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[摘 要]文本针对矿井防灭火技术进行分析，采取以胶体防灭火技术为主，其他防灭火技术为辅的手段，形成矿井综合防灭火技术及其装备，实施防灭火工程。
[关键词]防灭火技术 井下 应用
中图分类号：TD211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0266-01
我国煤炭自燃火灾十分严重，在开采煤层中，大约有50%的矿井存在自然发火危险。而煤层自燃火灾防治是一项复杂的系统工程，它不仅要求矿井有合理的开拓系统和开采方法、合理的矿井、采区和工作面通风系统，可靠的专项防治措施和管理制度，还必须掌握相应的防灭火技术，具有完善的防灭火系统及装备。
1 控制漏风技术
主要目的是：减少或杜绝松散煤体氧气的供给。技术手段有：水泥喷浆；泡沫喷涂；纳米改性弹性体材料涂抹；均压。
水泥喷浆工作量大，回弹多，抗动压性差，堵漏效果不十分理想；泡沫堵漏性能好，抗动压性好，但其成本较高，高温时分解，释放出有害气体；纳米改性弹性体材料具有气密性好、伸长率大等性能，可刮、涂、抹在煤岩体、木材及闭墙漏风处，操作简单，使用方便，可根据施工需要调整固化时间，固化后表面形成弹性体。
2 吸热降温技术
主要目的是：降低高温煤体温度，彻底熄灭高温火区，防止火区复燃。技术手段有：注水；灌浆；液氮；液态CO2。
熄灭煤层火区的关键是降低煤温。水是最经济、来源最广泛吸热降温材料，其热容量大，1L水转化成蒸汽时吸收2256.7kJ热量，同时生成1.7m。水蒸汽，能很快降低煤温，大量水蒸汽具有冲淡空气中的氧浓度、包围、隔离火源、窒息火源的作用；灌浆防灭火技术在我国有自然发火危险的矿井中用得较普遍，泥浆能够吸热降温，对煤体还有包裹作用，达到隔氧的目的，对于采空区的防灭火效果显著，已成为与井下内因火灾斗争的主要措施之一。
但井下自燃火源通常处于比较高的部位，用水或泥浆灭火时，不能滞留在发火部位，易形成固定的通道流动，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率，使漏风通道更加畅通；水在600℃以上会分解成H2和O2，有水煤气爆炸的危险，给井下灭火队员构成极大威胁。
3 胶体防灭火技术
西安科技大学开发的凝胶、胶体泥浆、稠化胶体和复合胶体等防灭火技术集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，使易于流动的水溶液在指定时间和部位发生胶凝，包裹高温煤体，充分发挥水的吸热降温作用，较好地解决了灌浆和注水的泄漏流失问题。且在近1000℃的明火中不会迅速汽化，仅因水份缓慢蒸发而逐渐萎缩，灭火安全性好，在井下湿度90%，温度28℃的环境下，13个月后仍保持完好。
同时，在该技术的现场使用和推广过程中，研制开发出了井下移动式、管网式、地面移动式和地面固定式多功能灌浆注胶防灭火系统等多种应用工艺，可根据矿井实际条件进行灵活地设计与使用。
3.1 胶体防灭火材料性能
胶体防灭火技术作为推广迅速的一种新型防灭火技术，已被广泛应用于井下煤层火灾的防治，该胶体防灭火材料具有如下的防灭火性能：
（1）固水性。纯胶体中90%以上是水，易于流动的水被固结起来，充分发挥水的降温灭火作用。
（2）热降温性。成胶过程是吸热反应，煤温上升使胶体中的水汽化，也将吸收大量的热。
（3）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。
（4）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，对高硫矿仍有良好的防灭火性能。
（5）热稳定性。在1000℃多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，但残渣（增强剂和SiO2）仍充填着煤体孔隙。
（6）充填性能。增强剂（黄土、粉煤灰、砂土等）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。
（7）在井下正常情况下（T<28℃，湿度>90%），胶体可长期保存在煤层中（现场实测13个月仍完好），防止煤层自然发火或火区复燃。
（8）成胶时间可以控制，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。最短成胶时间25s，慢的可控制在数10h，成胶速度根据火区条件和输送距离及钻孔渗透范围进行调节。
（9）材料来源广泛，成本低廉，工艺简单。与灌浆系统相配合的大流量压注胶体泥浆工艺可用于扑灭大面积煤层自燃火灾。
3.2 胶体防灭火材料适用范围
仍以粉煤灰为基料形成系列粉煤灰胶体防灭火材料为例。灌注粉煤灰浆液不需添加任何外加剂，材料成本最低，且工艺最为简单，是煤层火灾防治首选的方法，主要适用于仰斜开采的工作面采空区，或泄漏不严重，且注浆地点周边环境能够承受一定液体静压的地点，还可用于不会污染工作区域，且脱出的水份易于排出的地点。由于粉煤灰沉淀速度快，容易发生管路堵塞，而且其亲水性差，注浆地点的灰水很容易分离，脱出的清水很快沿固定通道流走，其防灭火效能较水灰共同作用时的防灭效能大为降低，用于灭火时存在水煤汽爆炸的危险。
粉煤灰复合胶体外加剂（FCJ12胶凝剂）的用量也极少，防灭火的材料成本增加也很少。胶凝剂的加入是在井下灌浆地点附近，通过定量添加设备，将其按比例加入灌浆管网内（混合点距浆液出口的距离最好<100m），相对于地面添加稠化悬浮剂的工艺而言，应用的难度有所增加，但其防灭火效能大幅度提高，溃浆的危险性大为降低。FCJ12胶凝剂对于高浓度粉煤灰浆液（灰水比>1：1）的作用是实现浆液的液固转化，最终形成的粉煤灰复合胶体能够停留在指定的地点，充分地发挥其降温和封堵漏风的作用，且胶体在煤层间隙受力时，仅发生蠕变，而不会破裂。由于胶体有粘弹性，它能紧密充填于煤层间隙，即使煤层压裂破碎也不会产生漏风裂隙，可对移架、矿压等造成的新裂隙进行二次封堵。FCJ12胶凝剂对于低浓度粉煤灰浆液（灰水比<1：1）的作用是使灰水迅速分离（分离时间小于1min），脱出的液体仅是清水，而不是浑浊的浆液，不会污染工作区域，停留在指定地点的粘稠粉煤灰浆仍能起到粉煤灰复合胶体的作用。该胶体材料可用于灌注俯斜开采的工作面采空区，沿空巷道相邻侧采空区，巷邦以及封堵较严的巷道顶部，且由于其成本较低，灭火安全性好，也是用于需大量灌浆的工作面开切眼和停采线，以及大范围采空区灭火的首选材料。
粉煤灰固化充填材料外加剂的种类多且用量大，成本高，添加比例也不好掌握，现场应用起来较为复杂，但其强度大，是很好的充填材料。主要用于废弃硐室、两道闭墙之间以及废旧巷道的充填和堵漏。
粉煤灰凝胶中，粉煤灰起了凝胶增强剂的作用，胶体强度增加，耐压性增强，但渗透性差，容易在高温火区顶部形成“锅盖”。该材料主要用于浆液易泄漏的巷道顶部和工作面支架顶部，也可对两道闭墙之间的巷道进行充填堵漏风，高浓度粉煤灰凝胶还可充填高冒空顶区。
高分子胶体灭火剂MCJ12使用工艺简单，工作量小，成本高，胶体强度大，耐压性高，但渗透性不好。该材料主要用于小范围内煤层火灾的快速控制和熄灭，也可用于巷道顶部、采空区两道等区域的防火、灭火。
结束语
通过对矿井现有防灭火技术的分类比较，各防灭火技术都有自己的优缺点。应根据矿井实际情况，体现“以防为主，防治结合”的思想，选择以胶体防灭火技术为主，其他防灭火技术为辅的手段，形成矿井综合防灭火技术措施及其装备，实施防灭火工程。
[关键词]防灭火技术 井下 应用
中图分类号：TD211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0266-01
我国煤炭自燃火灾十分严重，在开采煤层中，大约有50%的矿井存在自然发火危险。而煤层自燃火灾防治是一项复杂的系统工程，它不仅要求矿井有合理的开拓系统和开采方法、合理的矿井、采区和工作面通风系统，可靠的专项防治措施和管理制度，还必须掌握相应的防灭火技术，具有完善的防灭火系统及装备。
1 控制漏风技术
主要目的是：减少或杜绝松散煤体氧气的供给。技术手段有：水泥喷浆；泡沫喷涂；纳米改性弹性体材料涂抹；均压。
水泥喷浆工作量大，回弹多，抗动压性差，堵漏效果不十分理想；泡沫堵漏性能好，抗动压性好，但其成本较高，高温时分解，释放出有害气体；纳米改性弹性体材料具有气密性好、伸长率大等性能，可刮、涂、抹在煤岩体、木材及闭墙漏风处，操作简单，使用方便，可根据施工需要调整固化时间，固化后表面形成弹性体。
2 吸热降温技术
主要目的是：降低高温煤体温度，彻底熄灭高温火区，防止火区复燃。技术手段有：注水；灌浆；液氮；液态CO2。
熄灭煤层火区的关键是降低煤温。水是最经济、来源最广泛吸热降温材料，其热容量大，1L水转化成蒸汽时吸收2256.7kJ热量，同时生成1.7m。水蒸汽，能很快降低煤温，大量水蒸汽具有冲淡空气中的氧浓度、包围、隔离火源、窒息火源的作用；灌浆防灭火技术在我国有自然发火危险的矿井中用得较普遍，泥浆能够吸热降温，对煤体还有包裹作用，达到隔氧的目的，对于采空区的防灭火效果显著，已成为与井下内因火灾斗争的主要措施之一。
但井下自燃火源通常处于比较高的部位，用水或泥浆灭火时，不能滞留在发火部位，易形成固定的通道流动，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率，使漏风通道更加畅通；水在600℃以上会分解成H2和O2，有水煤气爆炸的危险，给井下灭火队员构成极大威胁。
3 胶体防灭火技术
西安科技大学开发的凝胶、胶体泥浆、稠化胶体和复合胶体等防灭火技术集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，使易于流动的水溶液在指定时间和部位发生胶凝，包裹高温煤体，充分发挥水的吸热降温作用，较好地解决了灌浆和注水的泄漏流失问题。且在近1000℃的明火中不会迅速汽化，仅因水份缓慢蒸发而逐渐萎缩，灭火安全性好，在井下湿度90%，温度28℃的环境下，13个月后仍保持完好。
同时，在该技术的现场使用和推广过程中，研制开发出了井下移动式、管网式、地面移动式和地面固定式多功能灌浆注胶防灭火系统等多种应用工艺，可根据矿井实际条件进行灵活地设计与使用。
3.1 胶体防灭火材料性能
胶体防灭火技术作为推广迅速的一种新型防灭火技术，已被广泛应用于井下煤层火灾的防治，该胶体防灭火材料具有如下的防灭火性能：
（1）固水性。纯胶体中90%以上是水，易于流动的水被固结起来，充分发挥水的降温灭火作用。
（2）热降温性。成胶过程是吸热反应，煤温上升使胶体中的水汽化，也将吸收大量的热。
（3）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。
（4）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，对高硫矿仍有良好的防灭火性能。
（5）热稳定性。在1000℃多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，但残渣（增强剂和SiO2）仍充填着煤体孔隙。
（6）充填性能。增强剂（黄土、粉煤灰、砂土等）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。
（7）在井下正常情况下（T<28℃，湿度>90%），胶体可长期保存在煤层中（现场实测13个月仍完好），防止煤层自然发火或火区复燃。
（8）成胶时间可以控制，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。最短成胶时间25s，慢的可控制在数10h，成胶速度根据火区条件和输送距离及钻孔渗透范围进行调节。
（9）材料来源广泛，成本低廉，工艺简单。与灌浆系统相配合的大流量压注胶体泥浆工艺可用于扑灭大面积煤层自燃火灾。
3.2 胶体防灭火材料适用范围
仍以粉煤灰为基料形成系列粉煤灰胶体防灭火材料为例。灌注粉煤灰浆液不需添加任何外加剂，材料成本最低，且工艺最为简单，是煤层火灾防治首选的方法，主要适用于仰斜开采的工作面采空区，或泄漏不严重，且注浆地点周边环境能够承受一定液体静压的地点，还可用于不会污染工作区域，且脱出的水份易于排出的地点。由于粉煤灰沉淀速度快，容易发生管路堵塞，而且其亲水性差，注浆地点的灰水很容易分离，脱出的清水很快沿固定通道流走，其防灭火效能较水灰共同作用时的防灭效能大为降低，用于灭火时存在水煤汽爆炸的危险。
粉煤灰复合胶体外加剂（FCJ12胶凝剂）的用量也极少，防灭火的材料成本增加也很少。胶凝剂的加入是在井下灌浆地点附近，通过定量添加设备，将其按比例加入灌浆管网内（混合点距浆液出口的距离最好<100m），相对于地面添加稠化悬浮剂的工艺而言，应用的难度有所增加，但其防灭火效能大幅度提高，溃浆的危险性大为降低。FCJ12胶凝剂对于高浓度粉煤灰浆液（灰水比>1：1）的作用是实现浆液的液固转化，最终形成的粉煤灰复合胶体能够停留在指定的地点，充分地发挥其降温和封堵漏风的作用，且胶体在煤层间隙受力时，仅发生蠕变，而不会破裂。由于胶体有粘弹性，它能紧密充填于煤层间隙，即使煤层压裂破碎也不会产生漏风裂隙，可对移架、矿压等造成的新裂隙进行二次封堵。FCJ12胶凝剂对于低浓度粉煤灰浆液（灰水比<1：1）的作用是使灰水迅速分离（分离时间小于1min），脱出的液体仅是清水，而不是浑浊的浆液，不会污染工作区域，停留在指定地点的粘稠粉煤灰浆仍能起到粉煤灰复合胶体的作用。该胶体材料可用于灌注俯斜开采的工作面采空区，沿空巷道相邻侧采空区，巷邦以及封堵较严的巷道顶部，且由于其成本较低，灭火安全性好，也是用于需大量灌浆的工作面开切眼和停采线，以及大范围采空区灭火的首选材料。
粉煤灰固化充填材料外加剂的种类多且用量大，成本高，添加比例也不好掌握，现场应用起来较为复杂，但其强度大，是很好的充填材料。主要用于废弃硐室、两道闭墙之间以及废旧巷道的充填和堵漏。
粉煤灰凝胶中，粉煤灰起了凝胶增强剂的作用，胶体强度增加，耐压性增强，但渗透性差，容易在高温火区顶部形成“锅盖”。该材料主要用于浆液易泄漏的巷道顶部和工作面支架顶部，也可对两道闭墙之间的巷道进行充填堵漏风，高浓度粉煤灰凝胶还可充填高冒空顶区。
高分子胶体灭火剂MCJ12使用工艺简单，工作量小，成本高，胶体强度大，耐压性高，但渗透性不好。该材料主要用于小范围内煤层火灾的快速控制和熄灭，也可用于巷道顶部、采空区两道等区域的防火、灭火。
结束语
通过对矿井现有防灭火技术的分类比较，各防灭火技术都有自己的优缺点。应根据矿井实际情况，体现“以防为主，防治结合”的思想，选择以胶体防灭火技术为主，其他防灭火技术为辅的手段，形成矿井综合防灭火技术措施及其装备，实施防灭火工程。