灌漿與阻化劑防滅火

一、灌漿防火
灌漿就是把粘土、粉碎的頁巖、電廠飛灰等固體材料與水混合、攪拌，配制成一定濃度的漿液，借助輸漿管路注入或噴灑在采空區(qū)里，達(dá)到防火和滅火的目的。
（一）灌漿防滅火的機(jī)理
灌漿防滅火的作用為：充填煤巖裂隙及其孔隙的表面，增大氧氣擴(kuò)散的阻力，減小了煤與氧的接觸和反應(yīng)面；漿水浸潤煤體，增加煤的外在水份，吸熱冷卻煤巖；加速采空區(qū)冒落煤巖的膠結(jié)，增加采空區(qū)的氣密性。灌漿防火的實(shí)質(zhì)是，抑制煤在低溫時(shí)的氧化速度，延長自燃發(fā)火期。
（二）灌漿系統(tǒng)
灌漿系統(tǒng)由制漿、輸漿和灌漿三部分組成。
1、漿液的制備
1）漿液性能，對漿液性能的基本要求是，濃度適當(dāng)，滲透能力強(qiáng)。在漿液中，固體漿材與水的（體積）比例稱之為漿液的（體積）濃度。用黃土做漿材時(shí)也叫土水比。
2）漿材的選取 漿材必須滿足下列基本要求：（1）不含或少含可燃和自燃物質(zhì)。（2）不含催化物質(zhì)，（3）粒度一般不大于2mm，而且細(xì)小顆粒應(yīng)占大部分。對于粘土，d≤0.005mm的顆粒應(yīng)占60～70％；頁巖，d≤0.077mm者應(yīng)占70～75％。（4）比重一般要求為2.5～2.6。（5）膠體混合物濃度（按MgO計(jì)）。（6）塑性指數(shù)IP*。根據(jù)蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為IP=9～11最適宜用于灌漿。
３）漿液的制備工藝
1) 泥漿的制備工藝，隨取土方式和制漿設(shè)備不同而異。
(1) 水力取土自然成漿，這種方法適用以山坡表土層或貯土場的積土為漿材。制漿過程是，先用放炮使表土層變松，或直接用高壓水槍（水力噴射器）沖刷。黃土隨水而流，在流動(dòng)的過程中混合均勻，形成泥漿，用篩板過濾除去顆粒較大的砂石后，流入輸漿管，
這種制漿方法，設(shè)備簡單，投資少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，效率高。缺點(diǎn)是水土比難以控制，不能保證漿液質(zhì)量。窯街、大同、淮南、義馬等區(qū)一些礦井，采用此種方法。
（2）人工或機(jī)械取土機(jī)械制漿
泥漿攪拌池應(yīng)分成兩格，一池浸泡，一池?cái)嚢瑁啌Q使用。漿池的容積，一般按2小時(shí)灌漿量計(jì)算，其底部有向出口方向2～5％的坡度，在泥漿引灌漿管前應(yīng)設(shè)兩層過濾篩子（孔徑分別為15mm和10mm），在注漿時(shí)應(yīng)及時(shí)清除篩前的碴料。
２、漿液的輸送
1）輸漿壓力與輸漿倍線 輸送漿液的壓力有兩種。一是利用漿液自重及漿液在地面入口與井下出口之間高差形成的靜壓力進(jìn)行輸送，叫靜壓輸送；當(dāng)靜壓不能滿足要求時(shí)應(yīng)采用加壓輸送。前者使用較多。輸漿倍線表示輸漿管路阻力與壓力之間關(guān)系，用N表示。
靜壓輸送時(shí)：
加壓輸送時(shí)
式中 L—漿液自地面管路的入口至灌漿區(qū)管路的出口管線總長度，m；
H—漿液入出口之間的高差，m；
h—泥漿泵的壓力，m。
倍線一般控制在3～8之間。過大時(shí)，應(yīng)加壓；過小時(shí)，容易發(fā)生裂管跑漿事故可在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b閘閥進(jìn)行增阻。
2）灌漿管道的選擇
當(dāng)管道中漿液恰好處于無沉積的懸浮狀態(tài)時(shí)的流速，稱為臨界流速(vc)時(shí)，也叫不淤流速。在這個(gè)流速下輸送漿液，既能保證不淤積、不堵管，而且消耗的能量又最小。因此，臨界流速是一重要參數(shù)。與臨界流速對應(yīng)的管徑叫臨界管徑dc，兩者的關(guān)系為
或
灌漿量Qm值一定時(shí)，與Qm對應(yīng)的（di，vi）有很多組，可采用試算法確定dC。
３）利用鉆孔代替礦井輸漿干管具有選點(diǎn)靈活，節(jié)省干管，投資少，維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在巖層條件好、埋藏較淺時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用，在有裂隙的巖層，應(yīng)下套管。
（三）灌漿防火方法
按與回采的關(guān)系分，預(yù)防性灌漿有：采前預(yù)灌、隨采隨灌、采后封閉灌漿等三種。
1）采前預(yù)灌，所謂采前預(yù)灌即是在工作面尚未回采前對其上部的采空區(qū)進(jìn)行灌漿。這種灌漿方法適用于開采老窯多的易自燃、特厚煤層。
2）隨采隨灌，灌漿作為回采工藝的一部分，隨工作面回采向采空區(qū)灌漿。隨采隨灌又有埋管灌漿、插管灌漿、灑漿、打鉆灌漿等多種方法。
3）采后注漿，可以利用鉆孔向工作面后部采空區(qū)內(nèi)注漿；采空區(qū)封閉后，在密閉墻上插管灌漿，防止停采線遺煤自燃。
目前采用的灌漿方法主要有：
1) 鉆孔灌漿，在煤層底板的集中運(yùn)輸或回風(fēng)巷道或?qū)ｉT開掘的灌漿巷道內(nèi)，每隔一定距離（10～15m）向采空區(qū)打鉆灌漿，
2) 埋管灌漿，把灌漿管鋪設(shè)在工作面的回風(fēng)道內(nèi)。工作面放頂前，在回風(fēng)巷的灌漿支管上接一段預(yù)埋鋼管（10～15m），予埋管和支管之間用高壓膠管連接。工作面放頂后始終保持予埋管壓在采空區(qū)內(nèi)5～8m，預(yù)埋管用回柱絞車?yán)庖啤?br /> 工作面灑漿，為了保證灌漿質(zhì)量，自然發(fā)火危險(xiǎn)性較大的工作面應(yīng)在埋管灌漿的同時(shí)還向采空區(qū)噴灑灌漿。其方法是，工作面放頂之前，從回風(fēng)巷灌漿管上接出一根預(yù)膠管，沿傾斜方向分段向冒落區(qū)里灑噴泥漿。
4) 綜采工作面插管灌漿，方法是，注漿主管路沿工作面傾斜鋪設(shè)在支架的前連桿上，每隔20m左右預(yù)留一個(gè)三通接頭，并安裝分支軟管和插管。將插管插入支架掩護(hù)梁后面的垮落巖石內(nèi)灌漿（如圖10-6-5），插入深度應(yīng)不小于0.5m。工作面每推進(jìn)兩個(gè)循環(huán)，注漿一次。
（四）灌漿管理
加強(qiáng)灌漿管理對保證灌漿質(zhì)量，提高灌漿效果至關(guān)重要。隨采隨灌時(shí)注意觀察灌入水量與排水量比例，如果排出水量過少，則說明灌漿區(qū)可能有泥積存，應(yīng)停止灌漿。如果排出水里含泥量過大或過于集中，說明采空區(qū)已形成泥漿溝，灌漿不均勻，應(yīng)移動(dòng)管口位置。
灌漿后應(yīng)再灌幾分鐘清水，清洗管道，以免泥漿在管道內(nèi)沉淀。
二、 阻化劑防滅火
在化學(xué)上，凡是能減小化學(xué)反應(yīng)速度的物質(zhì)皆稱為阻化劑(inhibitors)。
1、其作用機(jī)理是：1）增加煤在低溫時(shí)的化學(xué)惰性，或提高煤氧化的活能；２）形成液膜包圍煤塊和煤的表面裂隙面；３）充填煤柱內(nèi)部裂隙；４）增加煤體的蓄水能力；５）水分蒸發(fā)吸熱降溫。實(shí)質(zhì)是降低煤在低溫時(shí)的氧化速度，延長煤的自然發(fā)火期。
2、 阻化劑的評(píng)價(jià)指 標(biāo)及其影響因素
我國目前采用阻化率和阻化壽命作為衡量阻化劑的兩個(gè)指標(biāo)。
１）阻化率 我國撫順煤科分院建議，含硫量小于２％的煤采用煤樣在阻化前后放出ＣＯ氣體的相對變化量作為評(píng)定指標(biāo)；含硫量大于２％的煤（一般稱為高硫煤）采用煤樣在阻化前后放出ＳＯ2氣體的相對變化量，作為評(píng)定指標(biāo)。此指標(biāo)稱之為阻化率。測定阻化率時(shí)要準(zhǔn)備兩種煤樣：一種經(jīng)過阻化劑處理過的煤樣；另一種是原煤樣分裝在兩個(gè)試管中；其粒度為０．３５～０．６６ｍｍ，重量７０ｇ。實(shí)驗(yàn)條件保持一定。測定反應(yīng)試管釋放的ＣＯ或ＳＯ2氣體的濃度，按下式計(jì)算阻化率:
E=100(A-B) A，%
式中 E-煤的阻化率，%;
A，B-分別為原煤樣和阻化煤樣在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下氧化5小時(shí)放出的CO( pmm) 或SO 2 (mg)。阻化率越大，說明阻化劑對煤氧化的阻止作用越大。
２）阻化劑的阻化壽命
阻化劑噴灑至煤體表面后，從開始生效至失效所經(jīng)過的時(shí)間叫阻化劑壽命。單位為月。單位時(shí)間內(nèi)阻化率下降值叫阻化劑的衰減速度，以Ｖ表示，單位為％／月。阻化劑的壽命可用下式表示：
τ＝Ｅ／Ｖ
阻化劑壽命是一個(gè)重要指標(biāo)。為了達(dá)到有效的預(yù)防自然發(fā)火，阻化壽命不應(yīng)小于自然發(fā)火期。阻化壽命可以二次或多次噴灑以及保持環(huán)境具有較高的濕度等措施來延長。
3、 阻化劑選擇
目前最常用的阻化劑有煤礦使用的阻化劑有：氯化鈣（ＣａCl 2:Ｈ2０）、氯化鎂（MgＣl2:６Ｈ2Ｏ)、氯化銨（NH４Cl)以及水玻璃(ＸＮａ2Ｏ.yＳｉ０２）等。以及工業(yè)廢液等。從目前的應(yīng)用結(jié)果來看，氯化鈣、氯化鎂、氯化鋁、氯化鋅等氯化物對褐煤、長焰煤和氣煤有較好的阻化效果；水玻璃、氫氧化鈣對高硫煤有較高阻化率。
4、 阻化劑防火工藝
應(yīng)用阻化劑防火的主要方法是：表面噴灑、用鉆孔向煤體壓注以及利用專用設(shè)備向采空區(qū)送入霧化阻化劑。壓注和噴灑系統(tǒng)有移動(dòng)式、半固定式和固定式三種。
關(guān)鍵詞：滅火