CN106640175A - 一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，包括温控爆裂防灭火球体和传送铺设设备。温控爆裂防灭火球体包括壳体，壳体内的防护钢丝网结构以及壳体内部填充的灭火剂。采用传送铺设设备将温控爆裂防灭火球体传送布置在采空区内容易自燃的地点，当采空区温度上升至一定温度，温控爆裂防灭火球体壳体主动爆裂，灭火剂迅速抛洒弥散自燃区域，以全淹没的方式及时消除发火隐患，使得温控爆裂防灭火球体在采空区煤体出现自燃倾向或发火初期，起到主动防灭火的作用。本发明提供了一种安全环保、低成本、可靠性高、响应及时、施工部署方便的煤矿采空区主动式防灭火技术，解决煤矿采空区煤自燃氧化起火的问题。

Description

一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术

技术领域

本发明涉及煤矿防灭火技术邻域，特别涉及一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术。

背景技术

我国矿产资源丰富，煤炭是我国的基础能源，国家《能源中长期发展规划纲要(2004～2020年)》中明确提出“坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的能源战略”目标。为了满足国民经济高速增长的需求，煤炭仍然是我国的主要能源，今后相当长的时期内必须保证煤炭的高产稳产和安全开采。因此，实现安全、高效开采是国家能源持续有效供应的重要保障。

我国的煤矿主要是井工开采。由于工作面煤炭的采出之后在工作面后方顶板垮落的地方形成了采空区，在采空区位置存在着大量的遗煤，使得在采空区很容易自燃并且发生火灾。因此，火灾是严重威胁煤矿安全生产的重要灾害之一，煤矿火灾中采空区火灾占据了主要部分。采空区煤体自然发火引起的火灾对工作面安全生产形成重大威胁，造成大量的人员伤亡、财产损失以及环境污染。目前，随着煤矿开采机械化水平的提高，煤炭开采速度越来越快，采空区空间面积扩大、遗煤增多，使得采空区发火隐患更加突出，火灾发生率高、危害性大；而采空区起火源地点隐蔽，常规手段难以到达采空区内很远的地方，同时，采空区火灾存在烧毁工作面的危险，而且容易引起瓦斯事故，导致矿毁人亡，给煤矿的安全高效开采带来了巨大挑战。

目前针对煤矿采空区煤体自燃的防灭火技术主要是先检测后采取防灭火措施，或是注入预防性灌浆材料或阻化剂。前者属于被动式防灭火，对检测手段的要求极高，而采空区面积广且地形复杂，容易出现检测遗漏，同时，采空区环境恶劣，检测设备容易出现故障导致检测失效，最终导致因未能及时采取防灭火措施引发采空区火灾；后者采用预防性灌注技术虽然可以达到提前抑制采空区遗煤自然发火的效果，但此方法用料量大、成本高、阻化寿命短，几乎对采空区所有区域都要进行灌注，然而也难免会产生遗漏，而且，受采空区潮湿环境影响阻化剂易失效，采空区沟洄的存在使阻化剂容易在低洼处积聚，而高出的松散遗煤又容易使阻化剂无法全面覆盖自燃的区域，从而失去采空区防治煤自燃的效果。同时灌注施工困难，对管道要求高，容易发生磨损和堵管现象。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的不足，提供一种安全环保、成本低、可靠性高、响应及时、施工部署方便的煤矿采空区主动式防灭火技术，解决煤矿采空区煤自燃氧化起火的问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种防止采空区煤自燃主动式防灭火技术，包括温控爆裂防灭火球体和传送铺设设备，其特征是在煤矿采空区，根据煤矿采空区自燃危险区域分布规律，合理设置间距，铺设温控爆裂防灭火球体，使得温控爆裂防灭火球体在采空区煤体出现自燃倾向或发火初期，起到主动防灭火的作用。

进一步的技术方案是：所述的温控爆裂防灭火球体包括壳体，壳体内的防护钢丝网结构以及壳体内部填充的灭火剂。

更进一步的技术方案是：所述的温控爆裂防灭火球体根据仿生学原理，形状为具有很强抗压能力的椭球形；体积大小根据设备所铺设地点的自然发火倾向性设置。

更进一步的技术方案是：所述的壳体材料为温控相变材料，在环境温度上升到一定值后，材料主动爆裂，释放出壳体内的灭火剂。

更进一步的技术方案是：所述的壳体内的防护钢丝网结构，可以承受一定的压力，保护壳体因外力作用形成的破裂。

更进一步的技术方案是：所述的灭火剂包裹在上述壳体和钢丝网内，灭火剂可以是固体、液体和气体。

更进一步的技术方案是：所述的固体灭火剂可以用于采空区内任意空间，当采空区温度上升至壳体爆裂温度，温控爆裂防灭火球体自动爆裂，抛洒内部固体灭火剂，固体灭火剂覆盖在自燃升温区域使之与空气有效隔绝，从而防止采空区遗煤自燃。

更进一步的技术方案是：所述的液体灭火剂可以用于采空区内任意空间，当采空区温度上升至壳体爆裂温度，温控爆裂防灭火球体自动爆裂，抛洒内部液体灭火剂，液体灭火剂具有冷却和化学抑制双重灭火功能，抗燃和抗复燃能力强。

更进一步的技术方案是：所述的气体灭火剂可以用于采空区内任意空间，当采空区温度上升至壳体爆裂温度，温控爆裂防灭火球体自动爆裂，释放内部气体灭火剂，有效稀释可燃性气体以及空气中氧气，而使之达不到可燃的浓度范围，从而达到防灭火的目的。

更进一步的技术方案是：根据采空区空间、环境和地形等特点，上述的三种温控爆裂防灭火球体相互可以配合使用，使温控爆裂防灭火球体达到最佳防灭火效果。

更进一步的技术方案是：所述的传送铺设设备包括管体和三脚支架。

更进一步的技术方案是：所述的管体为中空圆柱体，可以根据实际需要，通过管体内螺纹和外螺纹连接两个及以上数量的管体以调节设备长度。

更进一步的技术方案是：所述的三脚支架有三个支撑脚，支撑脚通过旋转接头旋转调节支撑角度，通过调节支撑角度调节管体与地面之间的夹角，连接头通过外螺纹与管体的内螺纹连接实现管体与三脚支架的连接，连接头通过旋转杆调节角度。

在工作面开采过程中，应用传送铺设设备，根据温控爆裂防灭火球体铺设位置与操作部位的距离和角度等因素，连接管体以及管体与三脚支架，调节支撑脚角度，将温控爆裂防灭火球体传送布置在采空区内容易自燃的地点；随着煤层的开采，温控爆裂防灭火球体与工作面之间的距离逐渐增大，如果采空区内温控爆裂防灭火球体附近的煤体不发生氧化自燃，即温度达不到温控爆裂防灭火球体壳体爆裂温度，则温控爆裂防灭火球体一直完好的保存在采空区内；如果采空区内温控爆裂防灭火球体附近的煤体发生氧化自燃，不断积聚热量，环境温度达到温控爆裂防灭火球体爆裂温度，则壳体爆裂释放灭火剂，迅速抛洒弥散自燃区域，以全淹没的方式及时消除发火隐患，使得温控爆裂防灭火球体在采空区煤体出现自燃倾向或发火初期，起到主动防灭火的作用。

本发明与现有技术相比具有明显的优势：(1)解决了目前煤矿采空区防灭火技术只能在检测到发火之后才能被动采取灭火措施的缺点，在采空区煤体出现自燃倾向或发火初期，就能立即自动抛洒灭火剂，起到防灭火的作用；(2)采空区煤体自燃部位一般比较隐蔽且位于采空区深部，检测设备难以全面地探测自然发火区域，而且人员和防灭火设备均不易深入，本发明可以在煤体自然发火之前主动释放灭火剂，及时有效的消除发火隐患，避免了此项问题的产生；(3)同时，本发明不用事先铺设检测设备，而且传送铺设设备简单，施工方便，节约了资源，降低了成本，提高了工作效率；(4)本发明安全环保，且不受煤层倾斜度和采空区地形影响，不会造成环境污染，损害人员健康安全。

附图说明

图1是本发明公开的煤矿采空区温控爆裂防灭火球体的纵剖面以及网状钢丝结构的结构示意图

图2是本发明公开的煤矿采空区温控爆裂防灭火球体的传送铺设设备结构示意图

图3是本发明公开的煤矿采空区温控爆裂防灭火球体在采空区内的铺设示意图

图中符号说明如下：1壳体；2防护钢丝网结构；3灭火剂；4管体；5内螺纹；6管体外螺纹；7连接头外螺纹；8连接头；9旋转杆；10温控爆裂防灭火球体；11支撑脚；12旋转接头

具体实施方式

下面就附图对本发明进行进一步解释，此处所描述的仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见附图1，本发明公开的煤矿采空区温控爆裂防灭火球体的纵剖面以及网状钢丝结构的结构示意图。由1、壳体2、防护钢丝网结构和3、灭火剂组成，其中：

所述的温控爆裂防灭火球体10形状一般为椭球形，根据仿生学原理，椭球形具有很强的抗压能力，相比其他形状更不易在外力作用下受到损坏，壳体1一般由温控相变材料组成，也可以选择具有相同功能的其他材料，在环境温度升高到一定值后发生爆裂，释放出壳体1内的灭火剂3，壳体1内的防护钢丝网结构2，可以承受一定的压力，保护壳体1因外力作用形成的破裂；

所述的灭火剂3包裹在壳体1和钢丝网2内，灭火剂3可以是固体、液体和气体。三种状态的灭火剂均可以用于采空区内任意空间，当采空区温度上升至壳体1爆裂温度，温控爆裂防灭火球体10自动爆裂，抛洒内部灭火剂3。其中固体灭火剂覆盖在自燃升温区域使之与空气有效隔绝，从而防止采空区遗煤自燃；液体灭火剂具有冷却和化学抑制双重灭火功能，抗燃和抗复燃能力强；气体灭火剂，可以有效稀释可燃性气体以及空气中氧气，而使之达不到可燃的浓度范围，从而达到防灭火的目的。填充不同状态灭火剂的三种主动式温控爆裂防灭火球体10相互可以配合使用，使温控爆裂防灭火球体10到最佳防灭火效果。

参见附图2，本发明公开的煤矿采空区温控爆裂防灭火球体的传送铺设设备结构示意图，由4管体、5内螺纹、6管体外螺纹、7连接头外螺纹、8连接头、9旋转杆、10、11支撑脚和12旋转接头组成。

所述的管体4为中空圆柱体，可以根据实际需要，通过管体内螺纹5和管体外螺纹6连接两个及以上数量的管体4以调节设备长度。三脚支架有三个支撑脚11，支撑脚11通过旋转接头12旋转调节支撑角度，通过调节支撑角度调节管体4与地面之间的夹角，连接头8通过外螺纹7与管体4的内螺纹5连接实现管体与三脚支架的连接，连接头8通过旋转杆9调节角度。

在工作面开采过程中，根据温控爆裂防灭火球体10铺设位置与操作部位的距离和角度等因素，把三脚支架放在工作面位置，利用支撑脚11固定在地面上，通过旋转接头12来调节三脚支架达到调整整个安装支架的高度的目的。三脚支架摆放好之后，连接管体4以及管体4与三脚支架，管体4的数量可以根据实际情况进行增减，如果距离长就增加管体的数量，连接头8可以转动，也就使得管体4可以调节一定的角度，这样使得温控爆裂防灭火球体10的投放更加灵活。调节支撑脚11角度，通过支架上的连接头8与管体4的中空管道将温控爆裂防灭火球体10传送布置在采空区内容易自燃的地点；随着煤层的开采，温控爆裂防灭火球体10与工作面之间的距离逐渐增大，如果采空区内温控爆裂防灭火球体10附近的煤体不发生氧化自燃，即温度达不到温控爆裂防灭火球体壳体1爆裂温度，则温控爆裂防灭火球体10一直完好的保存在采空区内；如果采空区内温控爆裂防灭火球体10附近的煤体发生氧化自燃，不断积聚热量，环境温度达到温控爆裂防灭火球体10爆裂温度，则壳体1爆裂释放灭火剂3，迅速抛洒弥散自燃区域，以全淹没的方式及时消除发火隐患，使得温控爆裂防灭火球体10在采空区煤体出现自燃倾向或发火初期，起到主动防灭火的作用。

参见附图3，本发明公开的煤矿采空区温控爆裂防灭火球体在采空区内的铺设示意图。采空区根据自燃氧化情况分为三带：散热带、自燃带和窒息带。靠近回风巷容易发生漏风，因此，散热带漏风比较严重，在氧气的作用下，遗煤发生氧化反应并释放出的热量，但由于漏风风速比较大，氧化所产生的热量绝大部分随漏风带走，破坏了煤自然发火的蓄热条件，一般不会发生自然发火；自燃带漏风提供氧气但又不足以带走过多的氧化热，因此，氧化热不断积聚使煤的氧化反应自动地加速，最终将可能发展到激烈氧化阶段，甚至出现明火燃烧现象；窒息带具备蓄热条件但氧气不足，遗煤由于缺氧而窒息，氧化自燃被迫终止或者根本不能发生。

根据区域自燃倾向性大小确定温控爆裂防灭火球体10间隔距离，每隔一定的适宜的距离就放置一个本发明温控爆裂防灭火球体10，使得易自然发火区域都涵盖于保护范围之内。由于在实际开采过程中，采空区自燃氧化三带是移动的，因此，在实际铺设过程中，根据采空区漏风情况，将传送铺设设备分别从A、B、C三个位置投放布置温控爆裂防灭火球体10。在靠近回风巷容易发生漏风的区域多布置温控爆裂防灭火球体10，随着远离回风巷，铺设的温控爆裂防灭火球体10逐渐减少。当采空区内遗煤与氧气发生化学反应而使产生的热量大于风流带走的热量时，遗煤温度升高，当采空区温度达到一定温度，即达到壳体材料爆裂温度时，本发明温控爆裂防灭火球体壳体1升温爆裂释放灭火剂，灭火剂3抛洒到采空区，起到防灭火的作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：主动式防灭火技术包括温控爆裂防灭火球体(10)和传送铺设设备。

2.根据权利要求1所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：所述的温控爆裂防灭火球体(10)根据仿生学原理，形状为具有很强抗压能力的椭球形；体积大小根据设备所铺设地点的自然发火倾向性设置。

3.根据权利要求1所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：所述的温控爆裂防灭火球体(10)包括壳体(1)，壳体内的防护钢丝网结构(2)以及壳体内部填充的灭火剂(3)。

4.根据权利要求3所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：所述的壳体(1)材料为温控相变材料，在环境温度上升到一定值后，材料主动爆裂，释放出壳体(1)内的灭火剂(3)。

5.根据权利要求3所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：所述的壳体(1)内的防护钢丝网结构(2)，可以承受一定的压力，保护壳体(1)因外力作用形成的破裂。

6.根据权利要求3所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：所述的灭火剂(3)包裹在上述壳体(1)和钢丝网(2)内，灭火剂(3)可以是固体、液体和气体。

7.根据权利要求6所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：所述的固体灭火剂可以用于采空区内任意空间，当采空区温度上升至壳体(1)爆裂温度，温控爆裂防灭火球体(10)自动爆裂，抛洒内部固体灭火剂，固体灭火剂覆盖在自燃升温区域使之与空气有效隔绝，从而防止采空区遗煤自燃。

8.根据权利要求6所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：所述的液体灭火剂可以用于采空区内任意空间，当采空区温度上升至壳体(1)爆裂温度，温控爆裂防灭火球体(10)自动爆裂，抛洒内部液体灭火剂，液体灭火剂具有冷却和化学抑制双重灭火功能，抗燃和抗复燃能力强。

9.根据权利要求6所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：所述的气体灭火剂可以用于采空区内任意空间，当采空区温度上升至壳体(1)爆裂温度，温控爆裂防灭火球体(10)自动爆裂，释放内部气体灭火剂，有效稀释可燃性气体以及空气中氧气，而使之达不到可燃的浓度范围，从而达到防灭火的目的。

10.根据权利要求1所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：根据采空区空间、环境和地形等特点，权利要求7～9三种温控爆裂防灭火球体(10)相互可以配合使用，使温控爆裂防灭火球体(10)达到最佳防灭火效果。

11.根据权利要求1所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：所述的传送铺设设备包括管体(4)和三脚支架。

12.根据权利要求11所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：所述的管体(4)为中空圆柱体，可以根据实际需要，通过管体内螺纹(5)和外螺纹(6)连接两个及以上数量的管体(4)以调节设备长度。

13.根据权利要求11所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：所述的三脚支架有三个支撑脚(11)，支撑脚(11)通过旋转接头(12)旋转调节支撑角度，通过调节支撑角度调节管体(4)与地面之间的夹角，连接头(8)通过外螺纹(7)与管体(4)的内螺纹(5)连接实现管体与三脚支架的连接，连接头(8)通过旋转杆(9)调节角度。以实现温控爆裂防灭火球体(10)的运送。

14.根据权利要求1所述的一种防止采空区煤自燃的主动式防灭火技术，其特征在于：在工作面开采过程中，应用传送铺设设备，根据温控爆裂防灭火球体(10)铺设位置与操作部位的距离和角度等因素，连接管体(4)以及管体(4)与三脚支架，调节支撑脚(11)角度，将温控爆裂防灭火球体(10)传送布置在采空区内容易自燃的地点；随着煤层的开采，温控爆裂防灭火球体(10)与工作面之间的距离逐渐增大，如果采空区内温控爆裂防灭火球体附近的煤体不发生氧化自燃，即温度达不到温控爆裂防灭火球体壳体(1)爆裂温度，则温控爆裂防灭火球体(10)一直完好的保存在采空区内；如果采空区内温控爆裂防灭火球体(10)附近的煤体发生氧化自燃，不断积聚热量，环境温度达到温控爆裂防灭火球体爆裂温度，则壳体(1)爆裂，灭火剂(3)迅速抛洒弥散自燃区域，以全淹没的方式及时消除发火隐患，使得温控爆裂防灭火球体(10)在采空区煤体出现自燃倾向或发火初期，起到主动防灭火的作用。