矿井泡沫防灭火技术研究进展

煤自燃是严重威胁煤矿安全生产的典型灾害类型之一,会导致瓦斯爆炸、资源损失、环境污染等问题,严重危害矿井人员生命和财产安全。随着矿井开采规模和强度的增加,大空间采空区越来越多,漏风通道复杂、遗煤分布范围广、氧化时间长、火源位置隐蔽性强,煤自燃精准防控难度很大。泡沫防灭火材料具有优异的堆积和渗流扩散特性,有助于解决高位火源治理、复杂裂隙封堵、大空间遗煤覆盖的难题,是大空间采空区煤自燃防治的主要研究方向。归纳了矿井防灭火泡沫降温、隔氧、阻化、堵漏等作用原理,总结了矿用防灭火泡沫流量大、扩散范围广、堆积性好等特点,指出了其在大空间采空区煤自燃防治的优势。针对常见的两相泡沫、阻化泡沫、三相泡沫、凝胶泡沫、有机固化泡沫、无机固化泡沫等矿井防灭火泡沫,分别介绍了其研发历程、制备方法和现场应用情况。基于此,提出当前泡沫防灭火技术急需解决的“大空间采空区煤岩介质中防灭火泡沫渗流与扩散特性、防灭火泡沫对大范围遗煤持久覆盖阻化特性、泡沫堵漏材料低放热膨胀及快速固化特性”3个关键科学问题,并提出“绿色环保的泡沫防灭火材料、防灭火泡沫智能化制备及灌注、自修复无机泡沫堵漏技术”3个未来技术攻关方向,为今后矿井泡沫防灭火理论及技术研究提供参考,有助于防范与遏制大空间采空区煤自燃灾害,保障煤炭行业安全生产。

防灭火三相泡沫流体特性及油面铺展性能研究

灭火泡沫的流动铺展性能直接影响其施放和灭火效率。为研究防灭火三相泡沫的流体特性及其在平板和油面的流动铺展性能,利用旋转黏度计考察剪切速率、浆液浓度、温度、剪切持续时间等因素对三相泡沫黏度的影响;用自主设计的试验台架,测定几种典型的三相泡沫在玻璃槽内和航空煤油表面的流动铺展速度。试验结果表明:所测这些三相泡沫属于屈服假塑性流体,其黏度主要受浆液浓度、温度和发泡倍数的影响;三相泡沫在平板上的流动性与泡沫黏度呈正相关,而超细粉体的加入对泡沫油面铺展性能的影响不大,满足灭火要求。

防灭火三相泡沫形成和稳定的影响因素

为研究含超细粉体的防灭火三相泡沫的形成和稳定过程及其影响因素,在实验室中通过机械搅拌的方式制备三相泡沫,重点研究不同泡沫液、不同粉体类型以及泡沫液质量分数、粉体添加量和粉体粒径对三相泡沫发泡、稳泡性能的影响。结果表明,表面活性剂有利于三相泡沫的形成,且泡沫发泡性能随泡沫液质量分数的增大而提高。轻质、亲水性颗粒与非离子表面活性剂共存有利于三相泡沫的生成和稳定,粉体添加量增大会增强泡沫稳定性,但添加量过大则会影响泡沫的发泡性能。搅拌强度和发泡倍数对泡沫稳定性也有影响,发泡倍数过高会影响泡沫的稳定性。

超细粉体三相泡沫灭火剂热稳定性研究

为探讨超细粉体的加入对水基泡沫灭火剂油面热稳定性的影响,用自行设计的小尺寸可视化油池,完成不同粉体类型、不同添加量的泡沫油面热稳定性试验。观察高温条件下三相泡沫的形态变化过程,并用热电偶测定试验过程中的油品温度,优选2种适合制备防灭火三相泡沫的超细粉体。结果表明:向泡沫灭火剂中加入超细粉体,可使其在高温下的稳定时间延长10倍以上;对于空心玻璃微珠和炭粉,泡沫灭火剂的油面热稳定性随粉体添加量的增加而增强,发泡倍数随粉体添加量增加而减小,炭粉对发泡性能的影响更为显著,空心玻璃微珠和炭粉的最优添加量(质量分数)分别为11.2%和13.2%;高温条件下,粉体在泡沫表层形成致密外壳,阻碍油品与环境的传热传质过程,防止油品复燃。

超细粉体对泡沫灭火剂性能影响实验研究

为探究向两相泡沫中加入超细粉体对泡沫性能的影响,组建了较为完整的三相泡沫发生和性能实验装置,选取珍珠岩微粉、空心玻璃微珠和超细铜粉作为基料,对三相泡沫发泡性能、稳定性能、隔热性能和抗烧性能进行实验研究。结果表明:向传统灭火泡沫中加入轻质耐烧超细粉体材料后,对泡沫发泡性能影响不大,但可显著增强泡沫的热稳定性,且在气泡失水破裂后,超细粉体可在泡沫表面形成蜂窝状壳体覆盖于可燃物表面,起到良好的隔离热辐射作用,大大增强了灭火泡沫的抗复燃能力。

复配超细粉体三相泡沫的制备与稳定性研究

为改善泡沫灭火剂的高温稳定性和抗复燃性能,将石墨粉、膨润土和空心玻璃微珠按一定比例复配加入泡沫灭火剂中制备防灭火三相泡沫,利用自主设计的实验台架,研究其发泡、稳泡及油面热稳定性等主要性能,分析复配超细粉体对泡沫灭火剂稳定性的影响机理。实验证明,复配粉体的加入可使泡沫灭火剂在高温下的稳定时间延长10倍以上,粉体颗粒会在泡沫表面形成一层致密壳层,增强泡沫的隔热阻燃性能,石墨粉的存在使壳层更加致密且增强了泡沫的流动性,但会对泡沫的发泡性能产生较大的影响,当空心玻璃微珠和石墨粉的添加质量比为5∶2时,整体效果较好。

分析瓦斯防治技术的最新发展及应用标准

针对目前煤矿防灭火技术运用实践存在的问题,文章从实践角度出发,分析了煤矿防灭火技术的最新发展,并提出了技术应用控制的方法策略,其目的是为相关建设者提供一些理论依据.结果表明,煤矿防灭火技术的运用要结合工程项目所处实际条件,来提高技术运用的适用性与针对性.

黄原胶对复合发泡剂性能影响的实验研究

针对矿用防灭火生物质复合发泡剂(烷基糖苷与茶皂素的比例为2∶1)存在的泡沫稳定性不足的问题,通过添加黄原胶作为稳泡剂提高了生物质复合发泡剂的黏度及其相应的泡沫稳定性,制备得到了具有高稳定性、绿色环保的矿用防灭火生物质泡沫材料。通过研究不同浓度的黄原胶对复合发泡剂性能的影响,包括泡沫的发泡体积、半衰期、黏度和微观结构,确定了黄原胶的最佳添加量为0.4%。实验表明当黄原胶浓度为0.4%时,泡沫的发泡体积达到500 mL,半衰期长达26 h,黏度为2 750 mPa·s。

宏达矿21021复采工作面火区治理技术实践

针对宏达煤矿21021复采工作面煤自然发火事故,分析了复采工作面高位浮煤自燃诱导因素和治理难点。在此基础上,应用了以三相阻化泡沫快速降温、覆盖充填裂隙为主,合理调整通风设施实现局部、均压减少漏风为辅的火区综合治理技术,并探索了过松散采空区两级套管钻进工艺。治理后火区内氧气浓度明显降低,其余各项指标均满足火区启封要求。