1项目概况
某煤矿现开采的2~3煤层具有自然倾向性，属易自燃煤层，自然发火等级为I类，自然发火周期一个月左右，最短周期为7天。该矿形成了用通风、灌浆、惰性气体、阻化剂、注化学凝胶、泡沫、均压技术相结合的综合防灭火体系。矿井正常生产期间，为封堵顶分层采空区下破碎煤体内的漏风通道，自主设计应用了注水泥凝胶工艺固化顶板，封堵裂隙，取得理想的防火效果。
2井下火灾发生的原因分析
第一，过于追求开采效率，企业把大量资金用于开采设备的购买、租赁，对煤矿的防灭火工作认识不足，认为只要煤矿不发生火灾，就不需要投入相应的防灭火设备。
第二，对于防灭火人员的培训不足，导致设备操作人员对煤矿防灭火设备性能、操作、维护不熟悉，即便投资购买了先进的防灭火设备不能保证设备正常的高效运行。
第三，未认真对井下开采煤层自然发火技术参数进行深入研究分析，不能为矿井的防灭火工作提供科学有力的保障。
第四，管理上的欠缺，井下不用的可燃物未及时升井、采空区大量的丢煤、采空区漏风未进行及时治理、对于已封闭的采空区在不同程度上存在管理缺失。
3煤矿火灾防治技术应用分析
该煤矿以往火灾防治主要采用以下几种方案。
3.1通风防火技术
通过合理的通风设备和构筑物达到矿井通风网络结构简单、通风网络阻力消耗适中、各段阻力消耗比例适宜、主通风机与井下风网匹配、通风设施类型及位置选择合理、巷道风速适中的通风系统可大大减少或消除煤层自然发火的供氧因素，进而控制或消除氧化蓄热条件，防止自然发火事故的发生。
3.2灌浆防火技术
灌浆防灭火材料主要有：黄泥浆、水砂浆、煤矿石泥浆、粉煤灰及废水泥渣充填材料等。建立灌浆站通过管路将浆输送至井下可能发火区域。其中的固体材料沉淀后，对破碎煤体起包裹作用，阻止煤氧接触。且充填煤体裂隙，增加漏风阻力，减少漏风量。灌注于顶分层时可以胶结顶板，有利于再生顶板的形成，并润湿破碎煤体，延长自燃发火期。
3.3惰性气体（氮气）防火技术
注氮防灭火技术是将惰性气体氮气输送到有破碎煤体或采空区，在自身的扩散和外加能量场的作用下，在破碎煤体周围形成氮气层，降低煤层中的氧气浓度，弱化氧气的供给量，阻止或延长煤的氧化能力。
3.4阻化剂防火技术
阻化剂防灭火技术是利于阻化剂的物理性质制成溶液喷洒在煤体表面或灌注于采空区、煤柱内而附在煤体表面，并形成水气膜包裹煤体，阻止氧气与煤体的接触，进而起到吸热降温、隔绝氧气的作用，达到防灭火的效果。阻化剂在应用中具有成本较低、操作简单等特点，在全国矿井中使用广泛。目前这一技术正向着多种阻化材料协同阻化的方向发展。
3.5化学凝胶防火技术
化学凝胶防灭火技术是水玻璃作为基料与弱碱性无氨物作为促凝剂发成化学反应后生产的二氧化硅（SiO2）凝胶，反应机理如下：
Si(OH)2SO4+NaOH/NaCO3→SiO2+Na2SO4+H2O/H2CO3
该胶体包裹了溶液中所有物质，包括生成的盐和水，形成了一个具有一定抗压强度的凝固体。化学凝胶成胶时间可以依据需要进行调整，成胶前易于流动，成胶后呈固态胶体状；初凝后的胶体含水量在90%以上，最大可达93%，具有液体的渗透堵漏能力；成胶过程是吸热反应，具有吸热降温功能；它不仅可密实充填破碎煤体的缝隙，堵住漏风供氧通道，其中的水分以较长时间缓慢浸润破碎煤体，使其长期保持湿润状态，惰化其氧化性，延长其自然发火期，从而阻化煤体的氧化，达到长期安全防火的目的。
3.6泡沫防火技术
泡沫防灭火主要有惰性气、固态不燃物、液态的水和发泡剂、稳泡剂通过添加泵和发泡器使其相互作用形成的一种具有分散度和黏度的泡沫群体。含氮气的三相泡沫利用固态不燃物的覆盖性、惰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。
3.7均压防火技术
均压防灭火技术主要是通过平衡压差技术防灭火，利用调压设施有意识的缓解漏风通道两段的压差，常用的调压设施有风窗、风机、气室等。在不供给新鲜空气和情况下，达到采空区或火区不发生空气交换的效果，使采空区或火区断氧窒熄惰化。
4矿用水泥凝胶充填固化防火技术
为防治煤炭自燃，国内外广泛采用注胶、灌浆、喷洒阻化剂、注惰性气体等技术。近年来又广泛采用高分子材料（灭阻安、无氨凝胶、波雷因）、惰化气雾、泡沫树脂等防灭火技术。但采用高分子材料防灭火时，因其单价较高，而造成吨煤防火成本偏高。为了低防火成本，且同时实现自燃火患有效治理，保证矿井安全生产，通过水泥凝胶对破碎煤体进行充填固化，可有效降低防火费用。
4.1研究目标
煤矿防灭火材料的胶体不同于化学中的胶体体系，化学中的胶体体系指微小颗粒的分散体系，而在矿井防灭火所用的胶体主要是指各类物质形成类似凝胶的体系。一定浓度的溶胶、大分子混合物的真溶液或其他分散体系自动形成凝胶的过程称为凝胶过程。在胶体灭火材料中，大量水被机械的包藏于具有多孔结构的凝胶孔洞中，并被密封于巷道中且难以流动。胶体灭火材料具有一定的强度，且具有锁水的功能。
4.2研究内容
矿井火灾及冒顶事故均是煤矿常见的重大灾害，为了开发出一种注入前流动性好，注入后灭火降温效果好，且强度较高的矿井充填材料，解决矿井冒顶区的塌落和防灭火问题，开发了水泥凝胶胶体。通过实验，测定水泥复合胶体的各种性能，得到适用于现场注胶的水泥凝胶材料的最佳配比，并将其应用于矿井冒顶区域充填加固防灭火中，检验水泥胶体的充填加固和防灭火效果。
4.3水泥凝胶充填封堵性能
把水泥与水玻璃水溶液混合后，会逐渐硬化成强度较大的固体材料，在各种充填中得到广泛的应用。同时，水泥凝胶在较短时间内，会大量吸收水分，并形成不易流动的复合胶体。水泥凝胶防灭火剂充填堵漏性能主要包括：
（1）固水性：易流动的水被固结起来，充分发挥水能灭火的作用。
（2）热降温性：成胶过程是吸热的过程，水泥凝胶在煤体中成胶，将吸收大量的温度，降低煤体内的温度。
（3）渗透和堵漏性：水泥和玻璃水均与水混合成溶液，形成易流动的液体，渗透到煤体缝隙中后形成胶体，堵住漏风通道。
（4）阻化性：玻璃水和水泥本身都是阻化剂，两者反应形成的胶体也是阻化剂，具有很好的防灭火性能。
（5）热稳定性：在一定的温度下，水泥凝胶仍然能保持其固体的特性，不融化、不破裂，只是会失水干裂，但残渣仍然能充填煤体空隙。
（6）充填性能：水泥与水玻璃反应形成的胶体，不易流动，能采冒顶区域堆积，可用于采空区充填。
（7）成胶时间可控：针对不同的地质条件，可根据现场使用工艺进行适当调节，可控制成胶时间。
4.4应用效果分析
水泥可以有效的代替促凝剂制备凝胶用于下分层开掘巷道时对顶板漏风通道的封堵，从而减少矿井防灭火材料的投入。从防火材料的环保性、成胶效果、初凝时间、终凝时间、成本费用等方面进行了综合对比，水泥凝胶成胶以较小的投入达到了理想的防火效果。
参考文献
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