中，甲基和次甲基橋鍵的氧化速率與原煤樣相比明顯減慢 ； 對(duì)醛、酮、 酯 類碳基與醚鍵、醚氧鍵的氧化，都有一定的減慢作用 ； 阻化煤樣中，次 甲基鍵數(shù)量減少，主要由于 Cl一發(fā)生取代作用的結(jié)果，醚氧鍵數(shù)量比原煤樣增多，說(shuō) 明阻化劑阻止了煤分子中醚氧鍵的氧化斷裂 ； 而碳基減少是由于煤分子與阻化劑中的 醛基 發(fā)生絡(luò)合 作用的結(jié)果。所以，吸水鹽類對(duì)煤樣的阻化作用，主要是由于阻化劑與煤 分子發(fā)生取代作用和絡(luò)合作用 形 成穩(wěn)定的鏈環(huán)，提高了煤與氧化合的活化能，增強(qiáng) 了煤分子的穩(wěn)定性，抑制了煤分子的氧化斷裂，因此吸水鹽類具有較高的阻化性能和較好 。 均壓防滅火 均壓技術(shù)是通過(guò)均衡漏風(fēng)通道進(jìn)出口兩端的負(fù)壓，杜絕或 減少通過(guò)有山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 30 浮煤堆積區(qū)域的漏風(fēng)風(fēng)量，調(diào)整放頂煤下作面的局部通風(fēng)系統(tǒng)，最大限度地減少向采空區(qū)、停采線和開(kāi)切眼漏風(fēng)