水系灭火剂在煤自燃防、灭火应用中的试验研究

1. 水系灭火剂在煤自燃防、灭火应用中的试验研究水系灭火剂在煤自燃防、灭火应用中的试验研究 徐晓楠

2. 我国火灾形势 • 我国火灾形势严峻，造成的经济损失逐年递增 1950~1999年我国火灾造成的经济损失

3. 我国火灾形势 • 随着我国经济迅速发展，近来来火灾造成的人员伤亡又有上升趋势 火灾造成的死亡人数

4. 水 泡沫 卤代烷 二氧化碳 干粉 A类火灾 √ √ О О √ B类火灾 О √ √ √ √ C类火灾 О ∕ √ О √ D类火灾 ∕ ∕ О ∕ О 常用固体火灾的灭火方法和灭火剂 注： √：适用；是扑灭该类火灾中最适宜的灭火剂。 О：可用；灭火效果不显著或按有关规定，有限制的使用该灭火剂。 ∕：不适用；即灭火无效，或可能导致新的危险。

5. 灭火机理 优点 缺点 水 水的吸热能力很强，对燃烧物质具有显著的冷却作用，水汽化产生大量的水蒸气，排挤和阻止空气进入燃烧区，降低燃烧区内氧气的含量，冲淡可燃气体。 廉价易得，来源广泛，对环境的污染小。可用来扑救任何建筑物和一般物质的火灾。 用量大，作用时间短，不能有效隔氧降温，在高温火区气化快，可燃物复燃快，从而导致灭火速度慢，效率差，在某些封闭区域，大量蒸汽排散不利时，可能产生蒸汽猛烈爆炸膨胀。 泡沫 靠泡沫冷却和覆盖燃烧物表面，泡沫层隔绝空气而阻止燃烧物继续蒸发燃烧，达到灭火效果。 广泛的应用于B类火灾中，灭火效率高，灭火速度快。 用来扑灭A类火灾效能低、用量大、不经济。也存在着提高其灭火的附加作用。 卤代烷 灭火过程是一个化学抑制过程，其作用是通过夺去燃烧链式反应中的活泼自由基而完成的。 速度快，效率高，适用于扑灭一切火灾。空间淹没性好，洁净不导电。可靠贮存不变质。 用来扑救A类火灾，没有水的渗透性，为确保固体物质内部阴燃火完全扑灭，需加大用量。同时对大气臭氧层有破坏作用。 二氧化碳 利用被液化的二氧化碳在喷射过程中，吸收大量的热量及稀释可燃气体的作用来扑救火灾。 易于液化，便于罐装和贮存，制造方便，价格低廉，不腐蚀设备和贵重物品，灭火后不留痕迹。 高压储存时压力太高，低压储存时需要制冷设备，且灭火浓度大，此外，二氧化碳在膨胀时能产生静电放电，有可能引起着火。 干 粉 灭火操作时，靠灭火器的加压气体的压力驱动，干粉通过喷嘴喷出，形成一股夹带有加压气体的粉雾流，射向火焰，粉雾与火焰接触混合时，发生一系列的物理化学作用，把火焰扑灭。 灭火效率高，速度快，无毒，应用范围广，可扑灭带电设备火灾。 干粉灭火时，对燃烧的冷却作用小，基本上不具备覆盖和防止燃烧蒸发的作用，容易引起复燃。而且，在灭火过程中，粉尘到处飞扬，污染环境，损害人体健康。 各 类 灭 火 剂 的 特 点

6. 水 • 冷却作用 • 窒息作用 • 稀释作用 • 分离作用 • 乳化作用

7. 水是一种最常用的灭火剂，有良好的灭火效果。水是一种最常用的灭火剂，有良好的灭火效果。 但水灭火也存在一些不足： （1）由于水易流动，故在灭火过程中大量的水向低处流失，水损失较大； （2）在某些封闭区域，当产生的大量蒸汽排散不利时，将有可能产生蒸汽 猛烈爆炸膨胀，造成救护人员伤亡； （3）水的冻结温度高，冷却时水的密度变化很大，在低温下使用水较困难； （4）水的表面张力系数较大，影响润湿性，将降低其扑救过程的利用系数； （5）含有杂质的水具有导电性。 缺 水!!!

8. 胶体灭火技术研究 （公安部科研项目） 确定了复合胶体材料的配方并对其流动性能，防、灭火性能 进行了研究 研究了复合胶体添加剂的添加工艺，开发了复合胶体防灭火 设备 开展了大量灭火实验，实验结果表明复合胶体具有良好的防、 灭火性，能适用于A类火灾防灭火

9. 水系灭火剂在煤自燃防、灭火应用中的试验研究水系灭火剂在煤自燃防、灭火应用中的试验研究 煤自燃的原因、特点及条件参数 ： • 原因 • 特点 • 条件参数

10. 实验仪器及原料 • 主要实验仪器 • （1）CS101-1E电热鼓风干燥箱，重庆四达实验仪器公司生产； • （2）大型长图自动平衡记录仪(X—Y函数记录仪)，重庆四达实验仪器公司生产。走纸速度设定120mm/h； • （3）BX3200s电子天平，日本SHIMADZU公司生产。测量精度0.01克 • 实验材料 • （1）煤：粒度分别为10～20，20～30，30～40目； • （2）灭火材料：水及自制的水系灭火剂（高分子水凝胶、润湿水，阻化水，无机水凝胶）。

11. 结果与讨论 水系灭火剂在煤中的渗透性研究 加热稳定性 水系灭火剂对煤防、灭火性能的影响 临界自燃环境温度 活化能

12. 水系灭火剂在煤中的渗透性研究

13. 加热稳定性

14. 灭火剂种类 /K 2cm 3cm 4cm 5cm 6cm 无灭火剂 388 380 373 369 364 水 392 385 380 376 370 润湿水 398 393 386 382 378 阻化水 411 406 399 395 391 高分子水胶体 463 455 448 443 438 高分子水胶体+阻化剂 469 463 457 451 447 无机水凝胶 471 466 460 455 449 水系灭火剂对煤防、灭火性能的影响 临界自燃环境温度 不同尺寸、不同灭火材料的值

15. 灭火剂 种类 无 水 润湿水 阻化水 高分子水凝胶 高分子水凝胶+阻化剂 无机水凝胶 斜率 －13.68 -15.75 -16.17 -17.10 -10.09 －20.31 -20.78 活化能/KJ.mol-1 113.74 131.36 134.44 142.17 158.71 168.86 172.77 水系灭火剂对煤防、灭火性能的影响 活化能 ＝ － 煤及不同水系灭火剂作用于煤的活化能

16. 水和不同种类水系灭火剂作用于煤的自燃数据之间的关系水和不同种类水系灭火剂作用于煤的自燃数据之间的关系

17. 结 论 （1）与水相比，水系灭火剂由于程度不同的延长了水在煤体中的作用时间，延长了水的冷却作用，加大了热损失，使煤体的自燃环境温度和活化能增加，因而表现出比水更优异的阻、灭火性能； （2）高分子水凝胶因具有良好的保水性，停留在煤体内部可加大冷却和封堵隔氧作用，因而，对抑制煤体的自燃及扑救煤体的自燃火灾表现出比润湿水和阻化水更为良好的阻、灭火性能。高分子水凝胶添加量较小（实验中的添加量为4‰），且无毒、无腐蚀性，价格与无机凝胶基本持平，其作为控制煤自燃火灾的新型灭火剂具有广阔的应用前景； （3）阻燃剂的加入总体上可提高高分子水凝胶的阻、灭火性能，但因阻化剂会增加灭火成本，可根据具体情况酌情使用； （4）无机水凝胶是以无机硅胶材料为基料，与促凝剂、阻化剂和水混合反应生成硅凝胶。因其具有良好的热化学性能使其在煤自燃控制中具有最为优异的阻、灭火性能。无机水凝胶的添加材料价格低廉，但添加量较大（实验中的添加量为10％），添加材料具有一定的腐蚀性，加热过程中会产生一定量的氨气，在环保日益要求严格的今天会给其使用带来限制。

18. 用水直接 灭火 用复合胶体灭火

19. 煤炭火灾复合胶体和水灭火后 CO浓度变化 （1为胶体，2为水灭火） 煤炭火灾复合胶体和水灭火后 CO2浓度变化 （1为胶体，2为水灭火）

23. 模拟设备

24. 设 备 结 构 设备由添加剂均匀添加系统、水流搅拌系统、主泵及压力、流量检测系统组成。 复合胶体灭火设备结构示意图

25. 灭 火 设 备

26. 灭 火 设 备

31. 对比实验研究 木垛南面中心温度随时间变化 木垛西面中心温度 随时间变化

32. 灭火实验研究 东滩煤矿

33. 灭火实验研究 2001年5月，阳泉二矿8206工作面自燃，向工作面发火区注入复合胶体40m3，火被扑灭，确保了工作面安全。 2001年10月，阳泉五矿工作面CO浓度升高，出现自燃，为确保工作面安全，采用复合胶体灭火。自工作面向支架后插入注胶管路，注胶灭火。向工作面发火区注入胶体50m3，使工作面CO消失，确保了工作面安全。

34. 灭火实验 2002年4月2号，太西集团乌兰矿2258工作面推进过程中，检测到CO，经检查在中部46~62架出现高温，之后在59、60架间底部出现明火，判断、确定自燃区域后向该区域注水，但CO没有下降反而持续上升，煤自燃发火得不到有效控制，工作面无法推进。5月8日开始改用复合胶体从工作面上方向火源点打钻（3个钻孔，深度150余米），井下注胶在46~62架间布6分钢管，15日晨6时，工作面出现水蒸汽，之后逐渐减弱，8时水蒸汽消失，检测管已检测不出CO，此时共注胶20m3。工作面有效控制后，太西集团领导决定恢复工作面生产。 使用该技术共支出13万元（原料2.5万元，设备2.5万元，其他为技术服务费），但该工作面停产1天，造成的直接经济损失20余万元。因此，该技术的使用在保证生产安全的同时，为企业带来了较大的经济效益和社会效益。

35. 工 作面 灭火成本（万元） 灭火效益（万元） 材料费 设备费 工程费 抢救设备价值 解放煤炭价值 提前恢复生产6个月创造价 8802 30 10 46 5200多 12000 8000 8208 5 15 10.5 4000多 12000 7200 8214 4.4 - 11.09 4000多 10000 5000 8105 累 计 约 10 4000多 - - 8101 累 计 约 20 4000多 - - 8110 累 计 约 20 4000多 - - 阳泉煤矿胶体灭火成本与效益

36. 向 各 位 专 家表示 衷 心 的 感 谢！