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神华宁夏煤业集团有限责任公司金能煤业分公司 宁夏石嘴山 753200
摘要：当今社会，随着科学技术的迅速发展，高分子材料在矿井防灭火中应用，现在一批新型的高分子材料的出现被迅速采用在矿井防灭火中。本文主要是对新型高分子材料在矿井防灭火中的应用进行研究。首先对矿井进行介绍，然后对新型高分子防灭火材料设备选型及喷注工艺进行分析，最后就现场实践进行分析。
关键词：矿井防灭火、材料设备选型、现场实践
一、前言
新型高分子材料是指由相对分子质量较大的化合物分子构成的材料。按其来源，高分子材料可分为天然，合成，半合成材料，包括了塑料，合成纤维，合成橡胶，涂料，粘合剂和高分子基复合材料。从1907年高分子酚醛树脂的出现以来，高分子材料因其普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展。然而，现在大规模生产的还只是在寻常条件下能够使用的高分子物质，即通用高分子。它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点，而现代工程技术的发展对高分子材料提出了更高的要求。因此新型高分子材料在矿井防灭火中的应用越来越广泛。
二、矿井概况
我国某矿务集团，矿井核定生产能力为120万t/a，实际生产能力为150万t/a。所采煤系地层为石炭二迭系地层，其中下石盒子组1.3煤层为主采煤层，9煤配采，1.3煤层厚4.0一5.0m，平均厚4.5m，煤种为肥气煤，煤层为黑色，以暗煤为主，煤层具有爆炸危险性，煤尘爆炸指数为38.68%，煤层具有自然发火倾向，自然发火期小于3个月。1995年以来共发生自然发火事故H次，属一级发火矿井。新型高分子防灭火材料特性不可燃、不助燃，无毒、无味、无腐蚀作用，具有极强的吸水性、保水性，吸水后急剧膨胀。当水量不足时呈粒状，水量充足时呈糊状，且具有流动性，比重略重于水，在高温状态甚至在火烧的情况下能确保不缩水；膨胀率极高，约为1：400，极少一部分便能充填大量空间。通常充填一个3m3空间高冒，仅需这种新型防灭火材料20kg，一个人即可轻松背走。对于一个封闭面积8m2老塘墙也仅需200kg，非常适用于应急状态下的快速注浆。
三、开发新型高分子材料的重要意义和途径
从90代开始，科学家们就将注意力集中到了高功能，高智能的高分子材料开发上。现代工业对于新型高分子材料的需求日益强烈。像纳米高分子材料，通常是将纳米微粒与聚合物基材进行复合，利用其特殊性质来开发新产品，这比研究全新的聚合物材料投资少，周期短，生产成本低。与普通改性材料不同，纳米粒子具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，这些效应的综合作用导致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，纳米粒子巨大的比表面积产生的表面效应，可使经纳米粒子改性后的高分子材料的机械性能、热传导性、触媒性质、破坏韧性等均与一般材料不同，有的材料还具有了新的阻燃性和阻隔性。新型高分子材料的开发主要是集中在制造工艺和矿井的改进上，以提高产品的性能，减少环境的污染，节约资源。
四、新型高分子防灭火材料设备选型及喷注工艺
根据新型高分子防灭火材料的特性，我国某矿务集团设计了一套简单易行、现场适用性很强的快速流动注浆工艺，对防治老塘发火、高冒发火均有较好效果。其全套设备仅需2人便可移动，现场所有设备的操作注浆也只需要3个人。
1、设备选型
（1）注液车2部。现场可采用l.st的矿车代替，上面安装特殊设计的注浆泵固定架，使注浆泵悬挂在车厢体内，同时可左右上下调节。
（2）注浆泵1台。注浆泵选用KGQ一50MN隔离式矿用排砂泵，其优点是体积小，重量轻，，额定电压为660V，扬程为50m。同时该泵对抽取粘稠状液体有其特殊的优越性，对直径在1.0m以下的颗粒抽取时毫无阻碍。
（3）控制阀、中高压流量仪一套。用于控制水流量。
（4）搅拌棒1根。用于高分子材料与水搅拌混合后的充分混全溶解。
2、注浆工艺施工人员安排
全部注浆液操作人员仅需3人，一人控制水流量，一人称量高分子材料并均匀撒入注液箱内，一人开泵并搅拌注浆液。若有条件，可增加一人向注液箱内按1：100的比例加人黄泥，则灭火效果更好。
3、灌注工艺
（1）老塘墙灌注工艺。工作面结束后，首先在距工作面封闭位置向里3m左右用木板、碎岩石等打一个简易墙，再在外面封闭，封闭墙上预留注浆孔，将这种高分子材料以1：400的比例（重量比）与水混合均匀后，大约15min左右，待水中出现米粒大小的颗粒，用注浆泵通过老塘墙的注浆孔注入老塘墙内，分多次注人效果更好。
（2）高冒点灌注工艺。首先将有发火疑点的高冒点底部用不燃性材料背实，安装一接至高冒点最高点的直径在50mm以上的钢管一根，然后在高冒附近喷约10cm左右的浆层。待喷层凝固后，将高分子材料以1：400比例与水充分混合15min，用注浆泵将浆液注人高冒点。直至高冒空间注满为止。一方面高分子材料继续膨胀，充填未满的空间，另一方面，高分子材料溶于水后的流动性，可有效阻塞供氧通道。同时高分子材料与水一起能吸收高冒点的热量，降低高冒点温度。
五、现场实践
1、我国某煤矿西二采区一76Om反坡是由煤层底板岩巷爬至煤层的一条倾斜巷道，在顶部揭露煤层后，约20m长巷道撇有顶炭。煤层揭露约10（l后，高冒处CO体积分子数为104，最高达2.7xl少，喷浆后注水无效果，其中1一3#高冒处CO体积分子数及温度一度升高。自2001年6月28日对1“、2#高冒处注人45kg高分子材料后，该高冒处的CO于第二天检查时消失，而3#高冒处仍有CO，于是于6月30日对3#高冒处又注高分子材料30kg，至今，该三处高冒点均无自然发火征兆。2001年6月23日到2001年7月4日，一760m反坡的三处高冒点的CO体积分子数及温度在注浆前后的变化情况。如图所示：
一760反坡三处高留点CO体积分子数变化曲线
一760反坡三处高冒点温度变化曲线
从图中可清楚看出注入高分子材料对高冒点的防灭火效果。
2、老塘防灭火
2123工作面与13201工作面共用13201老风道一条巷道，2123面已提前收作完毕，但由于2123工作面运输联络巷的密闭墙压坏，13201老风道因客观原因无法封闭严密，造成2123老塘内的煤炭氧化，出现CO，如图所示。
3201工作面注离分子防灭火材料示意图
13201老风道自2000年2月11日起CO体积分子数为10礴，严重威胁13201综放工作面的安全生产。13201老风道出现CO后，该矿于2000年2月17日、18日向老铜内灌注高分子凝胶材料，Zd共注凝胶材料180kg，注凝胶前后的工作面CO体积分子数和温度变化情况，如图所示。
13201工作面注凝材料前后的效果
由图可知，灌注凝胶材料后效果显著，至今该处未再出现发火征兆，成功地消除了该处发火隐患。
五、结束语
综上所述，矿井火灾是制约矿业安全发展的重要因素。近年来，我国防灭火技术有了较大的发展与提高，但单一的技术不足以保证的安全生产。因此，要根据的实际情况，以“预防为主，防治结合，综合治理”的思想为指导，采用几种防灭火措施相结合的方法，制定一套矿井的个性化防灭火技术体系。
参考文献：
[1]余明高.我国煤矿防灭火技术的最新发展及应用[J].矿业安全与环保，2000，01.
[2]程晓敏，高分子材料导论[M]，安徽大学出版社2006.
[3]赵利利，论新型高分子材料的开发与应用[J]，科技致富向导，2011.（02）.
摘要：当今社会，随着科学技术的迅速发展，高分子材料在矿井防灭火中应用，现在一批新型的高分子材料的出现被迅速采用在矿井防灭火中。本文主要是对新型高分子材料在矿井防灭火中的应用进行研究。首先对矿井进行介绍，然后对新型高分子防灭火材料设备选型及喷注工艺进行分析，最后就现场实践进行分析。
关键词：矿井防灭火、材料设备选型、现场实践
一、前言
新型高分子材料是指由相对分子质量较大的化合物分子构成的材料。按其来源，高分子材料可分为天然，合成，半合成材料，包括了塑料，合成纤维，合成橡胶，涂料，粘合剂和高分子基复合材料。从1907年高分子酚醛树脂的出现以来，高分子材料因其普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展。然而，现在大规模生产的还只是在寻常条件下能够使用的高分子物质，即通用高分子。它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点，而现代工程技术的发展对高分子材料提出了更高的要求。因此新型高分子材料在矿井防灭火中的应用越来越广泛。
二、矿井概况
我国某矿务集团，矿井核定生产能力为120万t/a，实际生产能力为150万t/a。所采煤系地层为石炭二迭系地层，其中下石盒子组1.3煤层为主采煤层，9煤配采，1.3煤层厚4.0一5.0m，平均厚4.5m，煤种为肥气煤，煤层为黑色，以暗煤为主，煤层具有爆炸危险性，煤尘爆炸指数为38.68%，煤层具有自然发火倾向，自然发火期小于3个月。1995年以来共发生自然发火事故H次，属一级发火矿井。新型高分子防灭火材料特性不可燃、不助燃，无毒、无味、无腐蚀作用，具有极强的吸水性、保水性，吸水后急剧膨胀。当水量不足时呈粒状，水量充足时呈糊状，且具有流动性，比重略重于水，在高温状态甚至在火烧的情况下能确保不缩水；膨胀率极高，约为1：400，极少一部分便能充填大量空间。通常充填一个3m3空间高冒，仅需这种新型防灭火材料20kg，一个人即可轻松背走。对于一个封闭面积8m2老塘墙也仅需200kg，非常适用于应急状态下的快速注浆。
三、开发新型高分子材料的重要意义和途径
从90代开始，科学家们就将注意力集中到了高功能，高智能的高分子材料开发上。现代工业对于新型高分子材料的需求日益强烈。像纳米高分子材料，通常是将纳米微粒与聚合物基材进行复合，利用其特殊性质来开发新产品，这比研究全新的聚合物材料投资少，周期短，生产成本低。与普通改性材料不同，纳米粒子具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，这些效应的综合作用导致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，纳米粒子巨大的比表面积产生的表面效应，可使经纳米粒子改性后的高分子材料的机械性能、热传导性、触媒性质、破坏韧性等均与一般材料不同，有的材料还具有了新的阻燃性和阻隔性。新型高分子材料的开发主要是集中在制造工艺和矿井的改进上，以提高产品的性能，减少环境的污染，节约资源。
四、新型高分子防灭火材料设备选型及喷注工艺
根据新型高分子防灭火材料的特性，我国某矿务集团设计了一套简单易行、现场适用性很强的快速流动注浆工艺，对防治老塘发火、高冒发火均有较好效果。其全套设备仅需2人便可移动，现场所有设备的操作注浆也只需要3个人。
1、设备选型
（1）注液车2部。现场可采用l.st的矿车代替，上面安装特殊设计的注浆泵固定架，使注浆泵悬挂在车厢体内，同时可左右上下调节。
（2）注浆泵1台。注浆泵选用KGQ一50MN隔离式矿用排砂泵，其优点是体积小，重量轻，，额定电压为660V，扬程为50m。同时该泵对抽取粘稠状液体有其特殊的优越性，对直径在1.0m以下的颗粒抽取时毫无阻碍。
（3）控制阀、中高压流量仪一套。用于控制水流量。
（4）搅拌棒1根。用于高分子材料与水搅拌混合后的充分混全溶解。
2、注浆工艺施工人员安排
全部注浆液操作人员仅需3人，一人控制水流量，一人称量高分子材料并均匀撒入注液箱内，一人开泵并搅拌注浆液。若有条件，可增加一人向注液箱内按1：100的比例加人黄泥，则灭火效果更好。
3、灌注工艺
（1）老塘墙灌注工艺。工作面结束后，首先在距工作面封闭位置向里3m左右用木板、碎岩石等打一个简易墙，再在外面封闭，封闭墙上预留注浆孔，将这种高分子材料以1：400的比例（重量比）与水混合均匀后，大约15min左右，待水中出现米粒大小的颗粒，用注浆泵通过老塘墙的注浆孔注入老塘墙内，分多次注人效果更好。
（2）高冒点灌注工艺。首先将有发火疑点的高冒点底部用不燃性材料背实，安装一接至高冒点最高点的直径在50mm以上的钢管一根，然后在高冒附近喷约10cm左右的浆层。待喷层凝固后，将高分子材料以1：400比例与水充分混合15min，用注浆泵将浆液注人高冒点。直至高冒空间注满为止。一方面高分子材料继续膨胀，充填未满的空间，另一方面，高分子材料溶于水后的流动性，可有效阻塞供氧通道。同时高分子材料与水一起能吸收高冒点的热量，降低高冒点温度。
五、现场实践
1、我国某煤矿西二采区一76Om反坡是由煤层底板岩巷爬至煤层的一条倾斜巷道，在顶部揭露煤层后，约20m长巷道撇有顶炭。煤层揭露约10（l后，高冒处CO体积分子数为104，最高达2.7xl少，喷浆后注水无效果，其中1一3#高冒处CO体积分子数及温度一度升高。自2001年6月28日对1“、2#高冒处注人45kg高分子材料后，该高冒处的CO于第二天检查时消失，而3#高冒处仍有CO，于是于6月30日对3#高冒处又注高分子材料30kg，至今，该三处高冒点均无自然发火征兆。2001年6月23日到2001年7月4日，一760m反坡的三处高冒点的CO体积分子数及温度在注浆前后的变化情况。如图所示：
一760反坡三处高留点CO体积分子数变化曲线
一760反坡三处高冒点温度变化曲线
从图中可清楚看出注入高分子材料对高冒点的防灭火效果。
2、老塘防灭火
2123工作面与13201工作面共用13201老风道一条巷道，2123面已提前收作完毕，但由于2123工作面运输联络巷的密闭墙压坏，13201老风道因客观原因无法封闭严密，造成2123老塘内的煤炭氧化，出现CO，如图所示。
3201工作面注离分子防灭火材料示意图
13201老风道自2000年2月11日起CO体积分子数为10礴，严重威胁13201综放工作面的安全生产。13201老风道出现CO后，该矿于2000年2月17日、18日向老铜内灌注高分子凝胶材料，Zd共注凝胶材料180kg，注凝胶前后的工作面CO体积分子数和温度变化情况，如图所示。
13201工作面注凝材料前后的效果
由图可知，灌注凝胶材料后效果显著，至今该处未再出现发火征兆，成功地消除了该处发火隐患。
五、结束语
综上所述，矿井火灾是制约矿业安全发展的重要因素。近年来，我国防灭火技术有了较大的发展与提高，但单一的技术不足以保证的安全生产。因此，要根据的实际情况，以“预防为主，防治结合，综合治理”的思想为指导，采用几种防灭火措施相结合的方法，制定一套矿井的个性化防灭火技术体系。
参考文献：
[1]余明高.我国煤矿防灭火技术的最新发展及应用[J].矿业安全与环保，2000，01.
[2]程晓敏，高分子材料导论[M]，安徽大学出版社2006.
[3]赵利利，论新型高分子材料的开发与应用[J]，科技致富向导，2011.（02）.