李宏生
新疆维吾尔自治区煤田灭火工程局 新疆乌鲁木齐 830063
新疆作为全国最大的煤炭资源基地，煤炭资源总量2.19万亿吨，约占全国资源总量的40%，居全国首位。由于新疆多数煤层厚度大、赋存浅、露头多、易自燃，与此同时，新疆煤田火灾也十分严重，煤田火区呈现出点多、面广、燃烧剧烈等特点，使新疆成为国内、甚至世界上煤田火灾最为严重的地区之一，大面积的煤田火灾不仅损失大量煤炭资源、威胁矿井安全生产，而且严重破坏了区域环境，引发一系列的生态问题，对自治区煤炭工业发展产生负面影响，尤其对新疆“十三五”煤炭规划建设项目的正常开工建设造成了一定影响。因此，治理煤田火灾作为保护煤炭资源和生态环境的公益性事业，对保障经济社会健康发展的重要作用愈加突显。
新疆煤田火区大多处在天山山脉南北坡低中山区，多为山区火区。火区一般发火时间长，发火时间基本都在半个世纪以上，大多是多层煤燃烧，表现为高温区连片，燃烧剧烈，可见明火，地表高温达到800度左右，火区地表塌陷、硫磺结晶、芒硝结晶、煤焦油析出、高温区连片、火区相对高差大等情况，造成火区治理难度非常大。自治区煤田灭火局在60年的灭火治理工作中，总结出在防灭火治理中主要采用剥离、注水、钻探、注浆、覆盖的综合治理方法。本人从事煤田灭火治理工作十几年，主导多处煤田火区的治理工作，积累了丰富的煤田火区治理经验。下面根据实际应用环境对注水工艺和两相泡沫工艺的优缺点谈谈个人的一点认识。
一、注水工艺在灭火施工中的作用及存在的不足。
在煤田火区治理中，主要采用剥离、注水、钻探、注浆、覆盖五项工艺综合治理的灭火方法。其中，注水工艺是煤田火区治理中最为重要的工艺，是扑灭煤田火灾重要环节。
1、注水工艺的作用
注水工艺是把离火区最近的水源利用水泵抽到火区，通过地表鱼鳞坑、钻孔相结合的形式对燃烧体进行降温，原理是利用水遇到高温汽化带走火区热量达到熄灭火源、火区降温效果，最终使火区温度符合煤田灭火规范要求，以便可以满足注浆工艺的要求。
2、注水工艺存在的不足
目前，煤田火灾发火机理是复杂的，往往是矿井火灾与煤田火灾共生，火区下部采空区、烧空区遍布，这就存在如下三个问题：一是注入火区的水就在火区过一下，很大一部分水流失浪费。如塔西河火区每小时注水量为340立方米，火区下部涌水量最高时在每小时200立方米；二是由于水只流向地势低的部位，无法向中高部堆积，注水对火区采空区、烧空区中上部火源起不到灭火降温作用。目前主要采用在顶板密集挖鱼鳞坑拉网式注水，采用“淋”的方式尽可能的对采空区、烧空区中上部火源围岩达到灭火降温的作用；三是在有些火区煤层顶板巨厚，剥离后地表裂隙不发育，主要靠钻孔注水，鱼鳞坑注水仅能局部实施，水的利用率很低，导致灭火效果不理想。
注水工艺在特定的火区注水效果不理想，无法扑灭火区全部或大部分火源，造成煤田火区治理效果不理想，甚至出现煤田火区在治理后复燃，亟待利用新材料和新工艺来解决煤田火灾治理中的存在的这些问题。
二、两项泡沫灭火工艺在煤田火区治理中的应用
两项泡沫是在水中加入一定比例的高密度泡沫阻化防灭火剂，利用成套设备压风强力催泡，形成直径小于0.2毫米的高密度泡沫，经输泡管路送达火区，通过钻孔实施灌注工艺，利用泡沫携带的水来达到降温的目的。
1、两相泡沫的特点
两项泡沫注水是利用高密度泡沫作为介质、载体把水带到高处，减少水的流失，增加水的扩散性。当然高密度泡沫具有一定的阻燃性，但主要是靠水的汽化达到降温目的。一是高密度泡沫具有良好的堆积性和扩散性，灭火介质以高密度泡沫的形式灌注到火区内，可以将水分带入到火区下部采空区、烧空区的高处和较远位置，增加水的扩散性，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；二是吸热降温特性。高密度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，其汽化替热达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。
2、两相泡沫在煤田火区治理中的应用
2018年西安森兰公司在米泉三道坝火区选取9个钻孔作为靶区进行实验，孔深30米，钻孔最高温度300度左右。实验注水过程连续，每小时泡量流量348立方米，每小时带入水量10立方米。此次实验每个钻孔注水时间8-10小时，实验验证了：一是两相泡沫注水大幅提高了水的利用率，是传统注水的3倍；二是大大加快钻孔降温速度，注水实验8-10小时后，钻孔最高温度下降到100度以下；三是两相泡沫注水扩散半径大于4米，传统注水扩散半径不足1米，远远大于传统注水扩散半径。因实验靶区周围高温孔未作处理，所以个别钻孔36小时、9个钻孔48小时后温度反弹到100度以上。继续观测各孔72h内温度变化，各孔温度均有回升。采用传统钻孔注水48小时，停止注水12小时就会反弹到100度以上，采用两相泡沫注水远远小于传统注钻孔回温速度且回温幅度小。通过实验证明，新材料两相泡沫注水能大大提高注水的效率，节约用水量。通过多次试验，目前，两相泡沫注水已应用缺水的米泉三道坝、乌尊布拉克等煤田火区的治理中，取得了很好的应用效果。
三、结论与建议
1、结论：通过两相泡沫在煤田火区治理注水工艺中的多次实验，通过现场实验应用证明：一是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，高密度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。二是相较注水降温的水利用率，两相泡沫注水可将水利用率提高3倍。两项泡沫注水提高了注水的效率，降低注水工艺水的流失量，降低煤田火区注水用量，有效保证了煤田火区治理质量。对缺水火区治理及顶板巨厚无法实施鱼鳞坑注水火区治理，找到有效注水方法。
2、建议：一是注水成本高，高密度泡沫阻化防灭火剂29000元/吨，注水成本每立方米约900元，建议在缺水火区和煤层顶板巨厚且破碎程度低的火区使用；二是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；三是优化高密度泡沫阻化防灭火剂配方，提高两项泡沫注水带入水量，在保证灭火降温效果的同时降低成本；四是在火区燃烧的核心区且温度达到550℃以上的钻孔采用两相泡沫降温效果不明显，应在低于这一温度的区域进行应用。