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矿井通风与防灭火,中国矿业大学安全技术及工程学科简介,?
国家级重点学科,全国,(1/107),第一,国家首批特色专业,?
国家煤矿瓦斯治理工程中心、煤炭资源与安全开采国家重点,实验室、煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,授,8,人,博士生导师,15,人,?
教职工,59,人,其中中国工程院院士,2,人,教授,18,人,副教,总理与周世宁院士在飞机,上探讨治理瓦斯措施,周济部长到矿井火灾,实验室指导工作,学科带头人王德明教授,在国际会议作报告,矿井通风防灭火研究所,?
以王德明教授为带头人,李增华教授、周福宝教授、秦,波涛教授等为骨干的新一代博士团队,?
获国家科技进步二等奖,1,项,省部级科研奖,20,余项;发,表论文,112,篇,出版专著与教材,9,部;获授权国家、专利,15,项,?
2009,年入选江苏高等学校优秀科技创新团队,?
研究成果:
防治煤炭自燃的,三相泡沫防灭火新技术,和,稠,化砂浆防灭火技术,已在国内外上百个煤矿应用,三,相,泡,沫,防灭火新技术与应用,报告提纲,?
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概述,三相泡沫的组成及特性,?
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三相泡沫的制备,三相泡沫的防灭火性能,?
三相泡沫防灭火的现场应用,一、概述,1,、问题的提出,?
矿井火灾是煤矿主要灾害之一。
我国煤炭自燃矿井,占总数的,56%,,自燃引起的火灾占矿井火灾总数的,90%,。
自燃常引发瓦斯爆炸,造成重大人员伤亡。
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综采放顶煤,其开采和通风强,度增加,采空区体积增大、浮煤,增多,自然发火危险性增强,上,千万元的综采设备常被封在火区,中,造成巨大经济损失。
综采放顶煤技术的广泛应用,一、概述,1,、问题的提出,?
我国新疆、宁夏、内蒙等省还存在大面积,的煤田火灾,每年烧损煤量,2000,万吨,破坏,开采煤量,2,亿吨,经济损失超过,200,亿元。
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新疆煤田火灾至今已有,1600,多年历史:
北,魏地理学家郦道元撰写的水经注中对新,吐鲁番八百里火焰山,新疆硫磺沟百年不熄的煤火,疆煤田火灾也有记载:
“,屈词二百里有山,,夜则火光,昼则但烟,。
”屈词即龟兹(今库,车县至拜城县一带),一、概述,1,、问题的提出,?
20012005,年,共发生死亡,3,人以上的火灾事,故,43,起,死亡,614,人,2005,年,我国原煤年产量,21.1,亿吨。
据“十一,五”规划,,2010,年,我国将建成神东、晋北、,陕北等,13,个大型煤炭基地,而其中的很多矿区,都不同程度地存在煤矿火灾问题,迫切需要高效、,环保、经济防灭火的技术及材料。
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一、概述,2,、当前主要的防灭火技术,灌浆(黄泥、粉煤灰),注惰性气体(,N,2,、,CO,2,),喷阻化剂,注凝胶、胶体泥浆,泡沫树脂,一、概述,3,、,问题的提出,?
为充分利用目前有效的,常规防灭火技术,与手段,,又能克服目前注浆、惰气、惰,气泡沫、阻化剂等防灭火技术的不足,,中国矿业大学创新地提出了三相泡沫防,灭火新技术,研制了产生三相泡沫的装,备,开展了三相泡沫防灭火理论与应用,研究。
二、三相泡沫组成及特性,粉煤灰,(黄泥),水,三相泡沫,氮气,1,、固相物质,(,1,)不同矿区粉煤灰(飞灰)的粒径分布,大屯煤电公司姚桥煤矿,粉煤灰粒径分布,枣庄矿业集团柴里煤矿,粉煤灰粒径分布,徐州热电厂粉煤灰粒,径分布,徐州铜山热电厂粉煤灰,和炉渣的混合体粒径分布,1,、固相物质,(,2,)黄泥、粉煤灰(炉渣)的粒径分布,40,35,比,例,(,%,),30,25,20,15,10,5,0,0.1,0.10.16,0.160.3,0.30.66,0.661,1,粒径(mm),山东枣庄黄泥粒径分布,辽宁抚顺矿业集团老虎台,煤矿粉煤灰颗粒粒径分布,1,、固相物质,(,2,)粉煤灰与黄泥的组分,1200,1100,衍,射,强,度,(,单,位,:
每,秒,脉,冲,数,),A,B,1000,900,800,700,600,500,400,300,200,100,0,3,10,A:
石,英,(SiO2)13%,B:
莫,来,石,(Al,Si,O,)6%,6,2,13,C:
氧,化,钙,(CaO)7%,D:
硬,石,膏,(CaSO,4,)5%,E:
方,解,石,(CaCO,)2%,3,F:
磁,铁矿,(Fe,3,O,4,)2%,G:
赤铁矿,(Fe,2,O,3,)3%,H:
长石,(Na,Ca)AlSi,3,O,8,)2%,I:
粘,土,(Al,x,(OH),m,Si,y,O,z,.nH2O)4%,J:
非,晶,态物,质,余,量,姚桥煤矿粉煤灰样品,X,衍射测试分析图,固相成分中含石英、莫来石、长,石以及非晶态物质,有部分磁铁,矿、赤铁矿等,这些成分均为亲,水性很强的物质,加入的发泡剂,应使颗粒表面由亲水性变成疏水,性,从而能使粉煤灰或黄泥能很,容易地附着在泡沫上,I,I,I,G,D,E,H,C,B,F,C,E,C,D,B,G,B,A,A,A,A,A,B,A,B,A,D,B,B,A,C,J,D,A,B,J,J,J,20,30,40,50,60,衍,射,角,度,(,单,位,:
度,A,D,A,70,),700,650,600,衍,射,强,度,(,单,位,:
每,秒,脉,冲,数,),550,500,450,400,350,300,250,200,150,100,50,0,3,5,A,B,A:
石,英,(SiO2)(,多,),B:
氧,化,钙,(CaO)(,多,),C:
硬,石,膏,(CaSO4),D:
高温石,英,(SiO2)(,少,),E:
莫,来,石,(Al6Si2O13),F:
长石,(Na,Ca)AlSi3O8),G:
赤铁矿,(Fe2O3),H:
磁,铁矿,(Fe3O4),I:
方,解,石,(CaCO3)(,少,),J:
氧,化,钛,(TiO2)(,少,),K:
其,它,(,晶,体物,质,)(,少,),L:
其,它,(,非,晶,物,质,),E,A,K,K,10,15,E,20,C,C,H,A,B,J,F,J,G,A,F,H,G,A,A,G,A,C,I,G,D,G,G,G,A,B,A,A,A,G,A,I,K,J,H,G,H,L,L,L,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,衍,射,角,度,(,单,位,:
度,B,B,柴里矿黄泥样品,X,衍射测试分析图,),1,、固相物质,(,3,)固体不燃物的化学组成,粉煤灰的化学组成(,%,),样品来源,姚桥粉煤灰,柴里粉煤灰,SiO,2,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,TiO,2,CaO,MgO,Na,2,O,K,2,O,P,2,O,5,SO,3,48.32,52.23,29.29,24.61,5.28,4.68,1.29,1.11,7.76,9.28,1.94,2.01,0.35,0.46,1.06,0.98,0.260,0.126,3.10,0,大兴矿黄泥的化学组成(,%,),化学成分及其含量,SiO,2,59.8%,Al,2,O,3,20.88%,MgO,0.95%,CaO,1.87%,要充分考虑到粉煤灰或黄泥中,Ca,2+,离子的作用和影响,1,、固相物质,(,4,)固体不燃物的结构特性,不规则的海绵状玻璃颗粒,显微结构复杂,一般的,发泡剂很难将它们悬浮,,它们在水中的沉降速度,很快,不利于形成三相,泡沫,不规则的海绵状玻璃颗粒和片,状碳粒子组成以及少量比重较,小、能浮于水的漂珠,大屯姚桥电厂粉煤灰电镜照片,2,、水的特性,通过对许多矿区的自来水、井下,水、井下循环废水等水质的分析,可知:
水中都含有大量阳离子或,各种盐类等杂质,发泡剂要能克服水中阳离子、各种,盐类等大量杂质的影响,3,、,气体特性,(,1,)气体,的溶解特性,气体,溶解度(,ml/L,),空气,25.4,氮气,23.2,二氧化碳,1281.5,(,2,)气体,的吸附特性,吸,附,量,(,40,30,20,10,二氧化碳,m,3,/t,),空气,氮气,1,2,3,4,5,气体压力,MPa,三、三相泡沫的制备,?
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三相泡沫的形成机理,发泡剂的研制,发泡器的研制,三相泡沫的实验室试验,三相泡沫的现场制备,1,、三相泡沫的形成机理,发泡剂使浆液表面的张力降低,改变固体颗,粒的表面湿润性;,浆液与气体经过发泡器时利用浆体与氮气本,身的动力对三相混合液做功,从而形成了大,量三相介质泡沫群体。
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2,、三相泡沫发泡剂的研制,固,-,液,-,气三相分离,产生部分三相泡沫,产生完全的三相泡沫,2,、,三相泡沫发泡剂的研制,(,1,)发泡剂浓度与发泡能力的关系,450,400,350,泡,沫,体,积,(,m,l,),300,250,200,150,100,50,0,0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.35,A+C(1:
1)发泡剂浓度(%),泡沫体积,曲线,2,、,三相泡沫发泡剂的研制,(,2,)发泡倍数与稳定时间的关系,稳,定,时,间,(,h,),35,30,25,20,15,10,5,0,0,10,20,发泡倍数,30,40,(水灰比,5,:
1,),2,、,三相泡沫发泡剂的研制,(,3,)浆液浓度与稳定性的关系,500,450,400,泡,沫,体,积,(,m,l,),35,30,25,20,稳,定,时,间,(,小,时,),350,300,250,200,150,100,50,0,0,20,25,33,50,浆液浓度(,%,),泡沫体积曲线,泡沫稳定时间曲线,15,10,5,0,2,、,三相泡沫发泡剂的研制,(4),温度对三泡沫稳定时间的影响,160,140,泡,沫,体,积,(,m,l,),120,100,80,60,40,20,0,0,120,100,80,60,40,20,5,10,15,稳定时间(h),20,25,30,三、三相泡沫的制备,3,、三相泡沫发泡器研制,?
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网式两相泡沫发泡器,回采工作面冒落空洞,处理矿用泡沫水泥充,填机,建筑行业的泡沫混凝,土泡沫发生器的相关,研究,风机,2-发泡段,3-喷嘴,4-压力泵,5-发泡网,6-泡沫出口,3,、三相泡沫发泡器研制,(,1,)三相泡沫发泡器,3,、三相泡沫发泡器研制,(,2,)三相泡沫发泡器发泡过程的仿真模拟,4,、三相泡沫制备系统,制浆站,(粉煤,灰或黄,泥),混合,器,发泡,器,三,相,泡,沫,发泡剂,压风,
(1),三相泡沫实验系统,粉煤灰制浆,实验用产泡的加气装置,发泡剂定量供给装置,三相泡沫发泡装备,实验室三相泡沫发泡试验,(,2,)三相泡沫现场制备系统(地面添加发泡剂),注浆管路,地面,地面制浆站,发泡剂,发泡器,三,相,泡,沫,氮气,
(2),三相泡沫现场制备系统(井下添加发泡剂),注浆管路,地面,地面制浆站,发泡剂,发泡器,三,相,泡,沫,氮气,矿井地面制浆系统,发泡剂定量添加装置(地面),发泡剂定量添加系统(井下),井下使用的三相泡沫发泡装置及注浆钻孔,五、三相泡沫的防灭火特性,三相泡沫的基本特点,?
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利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、氮气的窒,息性和水的吸热降温性进行防灭火;,水浆成为泡沫,分布更为均匀,可避免,浆体的流失,提高了防灭火的有效性;,可向采空区高处堆积,扩散范围广,可,扑灭采空区的隐蔽火源;,泡沫堆积不会发生溃浆,没有安全隐患。
1,、泡沫的堆积性,两相泡沫,三相泡沫,2,、泡沫的流动性,3,、三相泡沫的灭火性能,?
三相泡沫的灭火性能分析,?
经典的火灾三角形说明了火灾发生及灭火的原理。
但煤的自燃,,自由基作为中间体参与反应,自由基已被称为着火的四要素之,一;,热,氧,火,源,气,燃烧四面体,1,可燃物;,2,一助燃物(,O,2,);,3,热源;,4,链反应,可,燃,物,?
减少自由基的产生量,一是降低温度,二是在灭火材料中加入,固体颗粒。
自由基与固体相碰,能量传递给了固相壁,自身也,被结合成稳定分子,从而销毁了自由基,抑制了链锁反应。
3,、三相泡沫的灭火性能,?
三相泡沫的灭火性能分析,?
水有很大的吸热能力(,1kg,水汽化成蒸汽时,能吸收,2256.7J,的热量),能很
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