煤自燃防控的主要技术有阻化、注惰性气体降氧抑温、堵漏和均压、三相泡沫等。针对煤自燃不同危险等级及矿井实际开采条件综合性的采用防控技术措施实现煤自燃危险的早期预防。
1、注惰性气体降氧抑温技术
惰性气体的防灭火技术应用于煤的自热阶段和活化阶段,主要是指在特定的区域注入惰性气体,降低氧气体积分数,抑制煤氧接触氧化。
常见的惰性气体主要有N2、CO2,部分惰性气体在影响煤自燃时不仅具有广泛的覆盖率,同时还有较强的冷却抑制效果,在流动的过程中能够吸收部分煤样反应产生的热量,进而破坏煤体的蓄热环境。惰性气体由于经济型、易获取性、稳定性好、无污染性等特点而被广泛的应用。
大量的研究表明CO2 比N2具有更好的作用效果,且煤吸附CO2的量是 N2 的 10 倍。CO2灭火技术主要依靠CO2的窒息、惰化隔氧、吸附阻化的作用进行灭火,而液态CO2 或干冰在气化或升华时,需要吸收环境中的热量,因此能够降低环境温度起到冷却的作用。有学者研究表明当煤体处于低温时期时,吸附CO2能力大于吸附O2的能力,因此采空区煤自燃治理可以通过注 CO2气体的方式进行治理。因此惰性气体的防灭火技术的发展有利于煤自燃的进一步防控。
2、注浆防灭火技术
注浆防灭火技术应用于采空区煤自燃,起到吸热降温和覆盖煤体隔绝氧气的作用。主要的类型有黄泥灌浆、粉煤灰灌浆和黄泥复合胶体等,在注入的过程中浆体的流动能够大面积地将煤体覆盖,使得破碎堆积状的煤的外表面形成一层包裹物,隔绝氧气同时在注入浆体后,在浆体的流动下能够吸收一部分热量,降低煤体所处环境的温度。
注浆防灭火技术的制作工艺简单,能够利用普通的设备将浆体注入到有自然发火倾向的煤体中,流动性好,材料的制作粒度较细,有利于后期的输送,经济实用性强;注浆技术中所采用的阻燃材料,阻燃效果较好,颗粒较细,能够堵塞煤的孔隙,充分的阻止煤体与空气中的氧气接触,起到阻断链式反应的作用,浆液在注入采空区后凝结,凝结后有一定的黏附性,能够将堆积的煤进行包裹,进而达到良好的防灭火效果。
阻化剂主要分为物理阻化剂和化学阻化剂。
物理阻化剂的阻化机理主要表现在:将阻化剂喷洒至煤体表面,充填并覆盖其表面裂隙,阻止煤氧接触。通过蒸发吸热作用降低自燃危险区域温度,减缓煤氧复合作用速率,间接延长了煤层自然发火期。现阶段,常用的阻化剂主要是以氯化镁、氯化钙和水玻璃为主要成分的无机盐类水溶液。
化学阻化剂的作用机理体现在:煤体活性分子可与阻化剂分子经特定反应,提高自身活化能和蓄水量,减少了煤中的活性基团(羟基、甲基以及亚甲基)以及煤氧复合反应中间产物(羧基、羰基)的含量,稳定的官能团醚键的含量增加。化学阻化剂主要是以离子液体、自由基捕获剂、水凝胶等。
堵漏和均压防灭火主要应用于煤的初期氧化的自加热阶段。均压技术即合理调配矿井通风系统,使得漏风源之间的压差达到某种程度上的均衡,减少或消除漏风;或者通过调节气室、风门等方式来实现漏风通道两端的正常压降,减少漏风供氧,防治煤炭自燃。
对于堵漏研制出了匹配度较高的材料主要有:两帮堵漏的水泥浆;高冒区堵漏的抗压水泥泡沫和高水速凝材料;采空区堵漏的黄泥和砂等材料。上述的堵漏材料具有低污染、操作方便和易掌握等优势。
三相泡沫综合应用于煤的裂变和燃烧阶段。三相泡沫防灭火材料兼具固、液、气 3 种灭火材料优势,充分发挥出黄泥或者粉煤灰的黏附特性、水的蒸发吸热特性、氮气的隔绝窒息性进行综合防灭火工作。
优先考虑三相泡沫防灭火的环境主要有:采用俯采方式的综采面采空区煤自燃、火源位置隐蔽,难以准确预测的大型火区以及高位巷火灾的预防。