两相泡沫防灭火技术在煤田火区的应用实验

1、 两相泡沫防灭火技术在煤田火区的应用实验 摘要：随着井下开采力度逐渐增加，采空区范围逐步增大，通风系统复杂多变，人们不断提高对煤炭安全开采的要求，矿井煤火灾害已经成为制约高产高效煤矿安全开采与发展的主要因素之一。矿井煤火灾害不仅浪费了宝贵的煤炭资源、威胁煤矿生产、造成人员伤亡、引起次灾害发生，还能够释放出大量各种有毒有害的气体进而污染大气、破坏环境，每年直接或间接地给国家和社会带来了重大的经济损失。两相泡沫防灭火技术是煤矿上常用的一种防灭火技术。关键词：实验目的、原理、设备及工艺、过程。结论1. 实验目的本实验的目的在于两相泡沫灭火降温的理论与新疆煤田火区的实际结合，验证两相泡沫在煤火治理中的效果以及对水利用率的提高作用，同时推动两相泡沫灭火降温技术在新疆煤田火灾治理中的应用，以解决目前新疆部分火区水量不足情形下的火区降温问题。主要实验项目如下：1）验证现场施工条件下两相泡沫相关参数。2）测定注两相泡沫中水的利用率。3）两相泡沫的降温效果。二、实验原理两相泡沫防灭火技术是由西安森兰近年来推出的新型防灭火技术及工艺，两相泡沫具有较好的扩散性、黏附性、堆积性，可在高温火区内大范围扩散，从而

2、达到立体降温和治理火区的目的。1. 吸热降温特性。两相泡沫能充分发挥水的作用，水气化 过程要从热源中带走大量的热，其汽化潜热达 2256KJ/kg，因此注入泡沫，可降低煤体和围岩的温度，有效阻止煤层自燃。堆积扩散性。两相泡沫具有良好的堆积性和扩散性，灭 火介质以两相泡沫的形式灌注到火区内，可以将水分带入到火区高处和较远位置，减少了水量流失，提高了水的利用率，实现火区立体灭火降温效果。三、设备及工艺3.1两相泡沫防灭火系统两相泡沫灭火系统是将两相泡沫阻化防灭火剂与水按一定比例混合后，由压风强力催泡，形成直径小于 0.2 毫米的两相泡沫，经输泡管路送达火区。3.2、灌注工艺我公司两相泡沫防灭火系统包括空气压缩机、混合液箱、矿用两相泡沫灭火装置（HDP-200）、控制柜、管路系统。将各部件按照系统工艺流程图进行安装。四、实验过程实验一 两相泡沫灌注参数测定两相泡沫灌注参数主要包括：两相泡沫防灭火剂添加比例、发泡倍数、泡沫流量。实验步骤：向容积为 V（m3）的容器内注入泡沫，记录泡沫充满容器所用时间 t（s），螺杆泵供液量 M（m3/h），则泡沫流量Q =V / t * 3600（m3/h），

3、发泡倍数 N=Q / M。两相泡沫阻化防灭火剂的添加为人工参照混合液箱刻度指示添加，比例为 3%。实验小结：测定得到泡沫流量为 348m3/h，发泡倍数为 34.8。都在设备出厂参数范围（参考表 2），设备运行正常。实验二 泡沫扩散半径测定（本实验时间为 24 日，）实验步骤：1. 在 zk164 和zk169 中间位置施工观察钻孔，钻孔深度 30 米，封孔处理。通过zk169 钻孔压注泡沫，同时观测 zk164 和观察孔内泡沫溢出情况以及温度变化情况。实验小结：由上述温度变化折线图可得，向 zk169 钻孔灌注泡沫， 随着注泡量的增加，观察孔温度逐渐下降，zk164 钻孔温度有下降但不明显。为了进一步验证扩散半径，将观察孔作为灌注孔，灌注 10min后zk164 和zk169 钻孔均有泡沫溢出（见图 6）。说明在该地质条件下泡沫的扩散半径大于 4m，温度直接影响半径为 0-8m，且其扩散量与泡沫量（时间）正相关，与注泡孔温度负相关。实验三 注水与注泡沫对水利用率的对比实验步骤：1. 选择靶区内 zk158、zk156 两个钻孔进行注水，同时记录两个钻孔的原始温度、注水量和温度变化情况

4、。在靶区内选择和 zk156、zk158 温度相近的zk163、zk169 两个钻孔进行灌注泡沫，同时记录两个钻孔的原始温度、泡沫量和温度变化情况。（3）zk158 和 zk163 为第一组对比孔，zk156 和 zk169 为第二组对比孔。（4）利用计算公式（水利用率（%）=降温理论需水量/实际注水量。）计算注水和注泡沫对水的利用率。降温理论需水量 Q=Q1*H*S*（1+K）式中：Q有效气化水量(m3)；H火区降温深度(m)；S需要降温的火区面积(m2 )；K水的流失系数(理论计算取值为 0）；Q1每体积岩石温度由 T降至T1 需水量； Q1=c1（T-T1）/c2（100-T0）+q； 式中：T0 供 水 温 度 (15)；c1岩体比热容（2574.42KJ/kg）； c2水的比热容（4.19KJ/kg）；岩体密度（0.86*103kg/m3）；q 水汽化潜热（2256KJ/kg）。实验小结：分别用注水和注泡的方式处理温度相近的钻孔，达到相同的效果时，两个注水钻孔的耗水量分别是两个注泡钻孔耗水量的 3.8 和 3.3 倍。实验四 验证泡沫降温效果实验步骤：1. 根据现场钻孔条件，

5、选择 zk160、zk163、zk169、zk172 四个封孔质量较好，且钻孔保存比较完整的钻孔作为大量注泡的降温效果验证孔。根据现场条件，灌注压力不低于 0.4MPa，灌注量不超过单孔最大灌注量（最大灌注量是将单个钻孔覆盖范围内热量置换到要求范围内所需要的泡沫量，可以通过数据进行计算）（3）泡沫采用钻孔间依次循环灌注的方式，同时记录灌注过程中及停止注泡 72h 内的温度变化情况。实验小结：由以上数据可知，经过注泡处理，zk163、zk169、zk172、zk160 各钻孔平均温度均有大幅下降，且注泡量大的钻孔温度降幅更大，在停止注泡时各钻孔平均温度都低于 100，说明注两相泡沫可有效控制钻孔温度。继续观测各孔 72h 内温度变化，各孔温度均有回升，但注泡量大的钻孔回温速度慢且回温幅度小。六、应用实验结论1. 通过现场应用实验，两相泡沫防灭火系统运行良好，泡 沫流量 348m3/h，发泡倍数大于 34.8 倍，两相泡沫阻化防灭火剂添加比例 3%，泡沫扩散半径大于 4m，直接温度影响半径 0-8m。相较注水降温的水利用率，注两相泡沫可将水利用率提高3 倍。3. 通过钻孔降温效果验证，在保证灌注量时，注两相泡沫 可有效控制钻孔回温、降低钻孔温度。由于实验材料数量受限，且采用单孔灌注的方式处理钻孔周期较长，因此钻孔温度未持续 72h 稳定在100以下，但靶区钻孔整体温度有明显下降，效果理想。结束语：经过两相泡沫泡在新疆三道坝火区的首次应用，我公司认真总结，将对两相泡沫泡系统作出以下优化，以更好的满足后续新疆煤田火区降温节水的要求。1. 实现备料与注泡的无间隔衔接，保证工作时间泡沫连续灌注，以提高工作效率，防止热量扩散导致钻孔回温，保证工期及后续其他工艺接续。改进系统配套设备，在保证泡沫单路供给量的同时实现多支路灌注，采用地毯式的快速推进来防止钻孔回温。（3）两相泡沫阻化防灭火剂配方优化，在保证灭火降温效果的同时降低成本。-全文完-

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