基于防治煤自燃的煤矿防灭火装置的设计分析

＊刘廷方 魏琦 田亮

（陕煤集团神木张家峁矿业有限公司 陕西 719300）

引言

随着开采深度的不断增加，导致开采难度也不断增加，主要表现为火灾。经过不完全统计发现，我国煤炭很多存在自燃的现象，因此在开采的过程中会发生火灾，从而危及开采人员的生命安全，给国家的经济带来一定的损害。为此需要对开采作业的防火措施进行探究。为此笔者设计了胶体阻化泡沫制备装置，进而可以喷射出胶体阻化泡沫，这样可以把采空区域进行较好地填充，可以有效地降低氧气的含量，将减少煤和氧的结合率，以此可以有效地解决采空区域的自燃现象。

1.研究方案

(1)技术路线

当前煤炭开采数量不断增加，从而大大增多矿井采空区，经过调查发现采空区域是一个极易发生火灾的区域。如果采空区域出现非常复杂的情况，那么有可能出现自燃点不确定的现象。与此同时由于面积相对较大，导致不容易进行填充，往往极易发生火灾。为此选择胶体阻化泡沫可以大大增强采空区域的填充效果，这样可以填充整个采空区域，与此同时可以大大降低含氧量，可惰化气体，进而可以最大程度的起到防火的效果。

(2)总体设计

如果采空区域发生了火灾，而防火方式选择传统的形式，那么将直接导致防火效果不佳，并且由于堆积效果不好，进而不能更好地找到火源，最终不能较好地起到防火的效果。由此可以看出，防火材料以及装备必须具有极易填充的效果，并且能够覆盖整个区域，从而降低该区域的含氧量以及惰化的效果。图1为总体设计图。

图1 胶体阻化泡沫制备装置总体设计思路图

在实施的过程中，需要将高压水以一定的比例融合到射流中，这样可以保证形成较好的负压。同时还需要在一级、二级发泡装置中设置氮气，将其进行充分混合，最终在喷射的过程中采空区域将会大量的堆积，最终起到防止自燃的效果。

(3)射流比例混合器

图2是射流比例混合器结构图，主要借助高速流体来获取能量。通常射流比例混合器参数是由如下几个因素决定的：第一，高压水进口压力；第二，吸液量；第三，高压水流量。通常喷嘴直径与喉管直径与压力之间呈现正比。依据相应的计算发现，以黄铜比例式水泡沫混合器。当供水压力达到一定比例时，喷嘴位置处的负压也逐渐增加，从而大大增加了吸附能力。

图2 射流比例混合器结构示意图

(4)装置构件的确定

必须对胶体阻化泡沫装置中的流量、压力值进行监督，传统的压力表以及流量计具有独立工作以及分别测量的特点，可是在工程实践的过程中存在一定的问题。为此本文选取有温度补偿的涡流流量计，其具有安装方便、便于同时检测流量以及压力值。

选择喷嘴时，通常情况下，胶体阻化混合液从喷嘴喷到发泡网，以便于更好地喷洒。本文选用螺旋喷嘴，其选用的材质为不锈钢，喷嘴的喷射角度设定为60°。通常发泡网可以选择不锈钢材质，网目密度选择35目/平方英寸。

(5)尺寸设计

一般喷嘴与发泡网两者之间的参数大都如下三个可供选择：第一，15cm；第二，20cm；第三，25cm，以经验选择20cm。与此同时，喷射角度选择60°，进而可以依据线面的公式即可计算出发泡室外观直径：

通过上述计算可以得到发泡网直径为60cm。图3表示对应的胶体阻化泡沫制备装置设计结构图。

图3 胶体阻化泡沫制备装置结构图

2.应用测试

(1)抑制煤氧化试验测试

为了更好地说明实验效果，需要将原样煤划分为两个部分：第一，保持原样不变；第二，通过煤进行胶体阻化泡沫进行处理。在进行实验时，主要涉及如下几个方面的参数：第一，耗氧量；第二，气体组成部分；第三，临界温度；第四，放热量等。经过实验发现，胶体阻化泡沫阻止煤自燃的作用，图4为实验装置示意图。

图4 试验装置图

经过大量的实验可以看出，在经过泡沫处理后，煤的耗氧量将会显著下降，而对比着原煤在氧耗突变的温度达到80℃，而经过处理的突变温度则在110℃，大大提高了突变温度。对一氧化碳进行测试发现，对于样煤而言，其在80℃后明显增多。而经过处理后一氧化碳在100℃后才开始明显增加，由此可以看出，胶体阻化泡沫能够更好地对煤氧进行结合，从而大大降低了一氧化碳的含量。而对于二氧化碳而言，经过处理后的样煤其突变温度从60℃变成90℃。与此同时对甲烷、乙炔、乙烯等气体进行实验发现，其产量也大大小于样煤的含量。

(2)工业测试

在某煤矿7309工作面进行实验，借助该装置对采空区进行喷射泡沫，井下高压水作为动力条件，将胶体阻化泡沫喷射到防火区域。经过测量发现在工作面上泡沫可以扩散到10m的位置，与此同时在管路中溢出量相对较少，堆积性相对较好，基本达到接顶的状态。注入胶体阻化泡沫后，一氧化碳与二氧化碳的含量都不断减少，最后基本达到0，并趋于稳定状态。由此可以看出，该装置可以大大降低煤自燃的几率。同时动力方面选用井下高压水以及氮气，这样不仅安全可靠而且方便。

3.结语

在对采空区域的火灾情况进行调研发现，设计出交替阻化泡沫制备装置。首先确定胶体阻化泡沫装置的总体设计图，再确定各个构建的结构以及参数。接着对该装置进行实验，经过实验发现该装置在防止煤自燃方面发挥着非常大的作用。最后，将其应用到某矿7309工作面，经过工程实践可以发现，该装置安全可靠，便于操作，防治煤自燃方面效果良好，由此可以看出该装置可以防止井下煤自燃，从而可以大大降低安全事故，因此具有一定的可推广性。