采空区大面积煤炭自燃是煤矿防灭火工作中最棘手、最危险的灾害之一。我国大多数煤层具有自燃倾向,煤层开采后,采空区遗留的大量碎煤在漏风供氧下持续低温氧化,热量逐渐积聚,最终突破燃点引发自燃。与一般的明火火灾不同,采空区自燃具有极强的隐蔽性——火源往往深藏于垮落破碎的煤岩体深处,位置未知、范围不明,从外部根本无法直接观察。当采空区温度升高、CO等标志性气体通过巷道风流被检测到时,火势往往已经蔓延到难以控制的程度。更为严峻的是,采空区自燃常与瓦斯、煤尘等灾害叠加,一旦失控可能诱发瓦斯爆炸等次生事故,造成群死群伤的重大灾难。采空区大面积、隐蔽火源的防治,已成为煤矿安全领域亟待突破的重大难题。
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采空区隐蔽火源治理的困难,集中体现在"看不见、够不着、治不住"三个层面。其一,火源位置未知——采空区垮落空间形态复杂,火源可能深埋于破碎煤岩体内部,常规探测手段难以精准定位,往往是"发现即晚期"。其二,治理介质难以抵达——采空区空间大、高位空隙多、垮落通道纵横交错,传统的液态浆液受重力支配,注入后容易沿着低洼处和顺沟通道快速流失,既难以向上部高位扩散,也无法深入破碎岩体内部,大量灭火材料白白浪费却未能触及火源。其三,灭火效果难以持久——即便浆液局部到达火区,若缺乏足够的堆积覆盖能力,也很快在重力作用下流失排走,无法在火源周围形成稳定的覆盖层和隔氧层,导致"灭而复燃"。如何让灭火介质在采空区这个复杂的立体空间中"留得住、铺得开、覆盖到位",成为制约采空区防灭火效果的关键瓶颈。
长期以来,我国煤矿采空区防灭火主要依赖黄泥灌浆技术。黄泥灌浆通过向采空区注入黄泥浆液,利用泥浆覆盖遗煤、隔绝氧气来抑制自燃。然而,传统黄泥灌浆存在明显的固有缺陷:其一,容易顺沟流失——黄泥浆液是液态物质,在采空区内部的低洼处和垮落裂隙中会沿沟道快速流走,大量浆液积聚在采空区底部低洼区域,而真正需要治理的高位火源和破碎煤岩体却得不到有效覆盖,材料利用率极低;其二,不能向高位扩散——受重力作用,泥浆无法自行向采空区上部、支架顶部等高、中位空间扩散,而恰恰是这些高位区域,是垮落遗煤和漏风通道最集中的位置,也是自燃火灾的高发地带;其三,覆盖范围有限——由于流动性太强、堆积性差,泥浆难以在目标区域形成稳定的覆盖层,隔氧效果随时间推移逐渐减弱,导致灭火效果不持久,"屡灌屡燃"成为行业普遍现象。传统黄泥灌浆"灌得进、留不住、盖不全"的困境,使得采空区防灭火长期处于被动应对的状态。
针对采空区大面积自燃及隐蔽未知火源治理的难题,吉安科技研发了易克特泥浆胶体泡沫(FJP-Ⅱ)。该产品的核心创新在于:通过在传统黄泥浆中添加两种组分,使黄泥浆发生自发泡反应并产生惰性气体,将原本"液态易流失"的黄泥浆转变为"以泡沫为载体"的泥浆泡沫,从而能够在采空区内自由扩散、堆积和覆盖,将更多的水和黄泥浆带入防治空间的高、中、低位,极大地改善了防灭火治理效果。与传统黄泥灌浆相比,FJP-Ⅱ拥有六大突出优势:其一,自发泡——发泡剂与黄泥浆之间发生相互作用而自发泡,发泡过程不受外界条件制约,且不产生热量,安全可靠;其二,发泡性能优——发泡倍数超过7倍、产生量大,能有效避免黄泥浆的流失和溃浆现象,短时间内即可大量扩散,大大提高了灭火材料的有效利用率;其三,堆积性能优——发泡后具有良好的堆积性,在破碎煤岩体内可到达治理空间的上、中、下各个位置,彻底解决了传统泥浆无法向高位扩散的难题,极大地提高了黄泥浆的有效覆盖范围;其四,吸热降温性能优——泥浆泡沫体内含有大量水分,水分汽化时大量吸热,大大降低煤体及环境温度,使火区保持湿润冷却状态,有效阻止煤炭自燃;其五,隔氧性能优——发泡后的黄泥浆能有效覆盖包裹煤体表面,隔绝氧气、封堵煤体裂隙,进而有效阻止煤的氧化反应;其六,应用工艺简单——可直接利用煤矿原有的黄泥灌浆系统,仅需通过定量添加泵在注浆管路中依次加入A、B两种组分,设备轻便、操作简单、使用成本低。该产品可广泛应用于采空区大面积火源、采空区内未知火源、巷道及支架顶部等局部区域煤炭自燃、采空区及架后局部自燃火灾以及煤田大面积火灾的防治。
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