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1、Safe y矿井火灾防治凝胶防火技术 凝胶防灭火是我国煤矿广泛应用的防灭火技术。凝胶是以水为载体，以水玻璃为主剂，以硫酸盐类或碳酸盐类为促凝剂，化合而成的一种不燃性的化学防灭火材料。这种化合而成的不燃性防灭火材料，形似胶冻（或皮胶状），故称凝胶。凝胶在成胶前是液体，具有流动性，可渗入煤体缝隙中，成胶后充填空洞、裂隙，包裹松散煤体，隔绝空气，预防煤炭自燃；胶体含有大量的水，可吸热降温，且遇高温不易消失，也无毒。因此胶体材料是一种比较理想的防灭火材料。水玻璃硫酸盐一、胶体防火材料 煤矿井下使用的凝胶材料应具备的特点对设备无腐蚀在高温下不会迅速汽化对环境无污染吸热降温性能好渗透性好成本低廉成胶工艺简
2、单能进入松散煤体内部有良好的耐温性便于现场应用一、胶体防火材料 无机凝胶高吸水树脂复合胶体胶体材料选择基料促凝剂水基料水基料微量复合剂微量促凝剂水1 胶体材料选择一、胶体防火材料 许多胶体灭火材料都是经过化学反应形成的无机凝胶，典型的有硅酸凝胶和硅铝凝胶。它们由基料、促凝剂和水按一定比例混合而成，在一定时间内产生胶凝固化，迅速吸热降温。1 胶体材料选择1.无机凝胶一、胶体防火材料 基料 要形成凝胶，必须有硅胶材料参与反应，即需选择基料。水玻璃作为硅胶的基料最合适，水玻璃的化学名称为硅酸钠（俗称泡花碱），它的化学分子式为 Na2O nSiO2 或 Na2 SiO2，它是氧化钠和二氧化硅按一定比例
3、在高温下结合而形成的非单一化合物。水玻璃有固态和液态两种，固态水玻璃必须在高温高压下才能溶化成液态，故井下多采用液态水玻璃。1 胶体材料选择1.无机凝胶一、胶体防火材料 促凝剂 促凝剂的作用是使水玻璃的水溶液能快速生成Si(OH)4 胶体，这样才能用于井下防灭火。可选的促凝剂大约有以下几类：酸性物质；强酸弱碱性物质；既能中和强碱又能生成胶体的材料。一般来说，NH4HCO3最佳，NH4Cl次之，（NH4）SO4最差。1 胶体材料选择1.无机凝胶一、胶体防火材料 高吸水树脂分为体型材料和线性材料。许多吸水性树脂都能形成有机胶体，像蛋白质、明胶、表面处理增强了亲水性的淀粉、纤维素等天然高分子材料，都
4、能够形成水凝胶。近年来人工合成的高吸水树脂也越来越多，它们也能吸附大量水分而形成凝胶。为达到灭火效果，吸水材料必须无毒无害，对环境无污染；必须有较大的吸水倍数，少量添加材料吸水后就能形成大量凝胶。1 胶体材料选择2.高吸水树脂一、胶体防火材料 例如 西安森兰科贸有限公司研制的MCJ12高分子胶体灭火剂具有杂质少、分子量高、聚凝效果好，克服了常规灭火材料易流失、易复燃、阻化效果差的缺点，可迅速扑灭温度达1000的火源，隔绝氧气、堵塞裂隙，且火区不易复燃等特点。其灭火机理为：水中加入一定量MCJ12高分子胶体灭火剂具，迅速注入火区，在设计胶凝时间内水流失去流动性，包裹煤体、堵塞裂隙、隔绝氧气、扑灭
5、火源，防止煤层复燃。1 胶体材料选择2.高吸水树脂一、胶体防火材料 复合胶体由基料与微量复合剂及微量促凝剂形成。能形成复合胶体的基料很多，但是出于降低复合胶体成本考虑，高吸水矿物和吸水性树脂是较理想的复合胶体基料。1 胶体材料选择3.复合胶体一、胶体防火材料 通过化学反应成胶的复合胶体，泥浆中的颗粒充填在网状胶体结构之间，一般仅起充填和增强作用；吸水性黏土和交联的吸水树脂为基料形成复合胶体，是由于吸水材料吸收了大量水分，体积膨胀与泥浆颗粒相互接触而形成假凝胶；线性高分子为基料加人水中形成复合胶体，是线性高分子材料控制了大量水分和分子链段与泥浆颗粒间架桥作用的结果。1 胶体材料选择3.复合胶体一
6、、胶体防火材料 2 胶体防火材料的性能成胶可控性固水及吸热降温性液固转化特性胶体材料性能耐热性阻化性成胶可控性是指凝胶的成胶速度可由促凝剂控制的特性。固水性是指胶体使一定量的水固定在网状结构的骨架中而失去流动性。凝胶的液固转化特性是指凝胶在成胶前是液体，具有流动性，可以充填空洞或渗入煤体裂隙和微小孔隙中。凝胶的耐热性是指凝胶在高温下网状结构不易破坏，不会急剧失水的特性。胶体材料本身都是阻化剂，喷洒在煤体上后形成凝胶也是阻化剂，可阻止煤对氧的物理、化学吸附及化学反应。一、胶体防火材料 2 胶体防火材料的性能1.井下移动式注胶工艺主要参数功率5.5kW流量5.0m3/h压力1.8MPa最大通过固料
7、颗粒粒径小于5mm图 轻型移动式胶体压注机结构原理图一、胶体防火材料 2 胶体防火材料的性能1.井下移动式注胶工艺设备特点能耗小、噪声低体积小，易于运输运行稳定可靠使用、维护方便物料全自动配比，不需人工配料一、胶体防火材料 2 胶体防火材料的性能1.井下移动式注胶工艺轻型移动式胶体压注机向井下局部高温煤体压注胶体操作方法 首先将基料、促凝剂、增强剂加入各自的料箱，将设备的电源、管路及注胶钻孔连接好。设定好基料和促凝剂的定量配比器的配比，打开电源开和水管阀门。通过固料推送器把促凝剂定量送入混合器，利用配比泵通过自吸管路把基料吸入混合器。水、促凝剂和基料在混合器混合后，通过主泵输出，经过主泵加压后
8、通过管路及钻孔注入火区或自燃区。一、胶体防火材料 2 胶体防火材料的性能1.井下移动式注胶工艺轻型移动式胶体压注机向井下局部高温煤体压注胶体操作方法 压注胶体的过程中只需及时加料，而无须再调配比，设备会按预先调好的比例自动配料，从而降低劳动强度，提高了工作效率。当注胶结束时，停止基料、促凝剂的添加。用清水冲洗设备及管路，以防堵塞。完成这些工作后停水、断电。一、胶体防火材料 2 胶体防火材料的性能1.井下移动式注胶工艺井下移动式注胶工艺仅适用于井下小范围煤体自燃火灾的防治。一、胶体防火材料 2 胶体防火材料的性能2.管网式大流量注胶（胶体泥浆）工艺 当火区范围较大时，需要大量的灭火材料，运输问题
9、难以解决，且移动式注胶设备的流量小，处理火区的时间长，灭火成本也大。采用管网式大流量注胶工艺即可解决上述问题。管网式大流量注胶工艺是利用矿井现有的地面灌浆系统、注砂防灭火系统及防尘洒水管路系统，大流量的压注胶体灭火材料。图 井上、下配合的管路大流量流注胶工艺图一、胶体防火材料 2 胶体防火材料的性能2.管网式大流量注胶（胶体泥浆）工艺 如图所示的管网式注胶工艺系统，既可压注纯凝胶，也可压注胶体泥浆（复合胶体），其工艺过程为：先制取泥浆于泥浆池中，然后启动基料定量配比设备，在泥浆池中加入一定量的基料，搅拌均匀。图 井上、下配合的管路大流量流注胶工艺图一、胶体防火材料 2 胶体防火材料的性能2.管网式大流量注胶（胶体泥浆）工艺 当井下一切准备工作完成后，打开泥浆池闸门，混合液从灌浆管路流入井下，混合液到达灌浆管路和促凝剂管路连接口之后，启动促凝剂添加设备，加入促凝剂，根据混合液的流量和基料浓度调整促凝剂的流量，以便控制凝胶时间，使胶体泥浆注入火区后成胶。注胶完成后用清水冲洗压注设备和管路。图 井上、下配合的管路大流量流注胶工艺图一、胶体防火材料 2 胶体防火材料的性能2.管网式大流量注胶（胶体泥浆）工艺 压注纯凝胶的工艺过程：利用地面泥浆池来配制基料液，不制取泥浆，压注工艺与胶体泥浆压注工艺相同。图 井上、下配合的管路大流量流注胶工艺图