[发明专利]防治井下采空区煤炭自燃的氮气阻化汽雾制备方法及系统

说明书

技术领域

本发明为防治井下采空区煤炭自燃的氮气阻化汽雾制备方法及系统，涉及一种煤矿井下防灭火用阻化汽雾制备方式，属于煤矿安全技术领域，尤其适用于治理井下由煤炭自燃引起的大空间采空区高位隐蔽火源。

背景技术

在煤炭开采过程中，由煤炭自燃引发的矿井火灾是主要自然灾害，煤炭自燃是具有自燃倾向性的煤，在有适宜的供氧量、有蓄热氧化的环境和时间的条件下，发生物理化学变化的结果；采空区是煤层开采后，在工作面后方形成的塌陷空区，属于半开放空间，遗煤多且呈破碎状，漏风通道多，热量易于积聚，是发生煤炭自燃的重要区域，采空区煤炭自燃具有火区分布范围广、发展速度快、漏风通道多、火源点隐蔽和易复燃等特点，同时有快速动态变化和超大空间立体火区的特性。

为防治采空区煤炭自燃，目前，国内外多采用均压、堵漏、灌浆、惰气、胶体等防灭火技术和材料，这些技术对保障煤矿安全生产起到了重要作用，但也存在不足。均压调节实施周期长，且对工作面顺槽顶煤自燃、上分层采空区自燃、煤柱自燃预防作用效果有限；堵漏工作量大，回弹率多，材料成本高，高温分解并释放出有害气体；灌浆不能向高处堆积，无法均匀覆盖煤体、易形成“拉沟”，而且渗流范围小，扩散能力弱，只能治理小空间低位火源点，对大面积采空区隐蔽火源治理效果极差；惰气难以形成封闭空间，且惰气随漏风逸散，不易滞留在采空区，因而单独注惰气灭火周期长，灭火降温能力弱；胶体流量小，成本高，扩散范围小，高分子胶体还易产生有毒气体(如NH₃)，危害工人身心健康。阻化汽雾是指阻化液雾化后，汽雾阻化剂以漏风风流为载体将阻化剂液送到易自燃煤体的表面，延长煤的氧化进程，从而达到阻止或延缓煤炭自燃的目的，在一些缺乏黄土、注浆困难的矿区，阻化汽雾技术具有广阔的应用前景。阻化剂是一些吸水性很强的有机盐类，如氯化钙(CaCl₂)、氯化镁(MgCl₂)等，当它们附着在煤粒的表面时，吸收空气中的水份,在煤粒表面形成含水液膜，从而阻止了煤与氧的接触，起到了隔氧阻化作用。煤炭经阻化剂处理后，阻化剂吸附在煤炭的表面,形成一层能抑制氧气和煤接触的保护膜，阻止了氧气和煤结构上的活动链环羧基发生反应，使煤炭与氧气的亲合能力降低，但并不和煤、氧等物质结合，因此可视其为负催化作用。

目前，研究者们围绕两相汽雾的制备，提出了多种形式的汽雾发生装置或工艺系统。专利号2013102901703公开了一种防治矿井火灾的氮气阻化细水雾制备系统及其防灭火方法，该制备系统首先在阻化液存储罐中配置一定浓度的阻化液，由添加泵将阻化液按照一定的比例添加至水管中形成阻化液，之后在细水雾发生装置内与气体混合形成阻化汽雾，该方法最大的弊端是采用专门添加泵添加阻化液，该方式在煤矿井下存在电器失爆的潜在危险性，易诱发瓦斯(煤尘)爆炸，本质安全性差；专利号2013107049917公布了一种防治煤自燃的胶体阻化惰泡制备装置，包括射流比例混合器装置、一级发泡装置、二级发泡装置以及气体输送装置，通过二次发泡和气体输送装置，解决了远距离采空区高位空间的输送问题，该装置采用的射流比例器仿照了消防上用的射流器，根据需要计算射流比例混合器各部分的尺寸，然后设计定做，不能实现胶体阻化液的定量吸入；专利号2013105747933公布了一种两相阻化细水雾钻孔降温装置，该装置主要针对露天矿高温钻孔进行快速降温、窒息、吸收有害毒气，装置采用比例混合器添加阻化剂，两相雾化喷嘴雾化阻化液，该方式存在阻化剂添加易受系统压力波动的影响、添加不稳定的不足，且煤矿井下水质较差，传统的两相雾化喷嘴极易堵塞，需设计专门的雾化装置；文献“阻化汽雾防火技术在东滩煤矿分层开采工作面的应用”一文中公开了一种阻化汽雾灭火工艺，该阻化汽雾防灭火系统由储液罐、高压泵、过滤器、电器开关、高压胶管、雾化器等组成，储液箱和高压泵安装在平板车上，在采煤工作面架间等间距设三通并与雾化器连接，该工艺采用高压泵添加阻化剂，安全性差，且雾化器直接布置于架间后方，易损坏，系统可靠性低。为此，亟需设计出一种具有更强现场适用性的氮气阻化汽雾制备方法及系统，以满足阻化汽雾治理大空间采空区高位隐蔽火源的要求。

发明内容

本发明的目的是针对煤矿井下采空区煤炭自燃，提供一种氮气阻化汽雾制备方法及工艺系统，以期克服现有阻化汽雾技术在制备工艺操作及现场实施的不足之处。