新型高分子材料在礦井防滅火中的應(yīng)用

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司金能煤業(yè)分公司 寧夏石嘴山 753200

摘要：當(dāng)今社會(huì)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，高分子材料在礦井防滅火中應(yīng)用，現(xiàn)在一批新型的高分子材料的出現(xiàn)被迅速采用在礦井防滅火中。本文主要是對(duì)新型高分子材料在礦井防滅火中的應(yīng)用進(jìn)行研究。首先對(duì)礦井進(jìn)行介紹，然后對(duì)新型高分子防滅火材料設(shè)備選型及噴注工藝進(jìn)行分析，最后就現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：礦井防滅火、材料設(shè)備選型、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐

一、前言

新型高分子材料是指由相對(duì)分子質(zhì)量較大的化合物分子構(gòu)成的材料。按其來(lái)源，高分子材料可分為天然，合成，半合成材料，包括了塑料，合成纖維，合成橡膠，涂料，粘合劑和高分子基復(fù)合材料。從1907年高分子酚醛樹(shù)脂的出現(xiàn)以來(lái)，高分子材料因其普遍具有許多金屬和無(wú)機(jī)材料所無(wú)法取代的優(yōu)點(diǎn)而獲得迅速的發(fā)展。然而，現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)的還只是在尋常條件下能夠使用的高分子物質(zhì)，即通用高分子。它們存在著機(jī)械強(qiáng)度和剛性差、耐熱性低等缺點(diǎn)，而現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展對(duì)高分子材料提出了更高的要求。因此新型高分子材料在礦井防滅火中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

二、礦井概況

我國(guó)某礦務(wù)集團(tuán)，礦井核定生產(chǎn)能力為120萬(wàn)t/a，實(shí)際生產(chǎn)能力為150萬(wàn)t/a。所采煤系地層為石炭二迭系地層，其中下石盒子組1.3煤層為主采煤層，9煤配采，1.3煤層厚4.0一5.0m，平均厚4.5m，煤種為肥氣煤，煤層為黑色，以暗煤為主，煤層具有爆炸危險(xiǎn)性，煤塵爆炸指數(shù)為38.68%，煤層具有自然發(fā)火傾向，自然發(fā)火期小于3個(gè)月。1995年以來(lái)共發(fā)生自然發(fā)火事故H次，屬一級(jí)發(fā)火礦井。新型高分子防滅火材料特性不可燃、不助燃，無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)腐蝕作用，具有極強(qiáng)的吸水性、保水性，吸水后急劇膨脹。當(dāng)水量不足時(shí)呈粒狀，水量充足時(shí)呈糊狀，且具有流動(dòng)性，比重略重于水，在高溫狀態(tài)甚至在火燒的情況下能確保不縮水；膨脹率極高，約為1：400，極少一部分便能充填大量空間。通常充填一個(gè)3m3空間高冒，僅需這種新型防滅火材料20kg，一個(gè)人即可輕松背走。對(duì)于一個(gè)封閉面積8m2老塘墻也僅需200kg，非常適用于應(yīng)急狀態(tài)下的快速注漿。

三、開(kāi)發(fā)新型高分子材料的重要意義和途徑

從90代開(kāi)始，科學(xué)家們就將注意力集中到了高功能，高智能的高分子材料開(kāi)發(fā)上?，F(xiàn)代工業(yè)對(duì)于新型高分子材料的需求日益強(qiáng)烈。像納米高分子材料，通常是將納米微粒與聚合物基材進(jìn)行復(fù)合，利用其特殊性質(zhì)來(lái)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，這比研究全新的聚合物材料投資少，周期短，生產(chǎn)成本低。與普通改性材料不同，納米粒子具有特殊的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等，這些效應(yīng)的綜合作用導(dǎo)致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，納米粒子巨大的比表面積產(chǎn)生的表面效應(yīng)，可使經(jīng)納米粒子改性后的高分子材料的機(jī)械性能、熱傳導(dǎo)性、觸媒性質(zhì)、破壞韌性等均與一般材料不同，有的材料還具有了新的阻燃性和阻隔性。新型高分子材料的開(kāi)發(fā)主要是集中在制造工藝和礦井的改進(jìn)上，以提高產(chǎn)品的性能，減少環(huán)境的污染，節(jié)約資源。

四、新型高分子防滅火材料設(shè)備選型及噴注工藝

根據(jù)新型高分子防滅火材料的特性，我國(guó)某礦務(wù)集團(tuán)設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)單易行、現(xiàn)場(chǎng)適用性很強(qiáng)的快速流動(dòng)注漿工藝，對(duì)防治老塘發(fā)火、高冒發(fā)火均有較好效果。其全套設(shè)備僅需2人便可移動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備的操作注漿也只需要3個(gè)人。

1、設(shè)備選型

（1）注液車2部?，F(xiàn)場(chǎng)可采用l.st的礦車代替，上面安裝特殊設(shè)計(jì)的注漿泵固定架，使注漿泵懸掛在車廂體內(nèi)，同時(shí)可左右上下調(diào)節(jié)。

（2）注漿泵1臺(tái)。注漿泵選用KGQ一50MN隔離式礦用排砂泵，其優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，，額定電壓為660V，揚(yáng)程為50m。同時(shí)該泵對(duì)抽取粘稠狀液體有其特殊的優(yōu)越性，對(duì)直徑在1.0m以下的顆粒抽取時(shí)毫無(wú)阻礙。

（3）控制閥、中高壓流量?jī)x一套。用于控制水流量。

（4）攪拌棒1根。用于高分子材料與水?dāng)嚢杌旌虾蟮某浞只烊芙狻?/p>

2、注漿工藝施工人員安排

全部注漿液操作人員僅需3人，一人控制水流量，一人稱量高分子材料并均勻撒入注液箱內(nèi)，一人開(kāi)泵并攪拌注漿液。若有條件，可增加一人向注液箱內(nèi)按1：100的比例加人黃泥，則滅火效果更好。

3、灌注工藝

（1）老塘墻灌注工藝。工作面結(jié)束后，首先在距工作面封閉位置向里3m左右用木板、碎巖石等打一個(gè)簡(jiǎn)易墻，再在外面封閉，封閉墻上預(yù)留注漿孔，將這種高分子材料以1：400的比例（重量比）與水混合均勻后，大約15min左右，待水中出現(xiàn)米粒大小的顆粒，用注漿泵通過(guò)老塘墻的注漿孔注入老塘墻內(nèi)，分多次注人效果更好。

（2）高冒點(diǎn)灌注工藝。首先將有發(fā)火疑點(diǎn)的高冒點(diǎn)底部用不燃性材料背實(shí)，安裝一接至高冒點(diǎn)最高點(diǎn)的直徑在50mm以上的鋼管一根，然后在高冒附近噴約10cm左右的漿層。待噴層凝固后，將高分子材料以1：400比例與水充分混合15min，用注漿泵將漿液注人高冒點(diǎn)。直至高冒空間注滿為止。一方面高分子材料繼續(xù)膨脹，充填未滿的空間，另一方面，高分子材料溶于水后的流動(dòng)性，可有效阻塞供氧通道。同時(shí)高分子材料與水一起能吸收高冒點(diǎn)的熱量，降低高冒點(diǎn)溫度。

五、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐

1、我國(guó)某煤礦西二采區(qū)一76Om反坡是由煤層底板巖巷爬至煤層的一條傾斜巷道，在頂部揭露煤層后，約20m長(zhǎng)巷道撇有頂炭。煤層揭露約10（l后，高冒處CO體積分子數(shù)為104，最高達(dá)2.7xl少，噴漿后注水無(wú)效果，其中1一3#高冒處CO體積分子數(shù)及溫度一度升高。自2001年6月28日對(duì)1“、2#高冒處注人45kg高分子材料后，該高冒處的CO于第二天檢查時(shí)消失，而3#高冒處仍有CO，于是于6月30日對(duì)3#高冒處又注高分子材料30kg，至今，該三處高冒點(diǎn)均無(wú)自然發(fā)火征兆。2001年6月23日到2001年7月4日，一760m反坡的三處高冒點(diǎn)的CO體積分子數(shù)及溫度在注漿前后的變化情況。如圖所示：

一760反坡三處高留點(diǎn)CO體積分子數(shù)變化曲線

一760反坡三處高冒點(diǎn)溫度變化曲線

從圖中可清楚看出注入高分子材料對(duì)高冒點(diǎn)的防滅火效果。

2、老塘防滅火

2123工作面與13201工作面共用13201老風(fēng)道一條巷道，2123面已提前收作完畢，但由于2123工作面運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷的密閉墻壓壞，13201老風(fēng)道因客觀原因無(wú)法封閉嚴(yán)密，造成2123老塘內(nèi)的煤炭氧化，出現(xiàn)CO，如圖所示。

3201工作面注離分子防滅火材料示意圖

13201老風(fēng)道自2000年2月11日起CO體積分子數(shù)為10礴，嚴(yán)重威脅13201綜放工作面的安全生產(chǎn)。13201老風(fēng)道出現(xiàn)CO后，該礦于2000年2月17日、18日向老銅內(nèi)灌注高分子凝膠材料，Zd共注凝膠材料180kg，注凝膠前后的工作面CO體積分子數(shù)和溫度變化情況，如圖所示。

13201工作面注凝材料前后的效果

由圖可知，灌注凝膠材料后效果顯著，至今該處未再出現(xiàn)發(fā)火征兆，成功地消除了該處發(fā)火隱患。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，礦井火災(zāi)是制約礦業(yè)安全發(fā)展的重要因素。近年來(lái)，我國(guó)防滅火技術(shù)有了較大的發(fā)展與提高，但單一的技術(shù)不足以保證的安全生產(chǎn)。因此，要根據(jù)的實(shí)際情況，以“預(yù)防為主，防治結(jié)合，綜合治理”的思想為指導(dǎo)，采用幾種防滅火措施相結(jié)合的方法，制定一套礦井的個(gè)性化防滅火技術(shù)體系。

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