【正文】 預(yù)防采空區(qū)遺煤的自燃，使用注氮滅火有如下優(yōu)點:恢復(fù)工作量小、不損壞設(shè)備等。近幾年來我國的放頂煤開展迅速，此法采空區(qū)丟煤多，產(chǎn)生遺煤大面積的危險性堆積，極易引起煤炭自燃，且這些易發(fā)火點往往在頂板高冒處或采空區(qū)深部，這時采用注氮滅火效果最為顯著。注入氮氣滅火就是對井下的火區(qū)進行封堵，盡可能地將液氮直接輸送到火點或自燃氧化帶內(nèi)，并在適當?shù)奈恢昧粲锌煽刂频穆╋L通道，以達到含高氧的火區(qū)氣體排出的阻化效果，使氮氣充滿火區(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；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)注入氮氣，使得火區(qū)氣體惰化，兼有抑制爆炸作用。山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論26由于注氮后的上述滅火作用，從而達到防滅火的目的。氮氣防滅火技術(shù)與其他常規(guī)防火火措施比較，具有下列特點:1)注入氮氣使防滅火區(qū)域缺氧惰化，其惰化程度取決于注氮量、純度及防治區(qū)域漏風量的大?。?)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)域的氮氣惰化度；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，其有效擴散半徑較大，惰化覆蓋范圍較廣；5)注氮防火，可以實現(xiàn)“邊采、邊注、邊防火”，注氮滅火，撲滅火災(zāi)迅速，搶險救災(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。（2) 惰泡防滅火惰泡防滅火是 60 年代興起的防滅火技術(shù)，進入 80 年代以來，前蘇、法等主要產(chǎn)煤國家開發(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，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（氮氣）和水三相防滅火介質(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、氮氣的窒息性和水的吸熱降溫性進行防滅火，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)濟效益。山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論27三相泡沫在采空區(qū)可向高處堆積，對低、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)的氮氣被封裝在泡沫中，能較長時間滯留在采空區(qū)內(nèi)，充分發(fā)揮氮氣的窒息防滅火功能。三相泡沫中含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，科較長時間保持泡沫的穩(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)在我國有自然發(fā)火危險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，泥漿能夠吸熱降溫，對煤體還有包裹作用，能夠達到隔絕氧氣的目的，同時能膠結(jié)頂板、降低采空區(qū)空隙率及增加漏風阻力。其缺點是工程量大，泥漿脫水量較大，惡化工作環(huán)境，影響煤質(zhì)，并且流動性強，泥漿都向底部流動，對頂煤和煤柱自燃火災(zāi)效果不明顯。因此，對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，這需要毀掉大片農(nóng)田，近年發(fā)展起來的有粉煤灰、頁巖泥漿、選煤尾礦泥、阻化泥漿等，除惰化外還兼有降溫，但對煤礦本身則微有污染。我國堵漏技術(shù)和材料在近年來發(fā)展很快，相繼研究和開發(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、凝膠和尾礦泥山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論28堵漏等；另外及時充填采空區(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。在凝膠中加入黃土或粉煤灰，膠體強度增加，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僅為 ～1 。復(fù)合膠體3mkg可針對性的用于預(yù)防自燃危險區(qū)，快速撲滅火災(zāi)。智能化膠體防滅火系統(tǒng)是目前最合理先進的注膠系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進制漿系統(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現(xiàn)自動定量調(diào)節(jié)，注膠過程中的各種參數(shù)可實現(xiàn)在線可視化監(jiān)測和控制。系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，不堵管、成膠時間可控、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。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，通過壓注設(shè)備注入煤層內(nèi)部，在一定時間內(nèi)發(fā)生膠凝固化，迅速吸熱降溫、隔絕氧氣、包裹煤體；注入的液體由點向四周擴散，形成較大的降溫窒息區(qū)，直接注入高溫點滅火降溫效果極佳，尤其在巷道頂煤或煤柱發(fā)生自燃火災(zāi)時，該技術(shù)顯示出其他防滅火技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。但它也存在一些問題，如“凝膠”強度不高，充填高度過大時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。當火區(qū)范圍較大時，滅火成本相對較高。山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論29 阻化劑防滅火阻化劑是抑制煤氧結(jié)合，阻止煤氧化的化學藥劑。常用阻化劑是一些吸水性很強的鹽類，當它們的水溶液附著在易被氧化的煤表面時，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，這些藥劑吸水能使煤體長期處于潮濕狀態(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，但當煤中水分蒸發(fā)，減小到一定程度時，阻化作用就會停止，轉(zhuǎn)而變?yōu)榇呋饔茫龠M煤的氧化與自燃。關(guān)于阻化劑防止煤自燃的原理，一般認為是一種吸水性很強的鹽類((CaC ， MgC )，在壓注和噴灑的過程中，它能浸入煤的層理、節(jié)理2l2l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，延長煤的發(fā)火期，起到防滅火的作用。阻化劑多為化學物質(zhì)，表面活性劑，歸類為鹽類，化學性質(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 CaC ,MgC , ZnC (鹵液或鹵片)，2l2l2l以及水玻璃和生石灰等。從使用的效果看，CaC ,MgC ，效果最好，其次是 NaCl，水玻璃及其它藥劑。從經(jīng)濟效益上看， MgC ，比較便宜，2lCaC 和 NaCl 相對較貴，MgC 為鹽的副產(chǎn)品，貨源相對來說比較充足。2l 2l阻化劑抑制煤層自燃的機理及特點如下：當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，促使氧原子恢復(fù)到分子狀態(tài)，同時減少了反應(yīng)物分子之間的有效碰撞機會，使氧化反應(yīng)速度放慢或受到抑制，山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論30起到了一種負催化作用。阻化液進入煤層后，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。阻化劑阻化機理分為吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應(yīng)、不燃氣窒息作用。實踐證明，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理做簡要分析。 氯鹽阻化劑的阻化機理，主要為吸水鹽類的液膜隔氧降溫學說和提高反應(yīng)物之間活化能的副催化學說等等。從煤氧化自燃的基鏈式反應(yīng)過程來看，可以說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與氧的直接接觸，破壞了活性自由基團與氧氣的化學吸附反應(yīng)過程。其次，氯化物吸水鹽類還是一種吸水能力很強的物質(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，還是它的負催化作用，即吸水鹽類阻化劑作為一種化學成份，加入到煤的自由基鏈式反應(yīng)過程中，生成穩(wěn)定的鏈環(huán)，抑制或減緩煤表面活性自由基團與氧氣的反應(yīng)速率。另外，通過對氯化物吸水鹽類阻化劑阻化煤樣氧化過程分析也可以證實，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，吸水鹽類對煤樣的阻化作用，主要是由于阻化劑與煤山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論31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)是通過均衡漏風通道進出口兩端的負壓，杜絕或減少通過有浮煤堆積區(qū)域的漏風風量，調(diào)整放頂煤下作面的局部通風系統(tǒng)，最大限度地減少向采空區(qū)、停采線和開切眼漏風，從而有效地控制了采空區(qū)、停采線和開切眼遺煤氧化；及時封閉采空區(qū)的聯(lián)絡(luò)巷、溜煤眼，工作面區(qū)域內(nèi)的風門一律實現(xiàn)閉鎖，定期測風測壓，其實質(zhì)是設(shè)置調(diào)壓裝置或調(diào)整通風系統(tǒng)以降低漏風風路兩端的風壓差，使漏風風路兩端的風壓處于等壓狀態(tài)，即壓力差趨近于零。因此，抑制了漏風供氧，所以能夠較快地使火災(zāi)自行窒息，達到消除自燃的目的。采用均壓防滅火措施時，必須經(jīng)常觀測風壓差、風量、空氣成分的變化情況以及發(fā)火預(yù)兆，根據(jù)實際情況，不斷調(diào)整壓差，有針對性地采取相應(yīng)的措施。同時加強通風設(shè)施的日常檢查與維修工作，保證通風設(shè)施完好和正常運行。根據(jù)工作面通風系統(tǒng)對工作面進行均壓防火，減少采空區(qū)漏風，防止自燃，其應(yīng)用條件為：（1)地表明顯向采空區(qū)漏風時；（2)工作面推進速度因故減慢或停止推進時；（3)工作面或采空區(qū)出現(xiàn) CO 超限等自燃征兆時。當?shù)V井主扇能力較大且實際條件允許時，則優(yōu)先采用直接在回風順槽建立調(diào)節(jié)風窗，進行工作面增阻升壓調(diào)節(jié)；當?shù)V井主扇能力較小，則采用風窗一輔助局扇聯(lián)合調(diào)節(jié)裝置進行工作面升壓調(diào)節(jié)，輔助風機所增加的風壓完全用來克服風窗所增加的通風阻力。山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論32輔助風機設(shè)在工作面進風順槽入風口聯(lián)絡(luò)巷附近(車場石門)，在通風機進、出風口處各設(shè)置一道板墻，墻中間設(shè)風門。設(shè)置的板墻要盡量嚴密，以避免因產(chǎn)生循環(huán)風流而引起風壓損失。為保證調(diào)壓效果，輔助風機安裝后要測出調(diào)壓工作面的風量和輔助風機兩側(cè)風流的壓差。如果增壓值不夠，要更換風量較大的輔助風機，或者并聯(lián)一臺輔助風機；如果增壓值過大，可在設(shè)置輔助風機的風門上開調(diào)節(jié)窗，使之減小。為觀測調(diào)壓效果，在調(diào)節(jié)風門上安設(shè)壓差計，同時在回風順槽安設(shè)風壓傳感器，由安全監(jiān)控系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測調(diào)壓區(qū)的壓力變化情況。根據(jù)壓力變化情況，隨時進行調(diào)節(jié)，以達到減小采空區(qū)漏風的目的。因此，該技術(shù)對于閉區(qū)防滅火效果較好，但對于開區(qū)防滅火卻很困難。發(fā)生內(nèi)因火災(zāi)時，煤的熱容量己經(jīng)很大，煤溫也較高，維持自燃的最小氧濃度也降低到了很低，開區(qū)均壓只能減少漏風，不能完全杜絕漏風，且滅火時間較長。此外，在均壓防滅火技術(shù)中，由于礦井實際條件的復(fù)雜多變性，致使在使用該技術(shù)時，常常因系統(tǒng)壓能的測定速度慢和精度低而大大影響該技術(shù)的使用效果。 本章小結(jié)本章主要介紹的是煤炭自然發(fā)火的基本理論，包括煤炭自然發(fā)火影響因素、早期識別與預(yù)防及其防治技術(shù)。通過本章的介紹，可知煤炭自然發(fā)火是各種內(nèi)在因素和外在因素綜合作用的結(jié)果；在自燃危險性預(yù)測方面主要有三種方法：自燃傾向性實驗預(yù)測法、綜合評判預(yù)測法、經(jīng)驗統(tǒng)計預(yù)測法；可以通過指標氣體分析法、測溫法、示蹤氣體法和測氡法對自然發(fā)火情況進行預(yù)測；最后，進行了自然發(fā)火防治方面的研究，可知主要的防治山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論33方法有開拓開采方面、通風措施、惰化技術(shù)、灌漿技術(shù)、膠體防滅火、阻化劑防滅火以及均壓滅火技術(shù)。山東科技大學學士學位論文 滕東煤礦半孤島工作面自然發(fā)火防治技術(shù)343 滕東煤礦半孤島工作面自然發(fā)火防治技術(shù) 半孤島工作面自然