[01116543]基于泡沫凝胶的煤炭自燃防控关键技术及成套装备的研究与应用

煤炭自燃是我国煤炭生产过程中的主要灾害之一,为了防治煤炭自燃,现在普遍采用了灌浆、凝胶、三相泡沫、惰性气体和泡沫树脂等多种防灭火技术。但是目前这些技术还不能高效地治理煤自燃灾害,原因有两个方面。一方面,这些技术均存在明显的缺点,例如灌浆容易顺沟流、防灭火效率低,凝胶的扩散范围小,三相泡沫固水能力差,泡沫树脂阻燃性能差,现有封堵材料耐久性及可塑性差。这些缺点导致应用过程中对遗煤覆盖范围小,对漏风通道封堵性能差,防灭火效率比较低;另一方面,煤炭自燃的防治存在较多的难题,如大倾角或者俯采工作面采空区常规防灭火材料不易向高位及深部扩散,水浆不易滞留在采空区;当采用小煤柱或者无煤柱开采时,现有封堵材料不能满足对裂隙的持久封堵;采空区注浆时,钻孔施工容易卡钻,成功率低,注浆难度较大。因此,随着煤炭开采强度的增加,井下地质条件变得愈加复杂,出现了很多煤自燃与瓦斯灾害同时存在的矿井,使得煤自燃灾害愈加突出,经常出现工作面因煤层自燃而被迫封闭,造成巨大的经济损失,甚至导致煤矿工人的生命安全受到严重威胁。 本项目针对煤自燃灾害现状及现有技术的不足,研发具有针对性的高效防灭火技术和成套施工装备,涉及系列防灭火材料、成套制浆和注浆设备及施工钻具等内容,属于煤矿安全领域。 经过对煤炭自燃的防治技术及配套注浆装备的系统研究,本项目取得了如下创新点： （1）研发了泡沫凝胶防灭火材料,结合泡沫和凝胶的优点,能够在大面积、火源隐蔽的采空区扩散堆积,且能持久对遗煤覆盖、隔氧、冷却降温,有效地防治煤炭自燃。 （2）研发了固化泡沫凝胶防灭火材料,针对巷道顶部、废弃巷道、上下隅角封堵等局部需要堆积充填的防灭火区域,能够迅速凝结固化,并与煤岩体紧密结合,实现充填堵漏的功能。 （3）研发了塑性封堵材料,该材料初期粘度低、渗透性能好,能有效封堵煤柱或密闭墙的裂隙,后期粘度大幅度提升,可塑性好但不固化,能够随裂隙变化而蠕变,持久保持裂隙的良好密封。 （4）研发了包括多功能制浆、发泡成胶、高低粘度输送和专用钻具的成套注浆装备,保障了注浆钻孔施工的速度和质量,实现了不同比例、不同浓度的液-液、固-液浆体的高效连续混合、发泡、成胶与泵送,提高了防灭火效率。 上述研究成果先后在徐州矿务集团、阳煤集团、宁煤集团、新汶矿业集团等大型煤炭企业的50多个煤矿进行应用,扑灭多起严重的火灾,实现了工作面的安全回采、回撤,并保证了矿井的安全生产,取得了巨大的经济效益。同时,本项目的推广,确保工人在相对安全的环境下工作,保障了其人身安全,预防了大事故的发生,从而保证了矿区的稳定发展,促进了矿井的和谐科学发展,取得了显著的社会效益。