新疆维吾尔自治区煤田灭火工程局 新疆乌鲁木齐 830063
摘要：河曲旧县露天煤矿905平盘火区高温呈立体分布，而传统的注水与注浆措施对其进行治理的效果极差。基于此，采用灌注三相泡沫技术对905平盘火区展开综合治理，有效解决了传统的注水与注浆技术对火区治理效果差的难题，实现了对火区的全方位治理。通过在河曲旧县露天煤矿现场应用表明：采用灌注三相泡沫技术可有效治理小窑采空区火区，治理效果显著。
关键词：三相泡沫；防灭火；露天矿；采空区；火区治理
一 引言
河曲旧县露天矿905平盘火区位于该矿区西北部，火区面积为12850m2，该火区已自燃煤炭所属13#煤层，13#煤层可采厚度较大，煤层埋深较浅，在火区范围内存在大量前期小煤窑开采遗留下的未垮落废弃巷道和小窑采空区。因13#煤层自燃倾向性等级属于Ⅱ类自燃煤层，再加之存在大量与地表大气贯通的漏风通道，造成了小窑采空区内大量煤炭氧化自燃，出现大面积火区，随着生产的继续和时间的推移，小窑采空区内自燃现象越来越严重，甚至有大量蓝色烟雾和明火从巷道内冒出，这给旧县露天矿安全生产带来了重大威胁，亟需对905平盘火区展开治理。针对旧县露天矿905平盘立体高温火区的处理，传统的治理手段为注水与注浆，但水浆会沿着煤岩裂隙或老窑通道往低处流，不能对火区均匀有效的覆盖，难以对高位火源进行有效控制。同时，由于水浆的流动通道较少，易形成“拉沟”现象，致使约80%的水起不到吸热降温的作用而白白流失。此外，在注水与注浆过程中，当水汇集到高温火源处时易导致水煤气爆炸，存在一定的安全隐患。而三相泡沫技术可实现对火区全方位立体化的降温，可有效解决该问题。
二 三相泡沫技术原理
与传统的注水与注浆防灭火技术相比，三相泡沫集固、液、气三相材料的防灭火性能于一体，它利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、水的吸热降温性和阻化剂的阻化性能进行防灭火，大大提高了防灭火效率。三相泡沫技术特点有：
（1）立体堆积：粉煤灰或黄泥等固态物质的浆体通过注入氮气发泡后就形成了三相泡沫。由于泡沫的比重小，且流动性好，堆积性强，可以在采空区内三维流动，三相泡沫在采空区中可向高处堆积；三相泡沫高效堆积性为治理高处火源创造了很好的条件。
（2）覆盖隔氧：固态物质构成三相泡沫面膜的一部分，可较长时间处于稳定状态，即使泡沫破碎了，具有一定粘度的粉煤灰或黄泥以及强阻化剂成分仍然可较均匀地覆盖在浮煤上，可持久有效地阻碍煤对氧的吸附，防止煤的氧化。
（3）高效阻化：三相泡沫内含有高效化学阻化剂，能够破坏低温下的煤表面甲基（-CH3）、亚甲基（-CH2-）等活性官能团，使其在低温下不反应或反应很少或转变成较稳定的中间体，提高反应活化能，而降低煤自身的自燃倾向性。
（4）环境友好：三相泡沫在采空区中可向高处堆积，它对低、高处的浮煤都能覆盖，能够避免注入的浆体从底部流失，在火区治理同时不会恶化工作面回采环境。
三 三相泡沫防灭火系统构建
三相泡沫防灭火系统集注水、注浆和灌注三相泡沫功能为一体，主要由注浆系统与三相泡沫制备系统组成。
（1）注浆系统
制浆系统是制备浆液的设备，是实现注浆和灌注三相泡沫的基础，主要包括筛网、上料机、制浆罐、泥浆泵及管路等附属配件。制浆系统工作流程为松散黄土经过筛网筛选后作为制浆原料备用，制浆时使用螺旋上料机将黄土加入到制浆罐内，同时由供水系统通过胶管或胶带向罐体内注水，控制水土比例在3：1~5：1，通过搅拌器将水和黄土搅拌均匀，打开出口阀门，由泥浆泵将浆液压入输送管路。该系统可以将制浆和输送同时进行，从而保证制浆的连续性。
（2）三相泡沫制备系统
三相泡沫制备系统是移动式综合防灭火系统的主要组成部分，三相泡沫制备系统主要由发泡装置、供气装置、发泡剂添加装置构成。为实现高效快速的对旧县露天矿火区进行治理，现场同时安装两套三相泡沫发生装置，可实现两套装置的动态切换。三相泡沫制备系统的工艺流程为：制浆系统制成的合格泥浆，经过滤网输送入管路中，同时通过发泡剂定量添加泵往黄泥浆液中添加比例为5‰～8‰的发泡剂，浆液与发泡剂在管道中经混合器混合均匀后进入发泡器，同时，在发泡器中接入气源，气体与含有发泡剂的黄泥浆体相互作用产生三相泡沫。
三相泡沫的制备工艺为制浆站中制成的泥浆，经过滤网输送入管路中，同时通过发泡剂定量添加泵往黄泥浆中添加5‰～8‰的发泡剂，浆液与发泡剂在管道中经混合器混合均匀后进入发泡器，在发泡器中接入气源，气体与含有发泡剂的黄泥浆体相互作用产生三相泡沫。三相泡沫制备系统工艺流程图工艺流程图如下图所示，
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三相泡沫制备系统工艺流程图
四 应用效果分析
旧县露天矿高温火区采取灌注三相泡沫技术治理过程中，共选取了34个典型高温钻孔作为实验对象，其中60℃-100℃钻孔11个，100℃-140℃钻孔11个，140℃-200℃钻孔12个，在实验过程中进行连续温度监控，每间隔1h记录一次钻孔温度，钻孔三相泡沫灌注后，钻孔温度持续下降，灌注结束34个钻孔温度稳定在45℃-69℃。
实验数据结果分析：（1）三相泡沫注入高温钻孔中时，三相泡沫将相对低温的水带进高温火区，钻孔内热量被置换出去，使得钻孔温度逐渐下降。（2）不同温度的钻孔在灌注同等量的三相泡沫时，其温度下降幅度不相同。温度越高的高温钻孔其距离火源点的距离越近，三相泡沫破灭的速度越快，降低相同幅度的温度时，其所需三相泡沫量越大。（3）高温钻孔经过治理，温度整体呈下降趋势，但由于钻孔封堵不严等造成向火区漏风的原因，在停止灌注三相泡沫后未完全熄灭的煤体会发生复燃，致使温度出现小幅度的回升现象。
五 结论
河曲旧县露天矿905平盘火区高温呈立体式分布，传统的注水与注浆技术无法对其进行有效治理，为解决这一难题采用灌注三相泡沫技术对其展开治理，通过现场实施表明，该技术可对旧县露天矿905平盘高温火区进行有效治理，取得了显著的效益，该技术对同类露天矿火区的治理具有重要指导意义和参考价值。
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