楊玨?李志權(quán)

摘要：采用留小柱沿空掘巷技術(shù)后，沿空巷道側(cè)的窄柱易受到采空區(qū)上覆巖層壓力產(chǎn)生“壓酥”破壞，易形成漏風(fēng)通道導(dǎo)致礦井火災(zāi)。本文研究了泡沫的發(fā)泡、穩(wěn)泡機理及泡沫粉漿液各組分之間的化學(xué)反應(yīng)。并分析總結(jié)了激發(fā)粉材料活性的方法，設(shè)計了泡沫粉材料端頭袋式充填工藝。

關(guān)鍵詞：泡沫粉;機理;堵漏風(fēng);端頭充填

前言：

一直被譽為“工業(yè)的食糧”，工業(yè)在我國國民經(jīng)濟中占有主導(dǎo)性的地位。2009年，占全國一次能源消費總量的70%， 2012年中國產(chǎn)量達(dá)到36.6億噸，比上年增長4%左右。2013年以來，盡管中國經(jīng)濟增長放緩，國家能源結(jié)構(gòu)需要戰(zhàn)略性調(diào)整，但“富、少氣、缺油”的資源賦存條件決定了中國能源結(jié)構(gòu)在今后一段時間內(nèi)仍然是以為主。 20世紀(jì)90年代以后，隨著礦企業(yè)的機械化程度大幅度提高，以及無柱開采的理念的普及，綜合機械化采法得到了大規(guī)模應(yīng)用?，F(xiàn)代化的綜放采法應(yīng)用范圍也不斷擴大，其采的速度也得到了日益加快，但是這給采空區(qū)留下了大量的空間，使得在采空區(qū)中自然發(fā)火的問題變得更加突出。據(jù)資料統(tǒng)計在調(diào)查的國有重點礦 657處礦井中，有自然發(fā)火傾向性的礦井361處，在與瓦斯突出礦井中有自然 發(fā)火傾向性和塵爆炸危險的三種災(zāi)害并存的礦井71處，在高瓦斯礦井，有自然發(fā)火傾向性和塵爆炸危險的三種災(zāi)害并存的礦井87處。在實際生產(chǎn)中，礦井火災(zāi)己成為制約綜放無柱開采高產(chǎn)高效和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵問題之一。綜合機械化放頂采工作面發(fā)生自燃火災(zāi)后，如果處理不及時， 很可能造成火災(zāi)蔓延而迫使工作面停產(chǎn)。

因此必須加強在礦井火災(zāi)防治方面的研究工作，開發(fā)適合礦井火災(zāi)特點的防滅火材料、設(shè)備和工藝，確保綜放面安全生產(chǎn)。

一、泡沫的形成機理分析

（一）泡沫的形成機理

氣泡的形成及破壞有其特殊的機制，了解泡沫的產(chǎn)生機制是制備泡沫粉的理論研究基礎(chǔ)?；钚苑肿釉跉庖灰航缑嫔系亩ㄏ蛭阶饔眉兯梢酝ㄟ^氣體做功形成泡沫，體逸出或泡沫相互接觸會造成泡沫的破裂?？梢酝ㄟ^在液體中加入發(fā)泡劑的方法，制備穩(wěn)定的泡沫，發(fā)泡劑含有的活性分子能夠在液體液面上定向排列，形成大量的聚集吸附，降低溶液的表面張力。發(fā)泡劑的活性分子由兩部分組成：疏水基和親水基，它們分別處于發(fā)泡劑活性分子的兩端。由于親水基和疏水基具有特定的結(jié)構(gòu)特征，親水基團(tuán)溶于水，疏水基團(tuán)厭水。這種特性使發(fā)泡劑活性分子在其溶液中極易吸附在氣一液界面上并形成獨特的定向排列的分子膜結(jié)構(gòu)，這一特性能夠降低溶液的表面張力。

（二）氣泡的形成原理及過程

當(dāng)通過攪拌或者引入壓縮氣體的方法將氣體引入溶液中，發(fā)泡劑溶液中的發(fā) 泡劑活性分子會迅速吸附在氣一液表面，形成對齊的表面活化劑雙分子層結(jié)構(gòu)， 截留氣泡，此過程溶液中氣泡的初始形成過程，由于氣體由于密度小于液體上升 至溶液表面時，發(fā)泡劑分子將吸附在氣泡的表面上，此時，發(fā)泡劑液膜形成氣泡 膜的內(nèi)層和外層，氣泡在空氣浮力的作用下，完全進(jìn)入空氣形成完整氣泡，以上過程是一個單一的氣泡形成，當(dāng)無數(shù)的氣泡聚集起來就形成泡沫混凝土所需的生產(chǎn)所需的泡沫。

二、泡沫穩(wěn)定機理分析

為了獲得穩(wěn)定時間長的氣泡，需要研究泡沫的穩(wěn)定機理。首先需要研究泡沫的破壞機理，才能更好地研究泡沫的穩(wěn)定機理。

（一）泡沫破壞機理

經(jīng)過添加表面活化劑發(fā)泡形成的泡沫體系，其氣一液界面面積和表面自由能 都較大，屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，隨著體系的自由能降低，在泡沫體系內(nèi)會發(fā)生 一系列的物理過程，使得泡沫破裂。因此，泡沫體系都具有一定的壽命。對于工

業(yè)用的泡沫混凝土材料，泡沫破裂越慢對于生產(chǎn)越有利。泡沫破裂的主要原因在 于氣一液兩相體系中液膜因為強度和韌性不足導(dǎo)致破裂或氣體擴散。導(dǎo)致膜破裂 的物理過程主要包括分層（或稱排液），歧化（或稱奧氏熟化）和聚并（或稱膜 破裂）。

（二）泡沫的穩(wěn)定機理

經(jīng)過對泡沫的破壞機制的研究，可以得出提高泡沫穩(wěn)定性的主要對策：其一，減緩泡沫的排液。這一點可以通過增加泡沫的表面粘度，從而減緩泡 沫液膜的排液，達(dá)到增強泡沫穩(wěn)定性的目的，其對于制泡的指導(dǎo)意義在于選取更加高效的表面活化劑;其二是保證泡沫的粒徑的穩(wěn)定性，以及減緩泡沫中氣體的擴散來達(dá)到增強泡沫穩(wěn)定性的目的。對于制泡手段的指導(dǎo)意義在于采用更合理的發(fā)泡手段及添加穩(wěn)泡劑。

三、泡沫粉材料端頭袋式充填工藝設(shè)計

根據(jù)鮑店礦實際工作面布置情況，確定按照20-25m進(jìn)行分段充填，充填 袋設(shè)計為長方體形狀（3mx3mx4m），具體根據(jù)巷道斷面及來壓情況做出適當(dāng)調(diào)整，由六面高強度防火纖維布、吊掛耳朵、縱向拉筋等幾部分組成[小。吊掛耳 朵用于將模袋吊掛至頂板上（頂板無條件可選擇掛至肩窩或?qū)嶓w幫）;通過預(yù) 置充填軟管向袋內(nèi)充填;設(shè)立上部排氣孔進(jìn)行監(jiān)測充填量及排氣，用穿強筋以限 制充填漿液時模袋前后立面的側(cè)向變形。

（一）安裝吊環(huán)：在端頭支架后方安裝吊環(huán)，吊環(huán)高度距離底板2.8m處，間 距為lm，安裝1排4個;在頂板上距離實體幫0.5m和2.5m處安裝吊環(huán)，間 距l(xiāng)m，安裝2排8個，整體與幫上吊環(huán)相對;將充填袋按照對應(yīng)位置掛于

（二）安裝縱向拉筋：將縱向拉筋穿過充填袋掛鉤和頂板吊環(huán)，使充填袋完 全吊起形成空的長方體空間。（安裝時排氣口朝向采空區(qū)一側(cè)）

（三）接通軟管：軟管一端接通充填袋子充填口，另一端接通管道。

（四）通訊：地面聯(lián)系井上進(jìn)行粉漿液輸運，并控制輸運時間為30min

（五）制漿：輸送系統(tǒng)輸送的粉基漿與添加劑在混合后，經(jīng)過發(fā)泡器的 發(fā)泡，形成泡沫粉材料。

（六）充填：開通泵站后，泡沫材料隨管道泵送。通過壓力表和流量計讀取充填兩及管道壓力，充填量為36m3o充填過程中隨時若個別壓力表出區(qū)別于其他壓力表的異常讀書，則該段出現(xiàn)漿液沉積，具有堵塞危險;若漿液充填量超出預(yù)期36m3 （充填袋已滿），不要關(guān)閉閥門，讓漿液通過排氣閥排至采空區(qū)，防止管道鼓脹。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉磊.鮑店礦遠(yuǎn)距離動壓灌漿系統(tǒng)研究[D].西安科技大學(xué)，2017.

[2]李俊武.磁窯堡二礦試驗綜放面綜合防滅火技術(shù)研究[D].西安科技大學(xué)，2018.

[3]郭國棟.粉資源化利用中堿溶法溶出硅鋁研究[D].新疆大學(xué)，2016.

[4]中國資源綜合利用年度報告（2014）[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟，2017.

作者簡介：

楊玨? 李志權(quán)，湖南漣邵建設(shè)工程（集團(tuán)）有限責(zé)任公司。