增强剂主要作为填充料,用于增加胶体强度,其用量为0~50%。 每立方胶体材料成本约60~100元。
主要用于巷道顶部火区、空洞及密闭间的充填堵漏。 2)稠化胶体
“稠化胶体”由稠化悬浮剂(JXF1930)、黄土或粉煤灰和水按比例混合而成。见图3。
稠化悬浮剂用量为0.1%。
加入悬浮剂的浆液具有保水性、渗透性、悬浮性和致密性,在使用过程中浆液不离析,流动性好,而且浆液与管壁的摩擦阻力减小,便于泵送和管路运输。较好的保水性和致密性能,又可在较长时间内覆裹煤体。
每立方胶体材料成本约8~9元。
主要用于停采线、切眼、采空区等大面积区域的灌浆防灭火。 3)复合胶体
“复合胶体”由胶凝剂(FCJ12)、黄土或粉煤灰和水按比例混合而成。见图4。
胶凝剂用量为0.06%。
图4 复合胶体
图3 稠化胶体
复合胶体成本低,约8~10元/m3,有一定的可堆积性,具有粘弹性,主要用于井下动压带和大范围火区的防治。 3.2胶体材料的防灭火性能
1)固水性:纯胶体中90%以上是水,易于流动的水被固结起来,使水的灭火作用得以充分发挥。
2)吸热降温性:成胶过程是吸热反应,煤温上升使胶体中的水汽化,也将吸收大量的热。
3)渗透和堵漏性:成胶材料是易于流动的液体,渗透到煤层缝隙中后形成胶体,堵住漏风通道。
4)阻化性:促凝剂和基料本身都是阻化剂,两者反应生成的材料也是阻化剂,胶体具有通用阻化剂的性能,对高硫矿仍有良好的防灭火性能。
5)热稳定性:在1000多度的高温下胶体不熔化、不破裂,仍能保持完好,只是慢失水干裂,但残渣(增强剂和SiO2)仍充填着煤体孔隙。
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6)充填性能:增强剂用量增加, 胶体耐压性增强,高浓度的胶体泥浆和粉煤灰凝胶可充填高冒空顶区。
7)在井下正常情况下(T<28℃,湿度>90%),胶体可长期保存在煤层中(现场实测十三个月仍完好),防止煤层自然发火或火区复燃。
8)成胶时间可以控制,便于针对不同发火情况和现场使用工艺对其进行适当调节,最短成胶时间25秒,慢的可控制在数十小时。
9)材料来源广泛,应用工艺简单,与灌浆系统相配合的大流量压注胶体泥浆工艺可用于扑灭大面积煤层自燃火灾。
稠化胶体与复合胶体除具有上述胶体特性外,还有如下特性:
1)添加剂用量极少,仅为千分之几或万分之几,在灭火中使用,可使固体灭火材料在井下的运输量大幅度减少。
2)胶体有粘弹性,它能紧密充填于煤层间隙,即使煤层压裂破碎也不会产生漏风裂隙,可对移架、矿压等造成的新裂隙进行二次封堵。
3)胶体具有触变性且受热粘度降低。在进行输送时,其粘度较低,运输阻力不大,而进入煤层静止后,其粘度增大,可滞留在煤层中,吸热堵漏;材料受热粘度降低,使其在煤层中向高温点的流动变得容易,而从高温点向外流相对较困难,有利于灭火。
3.3胶体防灭火技术的特色
1)灭火速度快:由于胶体独特的灭火性能,其灭火速度很快,通常巷道小范围的火仅需几小时即可扑灭,工作面后方大范围的火也只需几天即可扑灭。
2)安全性好:胶体在松散煤体内胶凝固化、堵塞漏风通道,故有害气体消失快;在高温下,胶体不会产生大量水蒸汽,不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。
3)火区启封时间短:注胶灭火工程实施完,不需等待(《煤矿安全规程》规定各项指标达到启封条件后还需观察稳定一个月才能启封),即可启封火区。
4)火区复燃性低:高温区内只要有胶体渗透到的地点都不会复燃。
4胶体防灭火系统的功能特点及构成
XX有限责任公司研制开发的智能化胶体防灭火系统,可充分地利用矿区的粉煤灰、黄土、砂土和矸石等原料制成复合胶体,其成本仅为硅凝胶的15%左右,胶
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体外加剂的用量仅为无机凝胶的0.5%,克服了硅凝胶基料用量大、成本高、运输困难等缺点,经专家鉴定达到国际先进水科。 4.1系统的功能特点
1)可使用砂土、黄土、矸石等多种灌浆材料,易于实现灌浆材料的就地取材,系统配置及参数可根据矿区实际条件及所选用的制浆料进行调整;
2)系统能制备各种浓度的浆液(水土比最高1:1),以适应不同情况的灌浆; 3)通过在高浓度浆液中加入悬浮剂,使高浓度浆液能够通过管路顺利地输送到用浆地点,而不会出现管路堵塞的问题;
4)仅需变换外加剂,即可通过该系统实现大流量地压注凝胶、稠化胶体和复合胶体等多种新型防灭火材料,系统利用率高;
5)完善的自动化控制系统可确保胶体防灭火系统的稳定运行,减小人为因素影响,提高系统的可操作性。 4.2系统总体构成
ZJ系列型智能化胶体防灭火系统由浆料储存场地、浆料输送及预处理系统(破碎、研磨或筛分)、连续式定量制浆系统、地面外加剂添加系统、过滤搅拌系统、输浆管网系统和井下外加剂添加系统构成,见图5。
砂土料场 粉煤灰池 黄土料场 地面外加剂浆料输送及预处理系统 连续式定量制浆系统 添加系统 过滤搅拌系统 混合器 地面 输浆管混合器 井下外加剂添加系统 井下 网系统 使用地点 图5 胶体防灭火系统的总体构成
胶体防灭火系统的工艺流程见图6和图7。
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水池1 水表稠化悬浮剂 配比泵 备用配比泵 化工泵1 基料 池1 基料 基料 池2 水 水池2 水泵1 及分水器 制浆机 滤浆机 化工泵2 渣浆泵 地面 井下 高温 水泵2 制浆料 高温 多功能胶体压注机 胶凝剂 促凝剂 胶体 压注机 注:A、B、C、D为外加剂添加系统。
图7 胶体防灭火系统工艺流程示意图
系统功能(可根据现场需求进行配置):
1)灌浆:A、B、C、D四部分都不运行;2)压注硅凝胶:灌浆和B、D两部分共同运行;3)压注稠化胶体:灌浆和A部分共同运行;4)压注复合胶体:灌浆和A、C两部分共同运行;
系统每小时可将30~60m3的制浆料进行破碎(研磨或筛分)等预处理,然后送入胶体制备机制成高浓度的稠化悬浮胶体,再经滤浆机过滤,由泥浆泵输送至井下灌浆管网,到达用浆地点后,利用ZM-5/1.8G煤矿用注浆机向管路内加入胶凝剂,形成复合胶体注入火区。 4.3连续式定量制胶系统
该系统主要由连续式定量制浆机、水泵、滤浆机、渣浆泵、悬浮剂添加设备、化工泵和自动监控系统构成(如图8),自动监控系统界面如图9。
图8 连续式定量制浆及输浆系统
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图9 监控系统软件界面
4.4自动监控系统
自动监控系统可根据实际需要实现设备开停控制,调节系统流量,并自动调节各种物料配比,监控整个系统运行,并可实现远距离网络监控(如图10、图11)。
工 业 控制机 稠 化变频控制 器 变频控制 器 变 频 变 频 控制器 变 频 控制器 制浆料 悬浮剂 控制器 水 流 量 水泵 传感器 液 位 传感器 流 量 滤浆机 传感器 渣浆泵 流 量 传感器 基料 化工泵 井下 采空区 胶体 压注机 胶凝剂 胶体 高温 促凝剂 图11 胶体防灭火系统监控流程示意图
压注机 监控过程阐述如下:
1)根据流量传感器检测到的水量和浓度传感器检测到的浆液浓度,确定出从滤浆机输出浆液的流量和浓度;
2)工控机根据设定的浆液浓度和流量要求,向水泵和制浆机发送指令,调节水量和制浆料加入量,使浆液达到所设定的浓度和流量;
3)工业控制机根据设定的相应外加剂加入量,向定量给料装置发送指令,调
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