《新峪煤矿防灭火系统改进方案(改4)(1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新峪煤矿防灭火系统改进方案(改4)(1)（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1利用稠化泥浆防治采空区煤炭自燃技术方案汾西新峪煤业有限责任公司 华 北 科 技 学 院二一年五月二十三日课题组2前言煤炭自燃是煤矿严重的灾害之一，随着我国经济发展对煤炭需求量的持续增长和煤炭基地向中西部转移，有煤炭自燃倾向性的煤矿将由目前的 50%增长到 70%以上。近年来随着开采深度和强度的增大，煤自燃火灾的发生越来越频繁，煤层发生自燃时，在高温下分解及氧化释放出大量有毒有害气体；同时高温促使煤层中所含瓦斯释放，有可能引起瓦斯爆炸。煤炭自燃一般来说,煤炭自燃必须具备以下三个条件:(1)煤本身具有自燃倾向性;(2)有连续的供氧条件;(3)热量易于积聚。第一条为煤的内部特征,取决于成煤物质和成
2、煤条件,后两条为外因,取决于矿井的地质条件和开采技术条件。因此煤自燃有极大的危害性，必须提前预防和快速、彻底地扑灭火灾。灌浆防灭火原理：灌浆防灭火就是将不燃性固体材料按一定比例与水配合制成浆体,然后利用高度差或泥浆泵送至可能发生自燃的地点,浆体中的固体物沉淀下来,水则流到巷道中排出。浆体防灭火的原理是:(1)浆体能够将碎煤包裹起来,隔绝它与空气的接触;(2)浆体若选择为黄泥浆,其中某些化合物能够破坏反应;(3)固体物充填于浮煤和冒落的矸石缝隙之间形成再生顶板,从而增加严密性,减少漏风;(4)对已自热的煤炭有冷却作用。本项目所制备的稠化泥浆具有良好的流变性，在管道中要比纯泥浆的流动阻力小不易沉淀
3、；具有优异的空气阻隔性能，能够有效的阻隔煤与氧的接触；泥浆中的水份能够浸润煤体，吸热冷却煤岩；稠化泥浆的添加剂对高硫煤有很高的阻化率。因此稠化泥浆具有很好的防火和灭火作用。这种稠化泥浆不产生任何有害、有害气体，且成本低廉，施工简单。该稠化泥浆技术的成功研发，为高硫煤矿的防灭火提供了新的思路，具有重要的推广应用前景。3汾西矿业集团新峪煤矿利用稠化泥浆防治采空区煤炭自燃技术方案一、5110 工作面工作面概况5110 工作面主采 10#、11#煤层，地面标高874m 1007m ，工作面标高751m777m。工作面东为 5112 采空区，南为五采区大巷，西为 5308 采空区，北为井田边界。工作面走
4、向长 900m，倾斜长 148m, 面积 133200m2；煤层厚度 7.37m，倾角 7，容重 1.37 t/m3，工业储量 1344907 t，可采储量1117767 t。煤层直接顶为泥岩，厚度 0.6m；老顶为石灰岩，厚度 7.73m；直接底为铝质泥岩，厚度 1.6m；老底为砂质泥岩，厚度 3.23m。工作面总体走势北高南低，受褶皱构造影响，巷道呈波浪状起伏状态，在切眼内距材巷 27m 处有一落差为 0.6m 的正断层。该工作面煤层易自燃，最短发火期 6 个月。2008 年 12 月掘进材料巷时遇到胡家窑小煤窑巷道，后退 55m，打了三道密闭后拐开切眼； 5110 工作面主采10#、11
5、#煤层与上部采空区距离很近，约 5m 左右 ,而且上部采空区与浅部小煤窑连通情况不够清楚,预计开采后将导致该工作面采空区漏风严重，并且漏风难以控制，采空区煤炭发生自燃的危险性大大增加，成为该工作面安全生产面临的首要问题。该工作面相对瓦斯涌出量 0.50m3/t，绝对涌出量 0.489m3/min，煤尘有爆炸危险，爆炸指数 20%。二、现有黄泥灌浆防灭火系统的优缺点新峪煤矿结合本地实际情况，因地制宜采用了灌浆系统防灭火。灌浆防灭火技术在我国有自然发火危险的矿井中用的较普遍，也取得了良好的效果，成为与井下预防内因火灾的主要措施之一。泥浆能够吸热降温，对煤体还有包裹作用，能够达到隔绝氧的目的，对于采
6、空区的防灭火效果显著。但是由于井下自燃火灾有时处于工作面或巷道顶部的比较高的部位，而且工作面后方采空区内也有较大的坡度，用水或泥浆灭火时不能滞留在发火部位，流过发火部位后仅使煤表面温度得到降低，煤体内部温度仍然很高。水的冲刷将煤体表面的灰分带走，又露出新的煤体表面；水的剧烈蒸发增加了煤的孔隙4率，使漏风通道更加畅通。水对煤的自燃还有一定的促进作用，在高温 600时水会分解成 H2、O 2 参与燃烧反应，还会产生大量水煤气，造成水煤气爆炸。而且黄泥灌浆系统会消耗大量黄土，泥浆在管道中摩擦阻力大，易沉淀，泥浆到达采空区后脱水量较大，会恶化工作环境。针对新峪煤矿防灭火系统现状和该矿为高硫矿这一特点，
7、拟采用向泥浆中加入适量增稠剂吸水性材料的方法来提高防灭火效果。稠化浆体对管壁的磨损小，能实现远距离输送，不易脱水，能有效的覆盖煤层，防止煤的氧化，从而有效地防治煤炭自然着火，其制备方法简单，成本低廉，集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，稠化泥浆在常温下脱水很慢、不变质，可长期保存在煤层中，较好地解决了灌浆、注水的水泄漏流失问题及时间一长水泥脱水干裂的问题。稠化泥浆不会产生大量水蒸气，不存在水煤气爆炸和瓦斯爆炸等危险，有效防止煤层自然发火或火区复燃。其灭火速度快，高温区只要有稠化泥浆渗透到的地方都不会复燃，适用于该矿防灭火。三、稠化泥浆防灭火的实验研究（一）稠化泥浆的概念稠化泥浆是向粉煤灰或
8、黄土、砂石的浆液中加入少量添加剂(基料)而形成的稠化浆体。由于稠化泥浆稠度较大，可以使较稀的泥浆能达到浓泥浆的灌浆效果，稠化泥浆在宏观上更加均匀，具有良好的触变性，管道流动性、流动中不易沉降，稠化胶体与煤壁附着性好，一定程度上能充填煤中的裂隙。实验中还发现稠化泥浆的基料还是一种良好的分散剂，泥浆加入基料后还可以防止泥浆中颗粒物沉降，这个性质有利于预防堵管现象的发生。由于所选择的添加剂碱性很强,所以具有很强的固硫能力，稠化泥浆对高硫煤的防火作用效果显示出了重要的推广应用前景。（二）稠化泥浆的悬浮性根据 DLVO 理论，稠化泥浆在一定条件下是稳定存在还是聚沉，取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力，若
9、斥力大于吸引力时溶胶稳定，反之则不稳定。聚合物水溶胶稳定的主要因素是聚合物吸附层而不是扩散层重叠的静电斥力。吸附的高聚物层对胶体稳定性的影响有 3 个方面：带电聚合物被吸附后，5增加了胶粒之间的静电斥力位能 ER，这一点与吸附简单离子的影响相同，同样可用 DLV0 理论处理；高聚物的存在通常会减少胶粒间的引力位能 EA；胶粒吸附高聚物后，产生了一种新的斥力位能空间斥力位能 ET，胶体体系总的位能 ET 应是 ETEA+ER+ERS。影响稠化泥浆悬浮性的因素一般有 3 种：基料与浆液颗粒的结合方式，嵌段共聚物和接枝聚合物，即其分子一端“锚”在胶粒表面上，另一端伸向溶液，形成空间位垒，阻碍胶粒并在
10、一起；吸水性基料形成的吸附层厚，一般厚度越大越稳定；基料与分散介质的关系，亲水性越好的基料效果越好，否则容易导致胶体絮凝。（三）稠化泥浆的添加剂稠化泥浆添加剂一般都具有表面活性剂的性质，在黄土的浆液中加入稠化泥浆添加剂后，由于其中的亲水和亲油基团可显著地改变液固界面性质，引起表面张力降低，因而分散系更加稳定，可以改善浆液的流动性，实验条件下，吸水粘土对含有一些盐分的泥浆水也有较强的吸收能力，水质对其吸水性影响不大，因此吸水性好的粘土矿物通常可用作稠化泥浆的基料。与粘土矿物相比，交联的吸水树脂具有更强的吸水能力。一些由一种单体聚合生成的吸水树脂对蒸馏水的吸收性很好，但这些吸水树脂中亲水官能团比较
11、单一，其吸水性受介质条件影响很大，制备稠化胶体的效果不理想。而多种单体共聚，形成含有多种亲水官能团的吸水高分子材料，虽不受条件影响，吸水能力也很强，但价格又太贵，成本太高。经过多次筛选研究,我们选用对高硫煤自燃有显著预防作用且具备一定吸水能力、可以改善泥浆粘稠度、价格又不高的石灰作为添加剂。石灰浆的特性对于含硫量大于 0.5%的中、高硫煤来说，其氧化自燃机理主要是基于黄铁矿( 主要成分 FeS2)作用学说。该学说认为，硫在煤中主要是以 FeS2 形式存在，在潮湿供氧环境下，将发生缓慢氧化，其反应式为:2FeS2+2H2O+7O22FeSO 4+2H2SO4+Q1 (1)随着热量的积聚，将进一步
12、发生如下氧化反应:12FeSO4+6H2O+3O24Fe 2(SO4)3+4Fe(OH)3+Q2 (2)6只要有供氧环境和聚热环境，上面两反应将同时继续进行，使热量进一步积聚，从而发生以下反应:FeS2+ Fe2(SO4)3+ 3O2+ 2H2O3FeSO 4+2H2SO4+Q3 (3)上面 3 个反应同时进行的结果，使热量不断增加，如果供氧充分，最后将导致煤炭自燃。而石灰浆的固硫能力非常显著，且石灰浆在 1L 水中只溶解 1.56g（20） ，在煤自燃前灌注石灰浆，由于其主要成分为 Ca(OH)2 与 H2O，将发生如下反应:Ca(OH)2+H2SO4CaSO 4+2H2O吸收水分将生成结晶
13、 CaSO42H2O。如果此时热源未完全冷却，则仍可能继续发生(1) 、(2) 或(3)式的反应，产生的 Q1、Q2 或 Q3 将使 CaSO42H2O产生分解反应，即CaSO42H2OCaSO 4+2H2O-Q6这是一个吸热反应。如果石灰浆用得足够多，则生成的 CaSO42H2O 大量分解将吸收大量的热量，对于发热区的降温将起到很好的作用。三、稠化泥浆防灭火系统施工工艺稠化泥浆灭火系统是在黄泥灌浆系统的基础上，利用地面灌浆系统制成一定浓度的浆液，用泥浆泵将基料从搅拌池中抽出利用高压水枪冲下黄土，通过输浆管路输送到采空区。混合物在采空区胶凝发挥堵漏风、降低煤温与隔绝热源的作用，从而达到预防煤炭
14、自燃和快速扑灭火灾的目的。（一）添加剂的配比方案方案: 生石灰添加剂由于生石灰在经济方面的优势，我们采用生石灰做添加剂,而且生石灰具有一定的悬浮能力,可悬浮黄泥和粉煤灰等固态物质.也可降低灌浆材料在管道中的流动阻力,溶于水中的 Ca2+带正电荷能与泥土中的负离子发生凝聚反应，体积可增大数十倍在水中形成松散的三维网状结构,利于实现泥浆的长距离输送。每立方米溶液中含基料 40-60kg,约占 5%，注浆流量为 30 60m 3/h。现拟采用每小时抽浆 45m3，每池中加入石灰 2250kg。（二）设备设施71、混合搅拌机三台：（一台备用）Impeller 桨叶 Shaft 搅拌轴位号 No。规格
15、ModelMotor 马达380V/50HZ/3P StyleDia （mm)rpmWetted Materials轴径Length(mm)备注价 格(万元)1 SK-PR-A2-0550-2500 5.5KW D100 2500 40 304 不锈钢90 1300 石灰 32 SK-PR-A2-0400-3000 4KW D100 3000 30 304 不锈钢90 1300 泥浆 3搅拌机示意图：2356418注释：1 2 3 4 5 6电机 减速机 基座 联轴器 搅拌轴 叶轮2、泥浆泵二台：（一台备用）型号 转速nr/min 流量Qm3/h 扬程Hm 效率n% 电机功率KW 立式泵全长m
16、m 机泵重量kg 价格（元）NL50-12NL50A-12 1450 25-38 12-14 41 3 1310 80 2000NL65-16NL65A-16 1450 50-60 15-18 42 5.5 1430 152 30002、搅拌池两个：规格：半径 3m , 深 1.8m (可因实际情况而改动)当其中一池在灌浆使用时，另一池制浆，两个池轮班交换使用,以保证持续的灌浆。（三） 、方案:稠化泥浆防灭火系统施工图：9方案:稠化泥浆防灭火系统施工图： 黄土 注 浆 管 火 源水 枪 水 管 搅 拌 池搅 拌 器方案施工原理：10虹 吸 原 理 ： 虹 吸 现 象 是 液 态 分 子 间 引 力 与 位 能 差
