采空区火源监测监控及防治技术措施(3)

失。

目前，多采用阻化率和阻化衰减期作为衡量阻化剂优劣的两个指标。阻化率是指煤样在阻化处理前后放出的指标气体量的差值与未经阻化处理放出的指标气体量之百分比;阻化衰减期指煤炭经阻化处理后阻止煤体氧化的有效时间。应当认识到，阻化剂对煤的自燃只能起延缓、延长发火期之作用，有时间界限。因此，阻化率和阻化寻命缺一不可，理想的阻化剂应具备阻化率高和阻化寿命长两个特点。 阻化剂防火工艺包括向采空区直接遗煤喷洒阻化剂和打钻孔定点压注阻化液两 种方式。值得注意的是，喷洒工艺要建立阻化液喷洒系统。

实验研究表明，20%浓度的氯化钙(CaC12)、氯化镁(MgC12)溶液的阻化率较高，防火效果好，在使用阻化剂防火时，应该注意阻化液配比。

(1)使煤体与外界空气隔绝，防治煤体氧化。由于阻化剂是由一些液固混合材料以及一些有勃度特性的液体制成，它可以很好的将煤体包裹起来，杜绝了煤体与氧气的接触。

(2)使煤层具有一定的水分。由于起阻化作用的水溶液其具有很多水分，且阻化剂本身也具备吸收空气中水分的特性，这样就保证了煤体的湿度，控制了其自热氧化时的危险性。

(3)阻化剂本身由于其中含有很多化学成分，它可以参与与煤体内部本身的自由基链式化学反应中去，同时会产生稳定链环(即煤内部分子结构被阻化剂内部分子结构取代，从而会使赋存在煤体表面的自由基团与空气中氧气间发生化学反应所生成的促进燃烧的物质失去其灵敏性，从而也减小了发火的风险。

(4)使煤体热量散发速率增强。这主要存在于2个方面:1.阻化剂自身相比较于煤本身来说，其导热性能比煤要好的多，尤其对于破碎的煤层其导热性更好。2.阻化剂本身含有充足的水分，它可以通过蒸发作用带走煤体本身的大量热能。

5.2凝胶防灭火技术

胶体又称胶状分散体，是指分散质粒子直径在1 - 100 nm (1 nm=10-9m)的水溶液。胶体的稳定性介于溶液和浊液之间，在一定条件下能稳定存在，属于介稳体系。

胶体形成的机理是胶体粒子可以通过吸附而带有电荷，带同种电荷的同种胶粒聚沉，就要克服电荷间排斥力，并且胶体粒子在不停的做布朗运动。凝胶是溶胶或高分子溶液中的分散颗粒，在适当的条件下形成网络结构，成为失去流动性的半凝固状态的胶冻，如明胶、硅胶等，这一过程称为胶凝作用(Gelation)。凝胶是胶体特殊情况下的存在形式，可分为弹性凝胶和脆性凝胶。弹性凝胶失去分散介质后，体积显著缩小，而当重新吸收分散介质时，体积又重新膨胀。但另一方面它又保留某些液体的特点，例如离子的扩散速率在以水为介质的凝胶中与水溶液中相差不多。胶体材料介于固体和液体之间，同时具备了液体和固体的一些防灭火性质，如胶体中的水良好的吸热降温性;胶体似固体能够堵塞漏风、隔绝氧气。

为了封阻煤体中的裂隙或扑灭高位处的火灾，凝胶较其它防灭火介质具有优越性。近年来，凝胶作为一种新型的防灭火材料，在煤矿自燃火灾的防治中获得了较广泛的应用。胶体灭火机理在于凝胶能够将易于流动的水锁固起来，使胶体中90%左右是水，能够充分发挥了水的防灭火工效。凝胶前溶胶具备一定的流动性，可以渗透到煤体的裂隙和微小孔隙中，成胶时封闭孔隙和裂隙;此外，凝胶可以将破碎的煤体形成凝胶整体，封堵煤体间裂隙及采空区的漏风通道，达到隔绝氧气的目的;同时，胶体中的水蒸发后能够带走一部分热量，增加热交换强度，水蒸气的产生也减少了内部的氧含量。凝胶有较好的热稳定性，即使煤体或环境的温度很高，也能保证很好的完整性，只会随着时间的延长里面的水慢慢蒸发而变干。凝胶另一个优点是凝胶具有较好的阻化性能，促凝剂和基料本身就是良好的阻化剂，可以降低煤体氧化活性，延缓煤体自然发火，所以具备般阻化剂的阻化效果。凝胶的成胶时间可以根据现场要求条件控制，利用不同的工艺设备，调节促凝剂和基料的配比就可以控制凝胶的成胶时间。

根据煤矿火灾的特点，矿井防灭火凝胶材料应满足以下要求:①无毒无害；②价格低廉，工艺设备简单；③要有良好的堵漏性；④具有渗透性好的性能；⑤要有良好的耐高温性能；⑥吸热性能好。可用于矿井灭火的胶体很多，这些胶体既有共性，也有各自的特点。矿井防灭火中，可根据不同的发火状况和各种胶体材料的特点，选择适当的胶体灭火材料。目前，凝胶材料主要有无机凝胶、有机凝胶和复合型凝胶三大类。

5.3易自燃特厚煤层均压通风防灭火技术

均压是防治煤矿自然发火的主要措施之一。针对均压应用中的定性分析方法及两点式均压方法的不足，提出了均压防灭火定量分析技术并开发了与采空区相连两个工作面间均压的计算机摸拟计算程序。阐述了程序均压原理、内容及应用实例。这项技术具有创新性和应用推广价值，可以提高均压防灭火技术应用的经济性和安全性。

50年代末以来，均压防灭火技术已广泛地应用于煤矿自然发火防治领域，但是，过去在实施均压技术时，均压设施的位置与大小一般采用定性分析法或经验试探法加以确定由于风网的复杂性，均压方法的多样性及人的思维和知识能力所限，人们较难利用手算或经验来预计局部范围均压对整个通风系统压力的影响，致使均压措施实施后，均压区域均压效果较差为改善均压效果，必须频繁变换均压设施的位置和大小，以求均压区域压力平衡;但这种压力试调，不仅费时、费力，而且压力试调引起风网压力变化对火区有类似“人工呼吸”的供氧现象;特别是在压力“误调”情况下，会导致均压区域不均压，结果使火区火势更旺或引起瓦斯爆因此，必须找到一种既能恰当地控制自燃，又能预见均压通风对整个通风系统各区域影响的均压方法，这就是计算机模拟技术应用于均压通风的定量分析方法随着计算机的普及和风网结算程序的成熟，这就为利用计算机模拟技术而进行均压防灭火定量分析打下了基石。

6小结

采空区火源位置探测技术尚不成熟，而此技术又是安全生产中急需解决的问题，所以，国内外都致力于研究，以期获得突破目前，采空区火源位置探测技术的发展有以下趋势：

1)从探测原理上进行研究

从原理上讲，采空区火源位置探测可分为接触式、半接触式、非接触式所谓接

触式探测，即指通过接触方式，直接测定采空区内与火源定位有关的参量的方法如打钻孔测温及火灾指标气体浓度总量、预埋温度探头、预送铁磁物质等此方法往往费工费时、投资大所谓半接触式探测，即指通过测量采空区周边与火源定位有关的参量，并结合数学理论推导，从而确定火源位置的方法如热辐射法数理解算法等由于这类方法往往是建立在一定假设基础上的，而这些假设一般与采空区的实际情况存有差异，故理论推算的火源点位置与实际的火源点位置并不完全相栋为了提高火源定位的准确性，且定位所需工作量小、测定时间短，必须在探测原理上进行更深入的研允目前的研究方向主要是开展非接触式探测技术的研允如应用坑透技术、雷达技术等，研究不直接接触火源而对火源定位的坑透仪、火源探测雷达等。

2)从煤、岩石及空气构成的系统的特殊性上进行研究

对不同种类煤层、岩石在温度升高情况下的电性参数(如电阻率、介电常数等)及磁性参数(如磁化率等)的变化规律进行研磨对由煤、岩石及空气构成的系统，因其存在地层变化复杂、各向异性及非匀质等特殊性，对外界表现出不同的电性及磁性特性，特别是当温度升高情况下电性参数及磁性参数变化较大因此，研究煤岩石及空气构成的系统的特殊性，对于掌握电磁波及磁场在其间的传播、吸收规律具有重要意义，对仪器的研制也有重要的指导作用。

3)从探测仪器性能方面进行研究

在井下隐蔽火源位置探测中，由于被测参量往往是很弱的信号，且受很多因素的影响，故用于火源位置探测的仪器，必须具有很高分辨率，这是确定火源位置的必要条件因此，研制高分辨率探测仪也是发展方向之一，主要体现在研制高分辨率敏感元件及相应的解析软件上。

在三带划分问题上

①使用氧浓度指标同时综合考虑温度场的分布及温度变化情况以及采空区中气体浓度变化情况的方法来划分采空区三带范围。使用氧浓度为主指标，温度为辅助指标的方法来划分采空区三带，也就是在使用氧浓度指标划分采空区三带范围时，综合考虑采空区内温度场的分布及温度变化情况以及采空区中其他气体浓度变化情况。

②一般温度不宜作为划分三带的主指标，因为并非所有的采空区内某一区域的温

度都会上升到某一确定的值。氧化升温带内的遗煤存在着自然发火的条件和可能，但并不一定会自燃升温，采空区内的温度不上升，也不能认为三带不存在。另外，窒息带可以因为氧化耗氧而形成，也可以由于惰性气体的大量涌出而形成，后者的温度不一定会有明显的升高。因此，温度仅能作为条件合适时的辅助指标。 ③以氧浓度作为界定散热带和氧化升温带的唯一指标是欠妥的，因为散热带之所以称为散热带，是由于漏风强度过大带走了氧化生成的热量，而并不是因为氧浓度大于某一特定值而不能发生自然发火，所以在以氧浓度指标划分散热带和氧化升温带的界限时，应以煤自然发火氧浓度指标为基础，并同时综合考虑温度等因素的变化。而氧化升温带与窒息带之间的界限，应着眼于煤自然发火的供氧条件，以煤自然发火的临界氧浓度为主指标，并综合考虑顶板冒落状态和温度分布状态等因素。

在分析了采空区自燃发火的特点的基础上，介绍了目前主流的防灭火技术，包括:采空区漏风控制技术、均压防灭火、凝胶剂三相泡沫等技术，分析了这些工艺的特点。

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