一種防止采空區煤自燃的主動式防滅火技術的制作方法

本發明涉及煤礦防滅火技術鄰域，特別涉及一種防止采空區煤自燃的主動式防滅火技術。

背景技術：

我國礦產資源豐富，煤炭是我國的基礎能源，國家《能源中長期發展規劃綱要(2004～2020年)》中明確提出“堅持以煤炭為主體、電力為中心、油氣和新能源全面發展的能源戰略”目標。為了滿足國民經濟高速增長的需求，煤炭仍然是我國的主要能源，今后相當長的時期內必須保證煤炭的高產穩產和安全開采。因此，實現安全、高效開采是國家能源持續有效供應的重要保障。

我國的煤礦主要是井工開采。由于工作面煤炭的采出之后在工作面后方頂板垮落的地方形成了采空區，在采空區位置存在著大量的遺煤，使得在采空區很容易自燃并且發生火災。因此，火災是嚴重威脅煤礦安全生產的重要災害之一，煤礦火災中采空區火災占據了主要部分。采空區煤體自然發火引起的火災對工作面安全生產形成重大威脅，造成大量的人員傷亡、財產損失以及環境污染。目前，隨著煤礦開采機械化水平的提高，煤炭開采速度越來越快，采空區空間面積擴大、遺煤增多，使得采空區發火隱患更加突出，火災發生率高、危害性大；而采空區起火源地點隱蔽，常規手段難以到達采空區內很遠的地方，同時，采空區火災存在燒毀工作面的危險，而且容易引起瓦斯事故，導致礦毀人亡，給煤礦的安全高效開采帶來了巨大挑戰。

目前針對煤礦采空區煤體自燃的防滅火技術主要是先檢測后采取防滅火措施，或是注入預防性灌漿材料或阻化劑。前者屬于被動式防滅火，對檢測手段的要求極高，而采空區面積廣且地形復雜，容易出現檢測遺漏，同時，采空區環境惡劣，檢測設備容易出現故障導致檢測失效，最終導致因未能及時采取防滅火措施引發采空區火災；后者采用預防性灌注技術雖然可以達到提前抑制采空區遺煤自然發火的效果，但此方法用料量大、成本高、阻化壽命短，幾乎對采空區所有區域都要進行灌注，然而也難免會產生遺漏，而且，受采空區潮濕環境影響阻化劑易失效，采空區溝洄的存在使阻化劑容易在低洼處積聚，而高出的松散遺煤又容易使阻化劑無法全面覆蓋自燃的區域，從而失去采空區防治煤自燃的效果。同時灌注施工困難，對管道要求高，容易發生磨損和堵管現象。

技術實現要素：

本發明的目的是，克服現有技術的不足，提供一種安全環保、成本低、可靠性高、響應及時、施工部署方便的煤礦采空區主動式防滅火技術，解決煤礦采空區煤自燃氧化起火的問題。

本發明所采用的技術方案是：

一種防止采空區煤自燃主動式防滅火技術，包括溫控爆裂防滅火球體和傳送鋪設設備，其特征是在煤礦采空區，根據煤礦采空區自燃危險區域分布規律，合理設置間距，鋪設溫控爆裂防滅火球體，使得溫控爆裂防滅火球體在采空區煤體出現自燃傾向或發火初期，起到主動防滅火的作用。

進一步的技術方案是：所述的溫控爆裂防滅火球體包括殼體，殼體內的防護鋼絲網結構以及殼體內部填充的滅火劑。

更進一步的技術方案是：所述的溫控爆裂防滅火球體根據仿生學原理，形狀為具有很強抗壓能力的橢球形；體積大小根據設備所鋪設地點的自然發火傾向性設置。

更進一步的技術方案是：所述的殼體材料為溫控相變材料，在環境溫度上升到一定值后，材料主動爆裂，釋放出殼體內的滅火劑。

更進一步的技術方案是：所述的殼體內的防護鋼絲網結構，可以承受一定的壓力，保護殼體因外力作用形成的破裂。

更進一步的技術方案是：所述的滅火劑包裹在上述殼體和鋼絲網內，滅火劑可以是固體、液體和氣體。

更進一步的技術方案是：所述的固體滅火劑可以用于采空區內任意空間，當采空區溫度上升至殼體爆裂溫度，溫控爆裂防滅火球體自動爆裂，拋灑內部固體滅火劑，固體滅火劑覆蓋在自燃升溫區域使之與空氣有效隔絕，從而防止采空區遺煤自燃。

更進一步的技術方案是：所述的液體滅火劑可以用于采空區內任意空間，當采空區溫度上升至殼體爆裂溫度，溫控爆裂防滅火球體自動爆裂，拋灑內部液體滅火劑，液體滅火劑具有冷卻和化學抑制雙重滅火功能，抗燃和抗復燃能力強。

更進一步的技術方案是：所述的氣體滅火劑可以用于采空區內任意空間，當采空區溫度上升至殼體爆裂溫度，溫控爆裂防滅火球體自動爆裂，釋放內部氣體滅火劑，有效稀釋可燃性氣體以及空氣中氧氣，而使之達不到可燃的濃度范圍，從而達到防滅火的目的。

更進一步的技術方案是：根據采空區空間、環境和地形等特點，上述的三種溫控爆裂防滅火球體相互可以配合使用，使溫控爆裂防滅火球體達到最佳防滅火效果。

更進一步的技術方案是：所述的傳送鋪設設備包括管體和三腳支架。

更進一步的技術方案是：所述的管體為中空圓柱體，可以根據實際需要，通過管體內螺紋和外螺紋連接兩個及以上數量的管體以調節設備長度。

更進一步的技術方案是：所述的三腳支架有三個支撐腳，支撐腳通過旋轉接頭旋轉調節支撐角度，通過調節支撐角度調節管體與地面之間的夾角，連接頭通過外螺紋與管體的內螺紋連接實現管體與三腳支架的連接，連接頭通過旋轉桿調節角度。

在工作面開采過程中，應用傳送鋪設設備，根據溫控爆裂防滅火球體鋪設位置與操作部位的距離和角度等因素，連接管體以及管體與三腳支架，調節支撐腳角度，將溫控爆裂防滅火球體傳送布置在采空區內容易自燃的地點；隨著煤層的開采，溫控爆裂防滅火球體與工作面之間的距離逐漸增大，如果采空區內溫控爆裂防滅火球體附近的煤體不發生氧化自燃，即溫度達不到溫控爆裂防滅火球體殼體爆裂溫度，則溫控爆裂防滅火球體一直完好的保存在采空區內；如果采空區內溫控爆裂防滅火球體附近的煤體發生氧化自燃，不斷積聚熱量，環境溫度達到溫控爆裂防滅火球體爆裂溫度，則殼體爆裂釋放滅火劑，迅速拋灑彌散自燃區域，以全淹沒的方式及時消除發火隱患，使得溫控爆裂防滅火球體在采空區煤體出現自燃傾向或發火初期，起到主動防滅火的作用。

本發明與現有技術相比具有明顯的優勢：(1)解決了目前煤礦采空區防滅火技術只能在檢測到發火之后才能被動采取滅火措施的缺點，在采空區煤體出現自燃傾向或發火初期，就能立即自動拋灑滅火劑，起到防滅火的作用；(2)采空區煤體自燃部位一般比較隱蔽且位于采空區深部，檢測設備難以全面地探測自然發火區域，而且人員和防滅火設備均不易深入，本發明可以在煤體自然發火之前主動釋放滅火劑，及時有效的消除發火隱患，避免了此項問題的產生；(3)同時，本發明不用事先鋪設檢測設備，而且傳送鋪設設備簡單，施工方便，節約了資源，降低了成本，提高了工作效率；(4)本發明安全環保，且不受煤層傾斜度和采空區地形影響，不會造成環境污染，損害人員健康安全。

附圖說明

圖1是本發明公開的煤礦采空區溫控爆裂防滅火球體的縱剖面以及網狀鋼絲結構的結構示意圖

圖2是本發明公開的煤礦采空區溫控爆裂防滅火球體的傳送鋪設設備結構示意圖

圖3是本發明公開的煤礦采空區溫控爆裂防滅火球體在采空區內的鋪設示意圖

圖中符號說明如下：1殼體；2防護鋼絲網結構；3滅火劑；4管體；5內螺紋；6管體外螺紋；7連接頭外螺紋；8連接頭；9旋轉桿；10溫控爆裂防滅火球體；11支撐腳；12旋轉接頭

具體實施方式

下面就附圖對本發明進行進一步解釋，此處所描述的僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

參見附圖1，本發明公開的煤礦采空區溫控爆裂防滅火球體的縱剖面以及網狀鋼絲結構的結構示意圖。由1、殼體2、防護鋼絲網結構和3、滅火劑組成，其中：

所述的溫控爆裂防滅火球體10形狀一般為橢球形，根據仿生學原理，橢球形具有很強的抗壓能力，相比其他形狀更不易在外力作用下受到損壞，殼體1一般由溫控相變材料組成，也可以選擇具有相同功能的其他材料，在環境溫度升高到一定值后發生爆裂，釋放出殼體1內的滅火劑3，殼體1內的防護鋼絲網結構2，可以承受一定的壓力，保護殼體1因外力作用形成的破裂；

所述的滅火劑3包裹在殼體1和鋼絲網2內，滅火劑3可以是固體、液體和氣體。三種狀態的滅火劑均可以用于采空區內任意空間，當采空區溫度上升至殼體1爆裂溫度，溫控爆裂防滅火球體10自動爆裂，拋灑內部滅火劑3。其中固體滅火劑覆蓋在自燃升溫區域使之與空氣有效隔絕，從而防止采空區遺煤自燃；液體滅火劑具有冷卻和化學抑制雙重滅火功能，抗燃和抗復燃能力強；氣體滅火劑，可以有效稀釋可燃性氣體以及空氣中氧氣，而使之達不到可燃的濃度范圍，從而達到防滅火的目的。填充不同狀態滅火劑的三種主動式溫控爆裂防滅火球體10相互可以配合使用，使溫控爆裂防滅火球體10到最佳防滅火效果。

參見附圖2，本發明公開的煤礦采空區溫控爆裂防滅火球體的傳送鋪設設備結構示意圖，由4管體、5內螺紋、6管體外螺紋、7連接頭外螺紋、8連接頭、9旋轉桿、10、11支撐腳和12旋轉接頭組成。

所述的管體4為中空圓柱體，可以根據實際需要，通過管體內螺紋5和管體外螺紋6連接兩個及以上數量的管體4以調節設備長度。三腳支架有三個支撐腳11，支撐腳11通過旋轉接頭12旋轉調節支撐角度，通過調節支撐角度調節管體4與地面之間的夾角，連接頭8通過外螺紋7與管體4的內螺紋5連接實現管體與三腳支架的連接，連接頭8通過旋轉桿9調節角度。

在工作面開采過程中，根據溫控爆裂防滅火球體10鋪設位置與操作部位的距離和角度等因素，把三腳支架放在工作面位置，利用支撐腳11固定在地面上，通過旋轉接頭12來調節三腳支架達到調整整個安裝支架的高度的目的。三腳支架擺放好之后，連接管體4以及管體4與三腳支架，管體4的數量可以根據實際情況進行增減，如果距離長就增加管體的數量，連接頭8可以轉動，也就使得管體4可以調節一定的角度，這樣使得溫控爆裂防滅火球體10的投放更加靈活。調節支撐腳11角度，通過支架上的連接頭8與管體4的中空管道將溫控爆裂防滅火球體10傳送布置在采空區內容易自燃的地點；隨著煤層的開采，溫控爆裂防滅火球體10與工作面之間的距離逐漸增大，如果采空區內溫控爆裂防滅火球體10附近的煤體不發生氧化自燃，即溫度達不到溫控爆裂防滅火球體殼體1爆裂溫度，則溫控爆裂防滅火球體10一直完好的保存在采空區內；如果采空區內溫控爆裂防滅火球體10附近的煤體發生氧化自燃，不斷積聚熱量，環境溫度達到溫控爆裂防滅火球體10爆裂溫度，則殼體1爆裂釋放滅火劑3，迅速拋灑彌散自燃區域，以全淹沒的方式及時消除發火隱患，使得溫控爆裂防滅火球體10在采空區煤體出現自燃傾向或發火初期，起到主動防滅火的作用。

參見附圖3，本發明公開的煤礦采空區溫控爆裂防滅火球體在采空區內的鋪設示意圖。采空區根據自燃氧化情況分為三帶：散熱帶、自燃帶和窒息帶。靠近回風巷容易發生漏風，因此，散熱帶漏風比較嚴重，在氧氣的作用下，遺煤發生氧化反應并釋放出的熱量，但由于漏風風速比較大，氧化所產生的熱量絕大部分隨漏風帶走，破壞了煤自然發火的蓄熱條件，一般不會發生自然發火；自燃帶漏風提供氧氣但又不足以帶走過多的氧化熱，因此，氧化熱不斷積聚使煤的氧化反應自動地加速，最終將可能發展到激烈氧化階段，甚至出現明火燃燒現象；窒息帶具備蓄熱條件但氧氣不足，遺煤由于缺氧而窒息，氧化自燃被迫終止或者根本不能發生。

根據區域自燃傾向性大小確定溫控爆裂防滅火球體10間隔距離，每隔一定的適宜的距離就放置一個本發明溫控爆裂防滅火球體10，使得易自然發火區域都涵蓋于保護范圍之內。由于在實際開采過程中，采空區自燃氧化三帶是移動的，因此，在實際鋪設過程中，根據采空區漏風情況，將傳送鋪設設備分別從A、B、C三個位置投放布置溫控爆裂防滅火球體10。在靠近回風巷容易發生漏風的區域多布置溫控爆裂防滅火球體10，隨著遠離回風巷，鋪設的溫控爆裂防滅火球體10逐漸減少。當采空區內遺煤與氧氣發生化學反應而使產生的熱量大于風流帶走的熱量時，遺煤溫度升高，當采空區溫度達到一定溫度，即達到殼體材料爆裂溫度時，本發明溫控爆裂防滅火球體殼體1升溫爆裂釋放滅火劑，滅火劑3拋灑到采空區，起到防滅火的作用。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。