三相泡沫防灭火技术应用工艺
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中图分类号：O648.2+4 文献标识码：A 文章编号：
1三相泡沫的组成及特点
防治煤炭自燃的三相泡沫由固态不燃物（粉煤灰或黄泥等）、气体（氮气或空气）和水三相防灭火介质组成。其形成是在粉煤灰或黄泥浆液中添加发泡剂并引入气体，通过物理机械搅拌，形成粉煤灰或黄泥颗粒均匀地附着在气泡壁上的多相体系，这个多相体系就被称为三相泡沫。含空气的三相泡沫利用粉煤灰或黄泥的覆盖性和水的吸热降温性进行防灭火，大大提高了防灭火效率。由于三相泡沫发泡倍数较高，单位体积的泡沫材料成本大幅下降，具有较高的经济效益。
与现有的防灭火技术及材料相比，含氮气的三相泡沫兼有一般注浆方法和惰气泡沫防灭火的优点。泥浆通过引入氮气发泡后形成三相泡沫，体积大幅快速增加，被注入后能充斥整个火区，因为三相泡沫有很好的堆积性，所以能在火区中向高处堆积，对低、高处的浮煤都能覆盖；三相泡沫能将浆水均匀的分散，有较好的挂壁性，有效地避免浆体的流失，保护井下环境；注入到采空区的氮气被封装在泡沫之中，能较长时间滞留在采空区中，充分发挥氮气的窒息防灭火功能；三相泡沫中含有粉煤灰或黄泥等固态物质，这些固态物质是三相泡沫面膜的一部分，可较长时间保持泡沫的稳定性，即使泡沫破碎了，具有一定粘度的粉煤灰或黄泥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，从而防治煤炭自然发火，图1为实验室生产的粉煤灰三相泡沫。此外，三相泡沫是一种工艺简便、安全环保、价格低廉的防灭火材料。
2三相泡沫的发泡机理
在黄泥（粉煤灰）浆液中加入发泡剂后，发泡剂一方面降低了浆液的表面张力，使之形成泡沫；另一方面使黄泥（粉煤灰）颗粒由亲水性变成疏水性，使之粘附在气泡壁上。浆液通过发泡器后物理发泡，形成了防灭火三相泡沫。
根据三相泡沫的特点，中国矿业大学专门研究制作了一种适用于形成三相泡沫的发泡器。研究制作的发泡器结构简单，发泡器无需任何外加动力装置，仅利用浆体的能量，进入发泡器后，在发泡器与集流器之间的旋转斜面上，成为湍流涡流，使气-液-固充分混合。由于泥浆和气体具有较高的动能，混合后在低压区造成了能量过剩，根据热力学原理，过剩的能量就对三相混合液做功，同时由于发泡剂的存在，形成了大量的具有三相介质的泡沫群体。再经过被高速泡沫泥浆冲击的旋转叶轮的进一步泡沫细化后，形成了均匀致密细腻的三相泡沫。中国矿业大学研制的三相泡沫发泡器已获得国家发明专利（专利号：ZL 02 1 48411.2）。
1、三相泡沫防灭火技术实施步骤
①发泡剂定量添加泵使用前要预先向抽取发泡剂的1寸胶管里灌满水，然后再开泵运行添加三相泡沫发泡剂；
②开泵后再打开注浆池阀门，开始注浆。如果浆量太大，需要进行分流；并注意防止泥浆倒灌到发泡剂桶中。
③当地面开始注浆后，井上负责人应电话通知井下负责人员，井下负责人员要随时注意管路中的浆液；井下发泡器浆液压力表的示数发生变化后，表明浆液已到达，立即开启氮气阀门加注氮气；
2、三相泡沫在217灌浆巷的应用试验
一般煤矿都有完善地面防灭火灌浆系统和氮气防灭火系统，便于实施三相泡沫防灭火技术，实施三相泡沫防灭火工艺简单。将发泡剂用定量添加泵在地面或井下合适位置（发泡器安装位置前的灌浆管路上）添加进灌浆管路中，然后将三相泡沫发泡器安装在靠近防灭火地点灌浆管路中，并将氮气管路接到发泡器上进气口上，即可实施三相泡沫防灭火技术。4月15日在下石节矿通灭科技术人员的协助下，在217灌浆巷中成功实施了三相泡沫防灭火技术。在217灌浆巷实施的具体参数为：
灌浆管路不分流，根据地面灌浆的水泵能力估计浆量在50m3/h左右；
开启一台制氮机，制氮机的额定流量是350m3/h；
发泡剂添加泵的转速调在指针对准375的位置，一桶发泡剂的使用时间为80分钟左右；
发泡剂在浆液中的浓度为0.3%。
结合井下采区灌浆巷注三相泡沫实际效果，得出三相泡沫基本参数：（1）发泡倍数20倍左右，稳定时间高于8小时；
（2）水土比（质量比）为4：1；
（3）耗浆量：40m3/h左右；
（4）注氮管路提供的氮气流量应该大于300 m3/h；
（5）三相泡沫产生量为300～600 m3/h；
（6）发泡剂使用的比例0.2%~0.5%；
3、完善三相泡沫防灭火工艺的建议
（1）改进三相泡沫防灭火系统
目前三相泡沫发泡器的两端没有安装阀门，使得旁通管不能发挥作用，需要在发泡器的两端安装阀门.
（2）注意氮气的稳定
要保证给发泡器上提供稳定高压大流量的氮气才能使通过发泡器的泥浆和发泡剂的混合液生成稳定的三相泡沫。发泡效果不佳时要检查氮气的稳定性，拔出发泡器上的氮气管路，观察氮气的大小，如果氮气量较小检查管路是否漏气，并建议同时开启两台制氮机提供氮气。
（3）根据实际情况调节发泡剂的添加量和添加位置
在其它地方使用时要根据灌浆量的大小调节定量添加泵上电动机转速，从而调节发泡剂的添加量，防止发泡剂量添加过多，造成发泡剂浪费。
如果浆液在井下不分流，全部注到运用三相泡沫防灭火区域，则可以在地面添加发泡剂。
三相泡沫防灭火技术使用注意事项
（1）黄泥浆水土比例为3：1～4：1左右,要对浆液进行过滤, 防止堵管，过滤筛筛孔直径不能超过8mm；
（2）发泡器安装位置距离灌注地点在30～50米之间最佳；
（3）注三相泡沫前应先检查整套管路系统是否连接好，包括注浆管道、搅拌器和发泡器装置、氮气管路和注发泡剂装置；
（4）每次开始灌注后都要打开观察孔观察发泡效果，如果发泡效果不佳，泥浆未全部形成细密的泡沫，适当增加发泡剂添加量，并检查氮气量大小，确保泥浆充分发泡；
（5）井上浆液的配制、发泡剂及发泡剂定量添加泵的维护应有专人负责；井下三相泡沫发生装置的维护应有专人负责；
（6）当下浆受堵时，井下和井上负责人员应该及时通知。首先关掉注发泡剂定量添加泵的电源开关并停止注浆液和氮气；然后清理受堵的管路和发泡器；清理和维修完毕后，恢复正常工作；
（7）当停止注三相泡沫时，应立即关掉注发泡剂定量添加泵的电源开关及氮气阀门，以免浪费发泡剂，并用清水冲刷管路，使发泡器保持清洁；同时用清水清洗定量添加泵五分钟。