灌浆注胶防灭火设计-学位论文.doc

灌 浆 注 胶 防 灭 火 设 计新疆西科森兰矿业安全技术有限公司西安森兰科贸有限责任公司西安科技大学13999934469，张荣16灌浆、注胶防灭火黄泥灌浆是煤矿重要的防灭火手段之一，泥浆中的水份吸收大量热，起到灭火降温的作用，黄土包裹浮煤表面，起隔氧阻止氧化的作用。灌浆防灭火时，泥浆浓度对注浆防灭火的效果影响很大，泥浆浓度越大效果越好，现在灌浆的水土比通常在5:1左右，灌浆效率低，浆液流失量大，脱水时间长，灌浆时浆液流动不可控，容易发生“溃浆”事故。为了更好地利用泥浆的吸热、阻化及充填性能，同时又能克服泥浆的脱水、流失、溃浆以及灌浆的不可控，目前已研制成功了一种新型材料FCJ12胶凝剂，可以使泥浆实现液固转化，使泥浆形成一种像胶牙膏一样的柔性胶体，彻底解决了泥浆的缺点，又充分利用了泥浆的优点，这种“灌浆注胶防灭火技术”在国内、外得到了广泛的应用，在新疆也有较多应用，如兖矿硫磺沟矿、吉新矿、新汶伊犁一矿、轮台宝山矿、兵团大黄山矿、金川矿业等，在井下防火、灭火均取得了良好的效果，特别适用于倾角2090度煤层开采时的防灭火，扑灭大黄山煤矿火灾时荣获了兵团科技进步一等奖、国家科技进步二等奖等奖励。采用这种新技术需使用相应的设备及方法，在地面使用制浆系统把水和土制成一定比例（1：13）的泥浆，通过管路输送至井下注浆地点附近时，用一台专用的设备把胶凝剂加入到输浆管路中，泥浆和胶凝剂在管路中反应，在管路出口处形成牙膏状胶体，对漏风通道进行封堵，同时对煤体进行降温、包裹煤体。一、灌浆、注胶方法：1.钻孔灌浆、注胶 1）无法埋管或当需要对特定地点灌浆时，需从井下巷道或钻场向注浆区域打注浆钻孔，施工钻孔时可采用“防灭火一次成孔钻具”（钻孔施工完成后，可直接进行连接管路灌浆、注胶，无需抽出钻杆后再下套管，减少了施工工序，避免了塌孔，注浆结束后钻杆和钻头可回收），封孔要严密，可采用钻孔封孔器，钻孔与输浆管路的连接要牢固，并能承受最大的注浆压力；2)从地面直接向注浆区域打注浆钻孔，钻孔孔径应不小于108mm，钻孔内应全长度下套管。 2埋管灌浆、注胶 选择一种随着回采工作面推进向采空区内埋设管道进行注浆，出浆口距工作面的距离应不小于15m。3.拖管灌浆、注胶工作面采空区随采随灌时，在工作面上隅角埋入6-8米的无缝钢管（直径89*12mm），与顺槽灌浆管路用软管连接，工作面推进时灌浆，每隔10米左右灌一次胶体，随着工作面的推进，按放顶步距用绞车逐渐牵引灌浆管进行下一次灌浆；4.密闭墙插管灌浆、注胶 工作面回采后从密闭墙上方的注浆管向采空区注浆。此时，密闭墙的强度应满足注浆的要求，注浆时应派专人监护，一旦发现有溃浆征兆时，应立即停止注浆。 5.洒浆 在回采工作面由输浆管路上接出耐压胶管，向采空区均匀地洒上一层浆液。洒浆时，浆液出口压力应不大于03MPa。6其它方式的灌浆、注胶充填空间、高冒区、浇筑巷道壁空间及采空区空洞等防灭火均可采用“防灭火一次成孔钻具”及“灌浆注胶防灭火技术”进行充填处理。二、灌浆、注胶量计算1.灌浆工作制度每天三班工作，每班纯灌浆时间为5h。2.泥水比根据煤矿注浆防灭火技术规范MT/T7021997中规定和灌浆经验以及实际灌浆效果，确定泥水比为1：3。3.矿井灌浆、注胶量的确定煤矿注浆防灭火技术规范MT/T7021997中规定：矿井注浆量按式(1)计算： kGQw = (1)Mrct式中：Qw矿井注浆量，m3h； k灌浆系数，取5%；土取3%12%，粉煤灰取5%15%； G矿井日产煤量，1818t； 土水比的倒数； 3 M浆液制成率，取0.95； rc煤的密度，1.34tm3； t矿井日注浆时间，15h。把各取值参数代入上式得： kGQw = =14.4 m3hMrct4.每日灌浆用水量 Qs2= KsQw =1.214.4*15*0.75=194.4m 3/d式中： Ks用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数，取1.2。5灌浆材料：黄土、砂土、粉煤灰等。三、泥浆的制备1取土方式矿井灌浆用黄土采用就地取材，可存放在灌浆站附近储土场内。灌浆站内采用LW521F型5t轮式装载机进行机械取土。2灌浆、注胶站综合灌浆注胶站布置在风井工业场地内。3.灌浆、注胶防灭火系统灌浆、注胶防灭火系统类型主要分为：地面固定式；地面移动式；井下移动式三种，这些系统使用所须的条件及其应用时的优缺点如下表。系统名称地面固定式注胶防灭火系统地面移动式注胶防灭火系统井下移动式注胶防灭火系统型号MDZ-60/120MYZ-30/60ZHJ-15/30工艺流程地面：系统将水、黄土等用量大的材料，以及需添加的胶体外加剂按比例混合好后，通过灌浆管路输送至井下防灭火地点；井下：将胶凝剂等用量小且易运输的材料，通过“矿用移动式防灭火注浆装置”加入灌浆管内与浆液混合后，注入防灭火区域。地面：系统将水、黄土等材料，以及需添加的外加剂按比例混合好后，通过管道输送至地面注胶灭火钻孔内或井下防灭火地点；井下：将胶凝剂等用量小且易运输的材料，通过“矿用移动式防灭火注浆装置”加入灌浆管内与浆液混合后，注入防灭火区域。井下：系统将水、粉煤灰等材料按比例混合好后，通过管道输送至防灭火地点，用矿用移动式防灭火注浆装置，将胶凝剂按比例加入浆管内与浆液混合后，注入防灭火区域。优点控制范围广；运行稳定、流量大；井下材料运输量极小；井下人员工作量极小。移动灵活，适应性强；灌浆站位置可机动地改变；灌浆倍线小；不需固定设施。系统投资小；防灭火时反应快；系统所需空间小。缺点投资大，管路长，需小量注胶的地点，不易操控。需在地面寻找合适的场地，且水、电和制浆料易于到位。井下原料运输量较大。系统主要设备定量送料机、胶体制备机、滤浆机、渣浆泵、排污泵、监控系统、矿用移动式防灭火注浆装置。制滤浆机、悬浮剂添加机、渣浆泵、矿用移动式防灭火注浆装置、控制柜等。泥浆泵、矿用移动式防灭火注浆装置、矿用移动式防灭火注浆装置。根据矿井的煤层发火特性及所采用的采煤方法，推荐选用MDZ-60/120地面固定式灌浆注胶防灭火系统(120万吨以上)。MYZ-30/60地面移动式灌浆注胶防灭火系统(30-120万吨)。ZHJ-15/30井下移动式灌浆注胶防灭火系统(30万吨以下)。MDZ-60/120地面固定式灌浆注胶防灭火系统1）系统功能功能一：灌浆。本系统每小时最多可将40m3的制浆料（土、灰）送入制滤机制成一定浓度的浆液，经过滤后通过管路进入注浆地点，达到防灭火目的。功能二：灌注稠化胶体。通过加入一定比例的JXF1930稠化悬浮剂，使浆液成为稠化胶体，然后通过渣浆泵输送至灌浆管网，到达用浆地点。功能三：灌注复合胶体。在注浆地点附近，使用“ZHJ-5/1.8G矿用移动式防灭火注浆装置”向输浆管路的浆液内加入FCJ12复合胶体胶凝剂，形成复合胶体泥浆注入火区。功能四：压注高分子胶体。使用“ZHJ-5/1.8G矿用移动式防灭火注浆装置”以每小时5 m3以下的流量将水和MCJ12胶体灭火剂制成高分子胶体并以一定压力注入火区。2）系统构成MDZ-60/120地面固定式胶体防灭火系统由浆料储存场地、浆料输送、连续式定量制浆、过滤搅拌、计量、输浆及管网系统和外加剂添加等部分构成，见图1和图2。地面固定式灌浆注胶防灭火系统流程框图地面固定式灌浆注胶防灭火系统工艺流程图3）系统布置本系统主要设备、仪表、控制柜等都应以固定形式安装在注浆站内，注浆站应建有一定面积的厂房，主要制、滤浆设备及控制系统等需安装于厂房内。所使用的防灭火材料也应放置于厂房内，制浆原料等置于厂房外，但应有雨蓬防雨。从灌浆站至井下的灌浆管路最好通过钻孔进行连接。“矿用移动式防灭火注浆装置”置于井下靠近灌浆点附近（不超出150m）做为胶凝剂的添加设备，也可做为突发火区和小范围高温点的前期控制和灭火装备。材料的运输及贮存：制浆料（黄土、粉煤灰）由采土场（尽可能过筛或使用较好的黄土（粉煤灰）用货车运至运至灌浆站土场（可提前贮存一定量，约500方），用推土机或铲车将黄土（粉煤灰）装入制浆机的主料箱内，悬浮剂购入后放置于灌浆站材料库中，灌浆时取出使用，材料库严禁进水并保持阴凉干燥。胶凝剂在注胶时由井下操作工人从地面运至井下使用地点（每班使用量很少）。注浆站的布置：本地面灌浆站须建在供水、供电、交通运输及能满足灌浆倍线要求的地方。地面固定式灌浆注胶防灭火系统平面布置示意图供水：附近有稳定流量（大于50m3/h）的供水水源，如：高位水仓、稳定水原井、河流边、井下返水点等附近。如果灌浆站位置不能满足这些条件则需在灌浆站附近新建储水仓，由水源处间断或连续小流量向水仓供水，以保证灌浆时所需水量。供电：根据所选用的设备不同，其供电功率相差较大，选用110KW渣浆泵时供电功率为180KW，建议在现场允许的条件下架设独立变压器为系统单独供电。交通运输：灌浆站应建设在交通便利、场地较为宽阔的地方，以保证设备、人员、原料运输的畅通。灌浆倍线：灌浆倍线是指灌浆管路出、入口之间的灌浆管路长度与垂直高差的比值，不同浆液浓度所需的倍线值不同。本系统中加入悬浮剂的1：1的灰浆的灌浆倍线不应大于15，否则就应考虑使用钻孔以缩短灌浆管路长度或加压提升浆液理论垂直高度。当使用较长地面管路时应充分考滤地形条件对管路产生的影响而选用合理的设备进行输送。4）应用工艺（1）灌浆：打开供水阀门，根据计划注浆的流量和浓度调整水量；通水一段时间后使用装载机（推土机）把黄土（粉煤灰）从土场加入到定量送料机料箱内，定量送料机会按已设定的输送量把黄土（粉煤灰）均匀送上输送机，输送机把黄土（粉煤灰）送入胶体制备机；水也在胶体制备机的进料口位置加入，制浆机把水与黄土（粉煤灰）混合、搅拌制成均匀浓度浆液，并将浆液中大于15mm的颗粒滤出；（2）灌注稠化胶体：打开供水阀门，根据计划注浆的流量和浓度调整水量；通水一段时间后使用装载机（推土机）把黄土（粉煤灰）从土场加入到定量送料机料箱内，定量送料机会按已设定的输送量把黄土（粉煤灰）均匀送上输送机，输送机把黄土（粉煤灰）送入制浆机；水也在制浆机的进料口位置加入，制浆机把水与黄土（粉煤灰）混合、搅拌制成均匀浓度浆液，并将浆液中大于15mm的颗粒滤出；由悬浮剂添加机在制浆机出口管加入悬浮剂，浆液与悬浮剂进入滤浆机后进行搅拌混合；浆液自流进入滤浆机，滤浆机将浆液中大于8mm的颗粒滤出，以免将输浆管路沉淀堵塞；合格浆液自流进入缓冲池，由渣浆泵（泥浆泵）送至井下注胶地点（灌浆站附近有钻孔可不使用泵送，由滤浆机出口管路直接自流入钻孔）。（3）灌注复合胶体：打开供水阀门，根据计划注浆的流量和浓度调整水量；通水一段时间后使用装载机（推土机）把黄土（粉煤灰）从土场加入到定量送料机料箱内，定量送料机会按已设定的输送量把黄土（粉煤灰）均匀送上输送机，输送机把黄土（粉煤灰）送入制浆机；水也在制浆机的进料口位置加入，制浆机把水与黄土（粉煤灰）混合、搅拌制成均匀浓度浆液，并将浆液中大于15mm的颗粒滤出；由悬浮剂添加机在制浆机出口管加入悬浮剂，浆液与悬浮剂进入滤浆机后进行搅拌混合；浆液自流进入滤浆机，滤浆机将浆液中大于8mm的颗粒滤出，以免将输浆管路沉淀堵塞；合格浆液自流进入缓冲池，由渣浆泵（泥浆泵）送至井下注胶地点（灌浆站附近有钻孔可不使用泵送，由滤浆机出口管路直接自流入钻孔）。浆液到达注胶地点附近时，用“矿用移动式防灭火注浆装置”按比例（自动）要求加入胶凝剂，胶体通过钻孔或预埋管路注入火区或采空区。胶凝剂会使浆液在一定时间内（1分钟左右）发生胶凝反应，形成类似豆腐状无流动性固体，在压力做用下通过裂隙缓慢移动，失去部分水后完全失去流动性。（4）压注高分子胶体：在井下安装好“矿用移动式防灭火注浆装置”（离用胶地点距离小于50m），把“胶体灭火剂”加入胶凝剂料箱，按使用现场的要求调节“胶体灭火剂”的加入量，制成高分子胶体后压注入火区进行灭火。5）系统参数（1）制浆原料：粉煤灰、黄土、砂土；（2）动力：系统设备总功率95200kw； （3）供水：大于50m3/h，水压大于0.4Mpa，要求水中无不溶性杂物；（4）水灰比：31:1；（5）制浆料用量：60 m3/h；（7）悬浮剂使用量：0.1%（稠化胶体）；（8）胶凝剂使用量：0.1%（复合胶体）；（9）灭火剂使用量：1%（高分子胶体）。6）主要设备及技术参数（1）定量送料机型号：ZSL-40 数量：1台送料量：1836m3/h；功率：15kw；电压：380V。将黄土（粉煤灰）等制浆料按设定量均匀送到输送机上。（2）皮带输送机型号：DT75（DJ6550-15/20，输送倾角60度） 数量：1套输送量：50m3/h；功率：5.5（15）kw；电压：380V。将黄土（粉煤灰）等制浆料送至胶体制备机内。（3）胶体制备机型号：ZLJ-60 数量：1台制胶量：60m3/h；功率：18.5kw；电压：380V。将粉煤灰或土与水混合，连续制、滤成符合浓度和粒径要求的浆液。（4）滤浆机型号：LJ-60C 数量：1台最大滤浆量：60m3/h；功率：7.5kw；电压：380V。将胶体制备机制成的浆液过滤成符合浓度和粒径要求的浆液。（5）渣浆泵型号：4/3C-AH（80ZJ-I-A52） 数量：1台流量：80m3/h；功率：22（110）kw；扬程：30（110）m；电压：380V。（6）清水泵型号：IS80-50-200 数量：1台流量：60m3/h；功率：15kw；扬程：50m；电压：380V。（7）监控系统：型号：ZK-60 数量：1套a.监控胶体防灭火系统中设备的运行、电气控制和电气保护机构；b.自动/手动操作、运行系统；c.水的自动检测和控制；d.主要灌浆注胶参数的统计和显示，灌浆注胶数据的收集和发送（选配）。（8）矿用移动式防灭火注浆装置型号：ZHJ-5/1.8G 数量：1台流量：5m3/h；功率：7.5kw；压力：1.8Mpa；电压：380/660V。可单独使用，也可与系统配套用，实现浆液到达使用地点时的液固转化。7）系统土建灌浆车间：18m12m8m(长宽高)，8t吊车；土场：面积200m2，20m10m (长宽)；设备基础：混凝土结构约50 m3。8）系统资金概算放入经济预算ZHJ-15/30井下移动式灌浆注胶防灭火系统(30万吨以下)约70万元。MYZ-30/60地面移动式灌浆注胶防灭火系统(30-120万吨)约120万元。MDZ-60/120地面固定式灌浆注胶防灭火系统(120万吨以上) 约360万元。MDZ-60/120地面固定式灌浆注胶防灭火系统总经费：约360万元。其中：（1）土建：30万元；（2）灌浆管路：40万元（规格114mm*6mm；长4.0km）；（3）装载机：25万元（型号：LW521F轮式装载机；载重：5T）；（4）输变电设备、设施及系统电力配套：15万元（功率：300KW）；（5）系统安装费：15万元；（6）系统设备：235.3万元（见下表）。MDZ-60/120地面固定式灌浆注胶防灭火系统设备价格清单序号名 称规格型号数量功率(kw)生产厂家单价(万元)小计(万元)备注1定量送料机ZSL-401台15西安森兰25.025.02皮带输送机DT75DJ6550-15/201套5.5158.0228.022DJ6550-15/20输送倾角60度3胶体制备机ZLJ-601台18.5西安森兰78.078.04滤浆机LJ-60C1台7.5西安森兰38.038.05渣浆泵4/3C-AH80ZJ-I-A521台22110石家庄泵业6.89.86.89.880ZJ-I-A52扬程110米6清水泵IS80-50-2001台15上海1.21.27排污泵WQ15-30-2.21台2.2宝鸡0.50.58监控系统ZK-601套西安森兰45.045.0可选配置9矿用移动式防灭火注浆装置ZHJ-5/1.8G1台7.5西安森兰16.816.810其它附件16.0小 计235.3252.3四、注浆管路设计根据矿井地面的不同制浆方式，井下可采用集中或分区的输浆管路系统。 1.管路阻力的计算目前对于1：2的泥浆，可以按照下式计算流动水头损失：式中浆体管道的损失， 为清水管道的损失，式中，为混合物密度，对于1：2的泥浆其比重为1.43。为清水密度，0 分别为浆液和水的粘度，取2.85，0为1。在这里清水管路的阻力损失以下式计算：=+式中为局部水头损失，为管道直径，为管道长度，根据雷诺数确定值从莫迪图上取值为0.015。式中为局部水头损失系数，在这里我们主要是90弯头所产生的水头损失，根据d/R比查表得出值为0.138，为产生局部水头损（弯头）数量。在这里所选择的计算均认为管道倾角对水头损失不产生影响。2.浆液流速和管路的关系根据煤层倾角及巷道布置情况确定1121工作面灌浆倍线最大，现以此工作面为例进行管路阻力计算：从注浆站至578工作面管路长度（）约1500米；从注浆站至578工作面弯头数量（）约12个；由井上、下高程和渣浆泵扬程可知管路中最大可损失输浆水头为258m由此可得出值为120.3m；根据计算得出流速与管径的关系式：管路流量计算公式：式中为管路中浆液流量；把已知量代入式中，得出：已知不於流速为0.85 m/s。（1）当取0.08米（3寸）时，1.87m/s，0.0094 m3/s(合33.8 m3/h)；不於流量为15.4 m3/h；（2）当取0.1米（4寸）时，2.1m/s，0.0165 m3/s(合60 m3/h)；不於流量为24 m3/h；（3）当取0.125米（5寸）时，2.33m/s，值为0.0286 m3/s(合102.9 m3/h)；不於流量为37.5 m3/h, 流量60 m3/h时流速为1.35m/s；（4）当取0.15米（6寸）时，2.56m/s，值为0.05 m3/s(合180 m3/h)；不於流量为59.8 m3/h, 流量60 m3/h时流速为0.95m/s；3.灌浆管路的确定从以上计算数据可以看出，输浆管路取2）、3）较为合理，从实际使用情况来看，主要侧重于2），其原因如下：（1）从操作角度来看，每小时上料量不超过40方时可行的，超过40方机械上料已不太现实，只能采用立式筒仓的储料上料方式，而这种方式用于粉煤灰和沙（河砂、风积沙、尾砂）较为理想，用于砂土和黄土则无法操作和实现；（2）井下使用时流量过大和流速过大都给井下操作人员带来较多的麻烦，主要是：跑浆、漏浆、小区域注浆无法控制、管路维护。（3）从制浆角度来说，使用土制浆并且完成过滤达到100方的量都有较大困难，设备的成本和工艺的复杂性大大增加；介于以上原因，这里设计时选择2）中参数：管径（外径）采用1146mm（英制4寸）（立井、斜井井筒内可选择较大型号的管路），灌浆流量介于4060m3/h，流速介于1.02.1m/s之间。4.输浆管路的布置原则煤矿注浆防灭火技术规范MT/T7021997“输浆管路”一节中规定：（1）根据矿井地面的不同制浆方式，井下可采用集中或分区的输浆管路系统。 （2）在浆液流人输浆管路前，应设置筛网过滤，网的孔径宜为1520mm。（3）由输浆管路的总水头损失值，确定是采用自流(靠自然压头)输浆还是选用相适应(流量和压力)的泥浆泵或注砂泵加压输浆。 （4）浆管路系统应避免“两头高中间低”的布置方式，并尽量减少拐弯。 （5）井下输浆管路应紧靠井巷壁铺设，固定牢固，并涂以防锈漆。 五、灌浆、注胶安全措施防止灌浆、注胶中出现溃浆、透水等事故的发生，灌浆时应注意下列事项：（1） 经常观察水情。采空区灌入水量与排出水量均应详细记录，若排出水量很少时，则表明灌浆区内可能有大量泥浆水积存，应停止灌浆，采取放水措施。若排出的水中泥砂量增大，则说明采空区中可能形成了泥浆通道，使泥浆不能均匀充填煤矸间空隙，而直接流到采空区下部被排出，此时应改注胶体。（2）灌浆后应再灌几分钟清水，清洗管道，以免泥浆在管道内沉淀。（3）设置滤浆密闭。在灌浆区下部巷道中必须用滤浆密闭将灌浆区和工作区隔开，而且要求滤浆密闭有一定的强度，防止崩浆事故发生。（4）防止地表水流入井下。在煤层浅部灌浆时，要及时填塞地表塌陷坑及钻孔，防止地表水流入井下。（5）灌浆区下部采掘。在灌浆区下部进行采掘前，必须对灌浆区进行检查，一旦发现有积水，必须打钻放水后，才能进行采掘工作。六、灌浆、注胶防灭火的效果考察 1.注浆区温度和气体成分的检测 2.派专人定期检测注浆灭火区、注浆防火工作面及其采空区内的气温、煤温和出水温度。 3.具有自然发火危险程度的矿井均应建立完善的火灾束管监测系统或地面气体分析实验室。气体分析成份主要有：氧气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳。 采集气体的地点为： 回采工作面的回风巷、上隅角、采空区氧化带回风侧； 通向火区的密闭墙内侧或钻孔内； 其他需要的地点。 采用人工取样在地面进行气体分析时，应符合以下要求： 取样必须使用专用取样袋或取样器，取样后应在5h内送到地面实验室进行分析； 注浆防火区域应定期对各取样点取一次样； 注浆灭火封闭区域内每天取一次样； 回采工作面或其他地点在发火期间(未封闭的情况下)每班取一次样。 七、灌浆、注胶防灭火区的管理 建立防灭火注浆台帐，主要内容应包括 注浆区位置； 钻孔工程； 注浆工程； 防灭火密闭墙工程； 气体分析及温度记录； 泥浆分布状况等。 附件2：23地面移动式灌浆注胶防灭火系统设计方案黄泥灌浆是煤矿最主要的防灭火手段之一，其原理是泥浆中的水份吸收大量热，起到灭火降温的作用，黄土覆盖浮煤表面，起隔氧阻止氧化的作用。灌浆防灭火时，泥浆浓度对注浆防灭火的效果影响很大，泥浆浓度越大效果越好。现有灌浆防灭火系统的水土比通常在5:1左右，浆液流失量大，灌浆效率低，而且，灌注黄泥浆时还存在严重的“拉沟”现象，在较大空间内不能有效地堆积，下部煤层开采时还容易发生“溃浆”事故。在发现煤层自燃高温点时，采用常规的注水、灌浆和喷阻化剂时，由于重力作用，浆液流往低处，不能在高处积存、渗流范围很小，难以扑灭高处大面积火源；浆液往低处流，冲出水沟，不能有效降低块煤内部温度，停止注浆后，风流渗透流畅，复燃很快，且用水或灌浆控制火势时，将迅速产生大量水蒸汽，反而会促进煤层自燃火势发展，恶化工作环境，并有产生水煤汽爆炸的危险。采用注氮、注惰性泡沫灭火时，需封闭性严，且气体热容小，能带走高温区的热量有限，灭火周期很长，火区复燃概率高。胶体防灭火技术集堵漏、降温于一体，防灭火效果佳，已成为煤层自燃火灾治理的主要技术手段之一。1胶体防灭火材料简介1.1胶体防灭火材料的分类及组成目前煤矿使用的防灭火胶体主要有以下四种：1）“凝胶”是以硅胶为主体，由基料（水玻璃）、促凝剂（碳酸氢钠）、增强剂（黄土或粉煤灰等）和水按比例混合而成。2）“稠化胶体”由稠化悬浮剂（JXF1930）、黄土或粉煤灰和水按比例混合而成。3）“复合胶体”由胶凝剂（FCJ12）、黄土或粉煤灰和水按比例混合而成。4）“高分子胶体”由灭火剂（MCJ12）和水按比例混合而成。胶体中各种材料所起的作用主要如下：1）水作为溶剂，所起的主要作用是将各种成胶材料通过管路输送到指定地点，并起到吸热降温作用。2）粉煤灰或黄土作为主要充填物，起到充填浮煤孔隙，包裹煤体，隔绝煤氧接触，阻隔火势的发展和蔓延，并有利于再生顶板的形成。3）胶体外加剂的主要作用是对水、粉煤灰或黄土浆液进行改性，提高其利用率，并改善其防灭火效能，避免“溃水、溃浆”等次生事故的发生。1.2胶体防灭火材料的性能胶体材料具有如下防灭火性能：1）固水降温性：胶体中90%以上是水，易于流动的水被固结起来，充分发挥水的降温作用；成胶过程是吸热反应，煤温上升使胶体中的水汽化，也吸收大量的热。2）渗透和堵漏性：成胶材料是易于流动的液体，渗透到煤层缝隙中后形成胶体，堵住漏风通道。3）阻化性：促凝剂和基料本身都是阻化剂，两者反应生成的材料也是阻化剂，胶体具有通用阻化剂的性能。4）热稳定性：在1000多度的高温下胶体不熔化、不破裂，仍能保持完好，只是慢失水干裂。5）充填性能：增强剂（黄土、粉煤灰等）用量增加，胶体耐压性增强，高浓度胶体泥浆可充填高冒空顶区。6）灭火安全性：由于胶体有束水作用，在用于扑灭煤火时，不会急剧产生大量的水煤汽而恶化工作环境或发生爆炸。7）有效期：正常情况下（T90%），胶体可长期保存在煤层中（现场实测十三个月仍完好），防止煤层自然发火或火区复燃。8）成胶时间可控性：最短成胶时间25s，慢的可控制在2h以上，便于针对不同发火情况和现场使用工艺对其进行适当调节。为了更好地发挥水、灌浆材料和胶体材料的防灭火性能，针对不同的现场环境、使用条件、应用工艺和原料成本，森兰科贸有限责任公司与西安科技大学联合开发了（稠化胶体）悬浮剂、（复合胶体）胶凝剂、（高分子胶体）灭火剂等一系列新型的胶体防灭火材料。1.3胶体防灭火技术的特色1）灭火速度快：由于胶体独特的灭火性能,其灭火速度很快,通常巷道小范围的火仅需几小时即可扑灭,工作面后方大范围的火也只需几天即可扑灭。2）安全性好：胶体在松散煤体内胶凝固化、堵塞漏风通道,故有害气体消失快；在高温下，胶体不会产生大量水蒸汽,不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。3）火区启封时间短：注胶灭火工程实施完，即可启封火区。4）火区复燃性低：高温区内只要有胶体渗透到的地点都不会复燃。胶体性能固水；降温；堵漏；阻化；充填；有效期长；成胶时间可控；灭火安全；速度快产品名称（稠化胶体）悬浮剂（复合胶体）胶凝剂（高分子胶体）灭火剂型号JXF1930FCJ12MCJ12胶体外观主要用途及性能特点增加浆液的粘稠度、保水性和渗透性；使稀泥浆达到稠泥浆的防灭火效果；解决浆液管路输送过程中的沉淀堵管问题。实现浆液的液固转化；指定地点停留，充分发挥胶体的降温和堵漏风作用；有粘弹性，可对移架造成的新裂隙进行二次封堵。实现水的液固转化；堵塞煤层缝隙，包裹高温煤体，隔绝氧气，降低煤温，扑灭火源。用量0.1%0.06%0.8%使用方法均匀撒入浆液中；通过专用设备加入。在注浆点附近，通过矿用移动式防灭火注胶装置将其加入灌浆管路。在灭火地点附近，通过矿用移动式防灭火注胶装置，将其与水混合后注入火区。适用环境仰采工作面采空区；沿空巷道邻近采空区；开切眼和停采线灌浆。俯采工作面采空区；沿空巷道邻近侧采空区；巷邦及巷道顶；开切眼和停采线灌浆灭火。火灾快速控制和熄灭；小范围区域的防火。性能对比用水灭火胶体灭火技术指标外观：白色固体；粒度：0.2mm；容重：0.80g/cm3；包装：25kg50g；储存：阴凉干燥处；保质期：2年。2胶体防灭火系统的类型胶体防灭火系统类型主要分为：地面固定式；地面移动式；井下移动式三种，这些系统使用所须的条件及其应用时的优缺点如下表。系统名称地面固定式注胶防灭火系统地面移动式注胶防灭火系统井下移动式注胶防灭火系统型号MDZ-60/120MYZ-30/60ZMJ-15工艺流程地面：系统将水、黄土等用量大的材料，以及需添加的胶体外加剂按比例混合好后，通过灌浆管路输送至井下防灭火地点；井下：将胶凝剂等用量小且易运输的材料，通过矿用移动式防灭火注胶装置，加入浆管内与浆液混合后，注入防灭火区域。系统将水、黄土等材料，以及需添加的外加剂按比例混合好后，通过管道输送至地面注胶灭火钻孔内或井下防灭火地点；利用ZHJ-5/1.8G矿用移动式防灭火注胶装置，将FCJ12胶凝剂等材料按比例加入浆管内与浆液混合后，注入防灭火区域。井下：系统将水、粉煤灰等材料按比例混合好后，通过管道输送至防灭火地点，用矿用移动式防灭火注胶装置，将胶凝剂按比例加入浆管内与浆液混合后，注入防灭火区域。优点控制范围广；运行稳定、流量大；井下材料运输量极小；井下人员工作量极小。移动灵活，适应性强；灌浆站位置可机动地改变；灌浆倍线小；不需固定设施。系统投资小；灭火时反应快；系统所需空间小。缺点投资大，管路长，需小量注胶的地点，不易操控。需在地面寻找合适的场地，且水、电和制浆料易于到位。井下原料运输量较大。系统主要设备定量送料机、胶体制备机、滤浆机、渣浆泵、排污泵、监控系统、矿用移动式防灭火注胶装置。制滤浆机、悬浮剂添加机、渣浆泵、矿用移动式防灭火注胶装置、控制柜等。泥浆泵、矿用移动式防灭火注胶装置、矿用移动式防灭火注浆装置。3 MYZ-30/60地面移动式灌浆注胶防灭火系统3.1系统功能功能一：灌浆。本系统每小时最多可将20m3的制浆料（土、灰）送入制滤机制成一定浓度的浆液，经过滤后通过管路进入注浆地点，达到防灭火目的。功能二：灌注稠化胶体。通过加入一定比例的JXF1930稠化悬浮剂，使浆液成为稠化胶体，然后通过渣浆泵输送至灌浆管网，到达用浆地点。功能三：灌注复合胶体。在注浆地点附近，使用“ZHJ-5/1.8G（N）矿用移动式防灭火注胶装置”向输浆管路的浆液内加入FCJ12复合胶体胶凝剂，形成复合胶体泥浆注入火区。功能四：压注高分子胶体。使用“ZHJ-5/1.8G（N）矿用移动式防灭火注胶装置”以每小时5 m3以下的流量将水和MCJ12胶体灭火剂制成高分子胶体并以一定压力注入火区。3.2系统构成MYZ-30/60地面移动式胶体防灭火系统由浆料储存场地、浆料输送、连续式定量制浆、过滤搅拌、输浆及管网系统和外加剂添加等部分构成，见图1。图1 地面移动式灌浆注胶防灭火系统流程框图定量制浆部分主要目的是将加入制备机料箱里的大量土、灰按照设备要求的用量将土、灰均匀送入制浆部分，然后由制浆部分根据需要的浆液浓度配比相应的水量，并搅拌制成合格的浆液。浆液过滤部分其主要功能是把制成的不同浓度的浆液进行过滤，浆液中大于8mm的固体颗粒物会被滤出使其不能进入注浆管路，以保证注浆管路不因固体颗粒的沉淀而发生堵塞。浆液压注部分可将制成的合格胶体以30米扬程输送至用胶地点。3.3系统应用工艺本系统主要设备、仪表、控制柜等都以不固定形式稳定放置于注浆位置，注浆系统应有一定面积的场地。从灌浆站至井下的灌浆管路最好使用钻孔进行连接。“矿用移动式防灭火注胶装置”置于井下靠近灌浆点附近（不超出150m）做为复合胶体胶凝剂的添加设备，也可做为突发火区和小范围高温点的前期控制和灭火装备。工艺流程见图2。使用地面钻孔注胶灭火时，矿用移动式防灭火注胶装置置于地面，工艺流程见3。制滤机，15KW供水，水压：0.4MPa土场矿用移动式防灭火注胶装置，7.5KW用胶地点渣浆泵，22KW井下灌浆管网1）灌注泥浆：打开供水阀门，根据计划注浆的流量和浓度调整水量；通水一段时间后使用装载机把土、灰从灰场加入到制浆机料箱内，制浆机的定量部分会自动按要求的用灰量把灰均匀送入制浆搅拌部分；制浆部分把水与土、灰混合、搅拌制成均匀浓度浆液，浆液自流进入过滤部分；过滤部分把浆液中的大颗粒固体滤出，合格浆液自流进入渣浆泵送至井下注胶地点（灌浆站附近有钻孔可不使用泵送，由制备机出口管路直接自流入钻孔）。图2 MYZ-30/60地面移动式灌浆注胶防灭火系统工艺流程示意图（井上、下配合）矿用移动式防灭火注胶装置，7.5KW土场制滤机，15KW渣浆泵，22KW供水，水压：0.4MPa钻孔用胶地点图3 MYZ-30/60地面移动式灌浆注胶防灭火系统工艺流程示意图（地面钻孔注胶灭火）2）灌注稠化胶体：打开供水阀门，根据计划注浆的流量和浓度调整水量；通水一段时间后使用装载机（当灰场高度高于制浆机料箱时可使用推土机）把土、灰从灰场加入到制浆机料箱内，制浆机的定量部分会自动按要求的用灰量把灰均匀送入制浆搅拌部分；制浆部分把水与土、灰混合、搅拌制成均匀浓度浆液，浆液自流进入过滤部分；由悬浮剂添加机在制浆机出口管加入稠化悬浮剂；过滤部分的滤浆机把浆液中的大颗粒固体滤出，合格浆液自流进入渣浆泵送至井下（灌浆站附近有钻孔可不使用泵送，由制备机出口管路直接自流入钻孔）。3）灌注复合胶体：打开供水阀门，根据计划注浆的流量和浓度调整水量；通水一段时间后使用装载机（当灰场高度高于制浆机料箱时可使用推土机）把土、灰从灰场加入到制浆机料箱内，制浆机的定量部分会自动按要求的用灰量把灰均匀送入制浆搅拌部分；制浆部分把水与土、灰混合、搅拌制成均匀浓度浆液，浆液自流进入过滤部分；由悬浮剂添加机在制浆机出口管加入稠化悬浮剂；过滤部分的滤浆机把浆液中的大颗粒固体滤出，合格浆液自流进入渣浆泵送至井下（灌浆站附近有钻孔可不使用泵送，由制备机出口管路直接自流入钻孔），浆液到达注胶地点附近时，用“矿用移动式防灭火注胶装置”按比例要求加入复合胶体胶凝剂，胶体通过管路注入火区或采空区。复合胶体胶凝剂会使浆液在一定时间内（1分钟左右）发生胶凝反应，形成类似豆腐状无流动性固体，在压力做用下通过裂隙缓慢移动，失去部分水后完全失去流动性。井上、下配合的灌浆注胶系统的胶凝剂在井下灌浆地点附近加入，地面钻孔的系统胶凝剂在地面钻孔口加入。4）压注高分子胶体：在井下安装好“矿用移动式防灭火注胶装置”，打开水阀，