新型高分子材料在礦井防滅火中的應用

神華寧夏煤業集團有限責任公司金能煤業分公司 寧夏石嘴山 753200

摘要：當今社會，隨著科學技術的迅速發展，高分子材料在礦井防滅火中應用，現在一批新型的高分子材料的出現被迅速采用在礦井防滅火中。本文主要是對新型高分子材料在礦井防滅火中的應用進行研究。首先對礦井進行介紹，然后對新型高分子防滅火材料設備選型及噴注工藝進行分析，最后就現場實踐進行分析。

關鍵詞：礦井防滅火、材料設備選型、現場實踐

一、前言

新型高分子材料是指由相對分子質量較大的化合物分子構成的材料。按其來源，高分子材料可分為天然，合成，半合成材料，包括了塑料，合成纖維，合成橡膠，涂料，粘合劑和高分子基復合材料。從1907年高分子酚醛樹脂的出現以來，高分子材料因其普遍具有許多金屬和無機材料所無法取代的優點而獲得迅速的發展。然而，現在大規模生產的還只是在尋常條件下能夠使用的高分子物質，即通用高分子。它們存在著機械強度和剛性差、耐熱性低等缺點，而現代工程技術的發展對高分子材料提出了更高的要求。因此新型高分子材料在礦井防滅火中的應用越來越廣泛。

二、礦井概況

我國某礦務集團，礦井核定生產能力為120萬t/a，實際生產能力為150萬t/a。所采煤系地層為石炭二迭系地層，其中下石盒子組1.3煤層為主采煤層，9煤配采，1.3煤層厚4.0一5.0m，平均厚4.5m，煤種為肥氣煤，煤層為黑色，以暗煤為主，煤層具有爆炸危險性，煤塵爆炸指數為38.68%，煤層具有自然發火傾向，自然發火期小于3個月。1995年以來共發生自然發火事故H次，屬一級發火礦井。新型高分子防滅火材料特性不可燃、不助燃，無毒、無味、無腐蝕作用，具有極強的吸水性、保水性，吸水后急劇膨脹。當水量不足時呈粒狀，水量充足時呈糊狀，且具有流動性，比重略重于水，在高溫狀態甚至在火燒的情況下能確保不縮水；膨脹率極高，約為1：400，極少一部分便能充填大量空間。通常充填一個3m3空間高冒，僅需這種新型防滅火材料20kg，一個人即可輕松背走。對于一個封閉面積8m2老塘墻也僅需200kg，非常適用于應急狀態下的快速注漿。

三、開發新型高分子材料的重要意義和途徑

從90代開始，科學家們就將注意力集中到了高功能，高智能的高分子材料開發上。現代工業對于新型高分子材料的需求日益強烈。像納米高分子材料，通常是將納米微粒與聚合物基材進行復合，利用其特殊性質來開發新產品，這比研究全新的聚合物材料投資少，周期短，生產成本低。與普通改性材料不同，納米粒子具有特殊的表面效應、體積效應、量子尺寸效應以及宏觀量子隧道效應等，這些效應的綜合作用導致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，納米粒子巨大的比表面積產生的表面效應，可使經納米粒子改性后的高分子材料的機械性能、熱傳導性、觸媒性質、破壞韌性等均與一般材料不同，有的材料還具有了新的阻燃性和阻隔性。新型高分子材料的開發主要是集中在制造工藝和礦井的改進上，以提高產品的性能，減少環境的污染，節約資源。

四、新型高分子防滅火材料設備選型及噴注工藝

根據新型高分子防滅火材料的特性，我國某礦務集團設計了一套簡單易行、現場適用性很強的快速流動注漿工藝，對防治老塘發火、高冒發火均有較好效果。其全套設備僅需2人便可移動，現場所有設備的操作注漿也只需要3個人。

1、設備選型

（1）注液車2部。現場可采用l.st的礦車代替，上面安裝特殊設計的注漿泵固定架，使注漿泵懸掛在車廂體內，同時可左右上下調節。

（2）注漿泵1臺。注漿泵選用KGQ一50MN隔離式礦用排砂泵，其優點是體積小，重量輕，，額定電壓為660V，揚程為50m。同時該泵對抽取粘稠狀液體有其特殊的優越性，對直徑在1.0m以下的顆粒抽取時毫無阻礙。

（3）控制閥、中高壓流量儀一套。用于控制水流量。

（4）攪拌棒1根。用于高分子材料與水攪拌混合后的充分混全溶解。

2、注漿工藝施工人員安排

全部注漿液操作人員僅需3人，一人控制水流量，一人稱量高分子材料并均勻撒入注液箱內，一人開泵并攪拌注漿液。若有條件，可增加一人向注液箱內按1：100的比例加人黃泥，則滅火效果更好。

3、灌注工藝

（1）老塘墻灌注工藝。工作面結束后，首先在距工作面封閉位置向里3m左右用木板、碎巖石等打一個簡易墻，再在外面封閉，封閉墻上預留注漿孔，將這種高分子材料以1：400的比例（重量比）與水混合均勻后，大約15min左右，待水中出現米粒大小的顆粒，用注漿泵通過老塘墻的注漿孔注入老塘墻內，分多次注人效果更好。

（2）高冒點灌注工藝。首先將有發火疑點的高冒點底部用不燃性材料背實，安裝一接至高冒點最高點的直徑在50mm以上的鋼管一根，然后在高冒附近噴約10cm左右的漿層。待噴層凝固后，將高分子材料以1：400比例與水充分混合15min，用注漿泵將漿液注人高冒點。直至高冒空間注滿為止。一方面高分子材料繼續膨脹，充填未滿的空間，另一方面，高分子材料溶于水后的流動性，可有效阻塞供氧通道。同時高分子材料與水一起能吸收高冒點的熱量，降低高冒點溫度。

五、現場實踐

1、我國某煤礦西二采區一76Om反坡是由煤層底板巖巷爬至煤層的一條傾斜巷道，在頂部揭露煤層后，約20m長巷道撇有頂炭。煤層揭露約10（l后，高冒處CO體積分子數為104，最高達2.7xl少，噴漿后注水無效果，其中1一3#高冒處CO體積分子數及溫度一度升高。自2001年6月28日對1“、2#高冒處注人45kg高分子材料后，該高冒處的CO于第二天檢查時消失，而3#高冒處仍有CO，于是于6月30日對3#高冒處又注高分子材料30kg，至今，該三處高冒點均無自然發火征兆。2001年6月23日到2001年7月4日，一760m反坡的三處高冒點的CO體積分子數及溫度在注漿前后的變化情況。如圖所示：

一760反坡三處高留點CO體積分子數變化曲線

一760反坡三處高冒點溫度變化曲線

從圖中可清楚看出注入高分子材料對高冒點的防滅火效果。

2、老塘防滅火

2123工作面與13201工作面共用13201老風道一條巷道，2123面已提前收作完畢，但由于2123工作面運輸聯絡巷的密閉墻壓壞，13201老風道因客觀原因無法封閉嚴密，造成2123老塘內的煤炭氧化，出現CO，如圖所示。

3201工作面注離分子防滅火材料示意圖

13201老風道自2000年2月11日起CO體積分子數為10礴，嚴重威脅13201綜放工作面的安全生產。13201老風道出現CO后，該礦于2000年2月17日、18日向老銅內灌注高分子凝膠材料，Zd共注凝膠材料180kg，注凝膠前后的工作面CO體積分子數和溫度變化情況，如圖所示。

13201工作面注凝材料前后的效果

由圖可知，灌注凝膠材料后效果顯著，至今該處未再出現發火征兆，成功地消除了該處發火隱患。

五、結束語

綜上所述，礦井火災是制約礦業安全發展的重要因素。近年來，我國防滅火技術有了較大的發展與提高，但單一的技術不足以保證的安全生產。因此，要根據的實際情況，以“預防為主，防治結合，綜合治理”的思想為指導，采用幾種防滅火措施相結合的方法，制定一套礦井的個性化防滅火技術體系。

參考文獻：

[1]余明高.我國煤礦防滅火技術的最新發展及應用[J].礦業安全與環保，2000，01.

[2]程曉敏，高分子材料導論[M]，安徽大學出版社2006.

[3]趙利利，論新型高分子材料的開發與應用[J]，科技致富向導，2011.（02）.