4 三相泡沫防滅火新技術

　　4.1 三相泡沫的組成及特點 防治煤炭自燃的三相泡沫由固態(tài)不燃物(粉煤灰或黃泥等)、惰性氣體(N2)和水三相防滅火介質(zhì)組成。三相泡沫集固、液、氣三相材料的防滅火性能于一體，利用粉煤灰或黃泥的覆蓋性、氮氣的窒息性和水的吸熱降溫性進行防滅火，大大提高了防滅火效率。由于三相泡沫發(fā)泡倍數(shù)較高，單位體積的泡沫材料成本大幅下降，具有較高的經(jīng)擠效益。

　　與現(xiàn)有的防滅火技術及材料相比，三相泡沫兼有一般注漿方法和惰氣泡沫防滅火的優(yōu)點。泥漿通過注入氮氣發(fā)泡后形成三相泡沫，體積大幅快速增加，并在采空區(qū)中可向高處堆積，對低、高處的浮煤都能覆蓋，能夠避免注入的漿體從底部流失；注入在采空區(qū)的氮氣被封在泡沫之中，能較長時間滯留在采空區(qū)中，充分發(fā)揮氮氣的窒息防滅火功能。三相泡沫中含有粉煤灰或黃泥等固態(tài)物質(zhì)，這些固態(tài)物質(zhì)是三相泡沫面膜的一部分，可較長時間保持泡沫的穩(wěn)定性，即使泡沫破碎了，具有一定粘度的粉煤灰或黃泥仍然可較均勻地覆蓋在浮煤上，可持久有效地阻礙煤對氧的吸附，防止煤的氧化，從而有效地防治煤炭自然發(fā)火，這是三相泡沫防滅火性能的優(yōu)越性。

　　4.2 三相泡沫防治煤炭自燃的機理 采空區(qū)煤體發(fā)生自燃，應服從四面體的概念，即煤、氧氣、熱量、鏈反應的4要素缺一不可。通過對要素中任何一個要素的切斷控制，都會阻止煤炭自燃。三相泡沫技術可以同時對煤炭自燃的4個要素進行控制，因此防治煤炭自燃的效果顯著。

　　4.2.1 封堵采漏風通道與煤體裂隙，包裹煤體，隔絕煤氧結(jié)合。對于綜放面采空區(qū)而言，大量浮煤是普遍存在的，因此必須采取措施隔絕煤氧結(jié)合，降低煤氧相互作用的機會。三相泡沫中的固體不燃物(粉煤灰或黃泥)，恰恰是針對這種特性，封堵采空區(qū)漏風通道與煤體裂隙，包裹煤體，阻止氧氣進入，隔絕煤氧結(jié)合，極大地降低了煤氧反應中的煤與氧的濃度，從而大大降低反應速率和放熱速率，達到防治煤炭自燃的目的。

　　4.2.2 對于已有升溫趨勢的煤，具有吸熱降溫作用。若煤體與周圍環(huán)境的溫度升高，活動分子和活化能就會增加，煤氧分子的化學反應速率和放熱速率就會加快。煤炭自燃的誘因之一是由于煤的自然氧化產(chǎn)生的熱量聚集。溫度上升的速度既取決于反應產(chǎn)熱量，又取決于周圍環(huán)境的散熱條件。在采空區(qū)一般僅存在漏風小通道，散熱條件較差，易于形成熱量積聚。當產(chǎn)熱速率大于散熱速率時，采空區(qū)內(nèi)將迅速聚集大量熱量，隨即溫度上升，化學反應速度加快，同時產(chǎn)生更多的熱量，造成惡性循環(huán)，直至引發(fā)煤炭自燃。

　　4.2.3 潤濕煤體，阻化煤體自燃。為防治煤炭自燃，需降低煤氧化放熱速率。由于使用的發(fā)泡劑是由幾種表面活性劑復配而成，一方面，發(fā)泡劑本身就是一種很好的阻化劑，能有效地阻止煤體官能團的產(chǎn)生和自由基的鏈式反應，對煤的自燃有很好的阻化效果；另一方面，水均勻的分散在煤體上，也是一種非常好的阻化劑。

　　4.2.4 降低采空區(qū)氧氣濃度，抑制煤的氧化，窒息自燃的煤體。若采空區(qū)中氧氣濃度過高，則化學反應速率和放熱速率就會增大。因此，在必要時，需要降低其區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度。

　　5 結(jié)束語

　　綜上所述，我國的礦井防滅火技術與手段，確實有了較大的發(fā)展與提高。但應看到，目前發(fā)火形勢依然嚴峻，還需要繼續(xù)不斷地完善和提高防治技術水平，研究和開發(fā)創(chuàng)新技術與手段，以便從根本上改變煤礦煤自燃火災的不利形勢。此外，還要有足夠的投入和嚴格的管理。各礦必須清醒地認識到這一點，給予極大的重視。只有舍得在這方面加大投入，才會獲得優(yōu)厚的回報。