煤田火灾是指发生在煤田煤层露头或浅部的、影响煤田开发、储量损失大、严重污染环境、威胁生产安全的大面积火灾。
煤层开采后形成临空面,在与空气充分接触的过程中,经过煤中高硫助燃或氧化产生热量聚集,达到着火点时局部自燃,煤层自燃产生的热量和烟尘不断地从裂隙中向上运移,导致煤层临空面附近产生负压。空气沿临空面较远处的垂向裂隙自上而下源源不断地进行补充,在深部供给煤层自燃所需的氧气,完成“煤层燃烧——热量和烟尘向上运移——进入大气——形成负压——空气通过远处裂隙向下运移——进入煤层临空面——煤层供氧”开放循环过程。火区以点带线逐步外延,进而形成煤田火区。
目前煤田火灾的治理主要采用剥离、注水、钻探、注浆、覆盖的综合灭火方法。
(1)水剥离法
此法灭火彻底,适用于火源较浅,面积较小并且火区蔓延较慢的火区。首先对火区进行注水降温至40℃,并对浅部空洞区进行爆破处理。然后通过机械剥离或定向爆破剥除火区的露头火源及部分烧变岩。
(2)注水注浆覆盖法
这种方法适用于燃烧部位较浅,裂隙非常发育的煤田火区。其特点是不受火区面积的条件限制,施工灵活。剥开火源后,通过地表裂隙、塌陷注水降温至临界温度70℃,或注水淹没火体使煤层火熄灭。然后向火区深部注水或灌注黄泥浆(或阻燃胶体、固体充填料等),降低燃煤温度,隔绝煤层与氧气接触,阻止煤炭进一步氧化燃烧,从而熄灭火体。最后利用黄土充填封闭火区地表裂缝、塌陷坑、废旧采空区等,断绝火区通风供氧通道。
(3)打钻注水注浆覆盖法
当煤火燃烧深度较大时,一般采用此方法灭火。使用该方法灭火首先要剥离火区露头火源及部分烧变岩,对火区进行斜坡化处理,使火区表面形成一个具备打钻覆盖条件的场所。然后在火区分别布置探火钻孔、灭火钻孔和观测钻孔。以灭火钻孔为中心对燃烧煤层进行注水降温和注水封闭。注水注浆要遵循先高温区后低温区,间歇性注水的原则进行,避免爆喷事故。注浆材料一般选用黄土,为保证灭火效果,火区内塌陷区裂隙应基本充填,火区处于完全封闭状态后方可停止注浆。为确保氧气隔绝,防治复燃,最后在进行地表覆盖。
徐州吉安研发的MAG-Ⅰ型复合胶体防灭火材料与黄泥浆或粉煤灰浆复配使用,可以显著提高浆体浓度,减少管路堵塞几率,提高灌浆效率和灌浆质量,属灌浆增强型防灭火材料。
MAG-Ⅰ型复合胶体防灭火材料显著提升了黄泥灌浆的防灭火效果,与黄泥灌浆系统配合使用,综合效能数倍于单纯黄泥灌浆:
(1)固液比高,固液质量比最高可达1.5,是单纯黄泥浆固液比的7倍,显著提高注浆效率;
(2)保水量大,黄泥浆沉积物固水率超过50%,相比单纯黄泥浆具备更好的降温性能;
(3)固水性好,将易流动的常态水螯合成水凝胶,并与黄土吸附在一起,显示出良好的固水特性,在采空区可以长久保水,显著延长浆体有效期。
(4)热稳定性好,水凝胶和黄土形成的沉积物可以耐受1000℃以上的高温不坍塌,不融化。
(5)充填堵漏效果好:水凝胶和黄土形成的沉积物固含量高,粘结性好,相比单纯黄泥浆具备更好的充填性能。
(6)安全性高:与水混合反应过程不产生热量,游离水被水凝胶纤维固结并与黄土吸附在一起,遇到高温明火时不会出现急剧汽化的现象,可以杜绝水煤气爆炸的危险。
(7)产品无毒、无腐蚀性、安全环保。
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