4 三相泡沫防灭火新技术

　　4.1 三相泡沫的组成及特点 防治煤炭自燃的三相泡沫由固态不燃物(粉煤灰或黄泥等)、惰性气体(N2)和水三相防灭火介质组成。三相泡沫集固、液、气三相材料的防灭火性能于一体，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，大大提高了防灭火效率。由于三相泡沫发泡倍数较高，单位体积的泡沫材料成本大幅下降，具有较高的经挤效益。

　　与现有的防灭火技术及材料相比，三相泡沫兼有一般注浆方法和惰气泡沫防灭火的优点。泥浆通过注入氮气发泡后形成三相泡沫，体积大幅快速增加，并在采空区中可向高处堆积，对低、高处的浮煤都能覆盖，能够避免注入的浆体从底部流失；注入在采空区的氮气被封在泡沫之中，能较长时间滞留在采空区中，充分发挥氮气的窒息防灭火功能。三相泡沫中含有粉煤灰或黄泥等固态物质，这些固态物质是三相泡沫面膜的一部分，可较长时间保持泡沫的稳定性，即使泡沫破碎了，具有一定粘度的粉煤灰或黄泥仍然可较均匀地覆盖在浮煤上，可持久有效地阻碍煤对氧的吸附，防止煤的氧化，从而有效地防治煤炭自然发火，这是三相泡沫防灭火性能的优越性。

　　4.2 三相泡沫防治煤炭自燃的机理 采空区煤体发生自燃，应服从四面体的概念，即煤、氧气、热量、链反应的4要素缺一不可。通过对要素中任何一个要素的切断控制，都会阻止煤炭自燃。三相泡沫技术可以同时对煤炭自燃的4个要素进行控制，因此防治煤炭自燃的效果显著。

　　4.2.1 封堵采漏风通道与煤体裂隙，包裹煤体，隔绝煤氧结合。对于综放面采空区而言，大量浮煤是普遍存在的，因此必须采取措施隔绝煤氧结合，降低煤氧相互作用的机会。三相泡沫中的固体不燃物(粉煤灰或黄泥)，恰恰是针对这种特性，封堵采空区漏风通道与煤体裂隙，包裹煤体，阻止氧气进入，隔绝煤氧结合，极大地降低了煤氧反应中的煤与氧的浓度，从而大大降低反应速率和放热速率，达到防治煤炭自燃的目的。

　　4.2.2 对于已有升温趋势的煤，具有吸热降温作用。若煤体与周围环境的温度升高，活动分子和活化能就会增加，煤氧分子的化学反应速率和放热速率就会加快。煤炭自燃的诱因之一是由于煤的自然氧化产生的热量聚集。温度上升的速度既取决于反应产热量，又取决于周围环境的散热条件。在采空区一般仅存在漏风小通道，散热条件较差，易于形成热量积聚。当产热速率大于散热速率时，采空区内将迅速聚集大量热量，随即温度上升，化学反应速度加快，同时产生更多的热量，造成恶性循环，直至引发煤炭自燃。

　　4.2.3 润湿煤体，阻化煤体自燃。为防治煤炭自燃，需降低煤氧化放热速率。由于使用的发泡剂是由几种表面活性剂复配而成，一方面，发泡剂本身就是一种很好的阻化剂，能有效地阻止煤体官能团的产生和自由基的链式反应，对煤的自燃有很好的阻化效果；另一方面，水均匀的分散在煤体上，也是一种非常好的阻化剂。

　　4.2.4 降低采空区氧气浓度，抑制煤的氧化，窒息自燃的煤体。若采空区中氧气浓度过高，则化学反应速率和放热速率就会增大。因此，在必要时，需要降低其区域内的氧气浓度。

　　5 结束语

　　综上所述，我国的矿井防灭火技术与手段，确实有了较大的发展与提高。但应看到，目前发火形势依然严峻，还需要继续不断地完善和提高防治技术水平，研究和开发创新技术与手段，以便从根本上改变煤矿煤自燃火灾的不利形势。此外，还要有足够的投入和严格的管理。各矿必须清醒地认识到这一点，给予极大的重视。只有舍得在这方面加大投入，才会获得优厚的回报。