本發(fā)明涉及煤礦防滅火技術(shù)鄰域，特別涉及一種防止采空區(qū)煤自燃的主動(dòng)式防滅火技術(shù)。

背景技術(shù)：

我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，煤炭是我國(guó)的基礎(chǔ)能源，國(guó)家《能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要(2004～2020年)》中明確提出“堅(jiān)持以煤炭為主體、電力為中心、油氣和新能源全面發(fā)展的能源戰(zhàn)略”目標(biāo)。為了滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的需求，煤炭仍然是我國(guó)的主要能源，今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)必須保證煤炭的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和安全開(kāi)采。因此，實(shí)現(xiàn)安全、高效開(kāi)采是國(guó)家能源持續(xù)有效供應(yīng)的重要保障。

我國(guó)的煤礦主要是井工開(kāi)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(qū)，在采空區(qū)位置存在著大量的遺煤，使得在采空區(qū)很容易自燃并且發(fā)生火災(zāi)。因此，火災(zāi)是嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的重要災(zāi)害之一，煤礦火災(zāi)中采空區(qū)火災(zāi)占據(jù)了主要部分。采空區(qū)煤體自然發(fā)火引起的火災(zāi)對(duì)工作面安全生產(chǎn)形成重大威脅，造成大量的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失以及環(huán)境污染。目前，隨著煤礦開(kāi)采機(jī)械化水平的提高，煤炭開(kāi)采速度越來(lái)越快，采空區(qū)空間面積擴(kuò)大、遺煤增多，使得采空區(qū)發(fā)火隱患更加突出，火災(zāi)發(fā)生率高、危害性大；而采空區(qū)起火源地點(diǎn)隱蔽，常規(guī)手段難以到達(dá)采空區(qū)內(nèi)很遠(yuǎn)的地方，同時(shí)，采空區(qū)火災(zāi)存在燒毀工作面的危險(xiǎn)，而且容易引起瓦斯事故，導(dǎo)致礦毀人亡，給煤礦的安全高效開(kāi)采帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

目前針對(duì)煤礦采空區(qū)煤體自燃的防滅火技術(shù)主要是先檢測(cè)后采取防滅火措施，或是注入預(yù)防性灌漿材料或阻化劑。前者屬于被動(dòng)式防滅火，對(duì)檢測(cè)手段的要求極高，而采空區(qū)面積廣且地形復(fù)雜，容易出現(xiàn)檢測(cè)遺漏，同時(shí)，采空區(qū)環(huán)境惡劣，檢測(cè)設(shè)備容易出現(xiàn)故障導(dǎo)致檢測(cè)失效，最終導(dǎo)致因未能及時(shí)采取防滅火措施引發(fā)采空區(qū)火災(zāi)；后者采用預(yù)防性灌注技術(shù)雖然可以達(dá)到提前抑制采空區(qū)遺煤自然發(fā)火的效果，但此方法用料量大、成本高、阻化壽命短，幾乎對(duì)采空區(qū)所有區(qū)域都要進(jìn)行灌注，然而也難免會(huì)產(chǎn)生遺漏，而且，受采空區(qū)潮濕環(huán)境影響阻化劑易失效，采空區(qū)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(wú)法全面覆蓋自燃的區(qū)域，從而失去采空區(qū)防治煤自燃的效果。同時(shí)灌注施工困難，對(duì)管道要求高，容易發(fā)生磨損和堵管現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種安全環(huán)保、成本低、可靠性高、響應(yīng)及時(shí)、施工部署方便的煤礦采空區(qū)主動(dòng)式防滅火技術(shù)，解決煤礦采空區(qū)煤自燃氧化起火的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種防止采空區(qū)煤自燃主動(dòng)式防滅火技術(shù)，包括溫控爆裂防滅火球體和傳送鋪設(shè)設(shè)備，其特征是在煤礦采空區(qū)，根據(jù)煤礦采空區(qū)自燃危險(xiǎn)區(qū)域分布規(guī)律，合理設(shè)置間距，鋪設(shè)溫控爆裂防滅火球體，使得溫控爆裂防滅火球體在采空區(qū)煤體出現(xiàn)自燃傾向或發(fā)火初期，起到主動(dòng)防滅火的作用。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的溫控爆裂防滅火球體包括殼體，殼體內(nèi)的防護(hù)鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及殼體內(nèi)部填充的滅火劑。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的溫控爆裂防滅火球體根據(jù)仿生學(xué)原理，形狀為具有很強(qiáng)抗壓能力的橢球形；體積大小根據(jù)設(shè)備所鋪設(shè)地點(diǎn)的自然發(fā)火傾向性設(shè)置。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的殼體材料為溫控相變材料，在環(huán)境溫度上升到一定值后，材料主動(dòng)爆裂，釋放出殼體內(nèi)的滅火劑。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的殼體內(nèi)的防護(hù)鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以承受一定的壓力，保護(hù)殼體因外力作用形成的破裂。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的滅火劑包裹在上述殼體和鋼絲網(wǎng)內(nèi)，滅火劑可以是固體、液體和氣體。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的固體滅火劑可以用于采空區(qū)內(nèi)任意空間，當(dāng)采空區(qū)溫度上升至殼體爆裂溫度，溫控爆裂防滅火球體自動(dòng)爆裂，拋灑內(nèi)部固體滅火劑，固體滅火劑覆蓋在自燃升溫區(qū)域使之與空氣有效隔絕，從而防止采空區(qū)遺煤自燃。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的液體滅火劑可以用于采空區(qū)內(nèi)任意空間，當(dāng)采空區(qū)溫度上升至殼體爆裂溫度，溫控爆裂防滅火球體自動(dòng)爆裂，拋灑內(nèi)部液體滅火劑，液體滅火劑具有冷卻和化學(xué)抑制雙重滅火功能，抗燃和抗復(fù)燃能力強(qiáng)。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的氣體滅火劑可以用于采空區(qū)內(nèi)任意空間，當(dāng)采空區(qū)溫度上升至殼體爆裂溫度，溫控爆裂防滅火球體自動(dòng)爆裂，釋放內(nèi)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(dá)不到可燃的濃度范圍，從而達(dá)到防滅火的目的。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：根據(jù)采空區(qū)空間、環(huán)境和地形等特點(diǎn)，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(dá)到最佳防滅火效果。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的傳送鋪設(shè)設(shè)備包括管體和三腳支架。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的管體為中空?qǐng)A柱體，可以根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)管體內(nèi)螺紋和外螺紋連接兩個(gè)及以上數(shù)量的管體以調(diào)節(jié)設(shè)備長(zhǎng)度。

更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：所述的三腳支架有三個(gè)支撐腳，支撐腳通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)支撐角度，通過(guò)調(diào)節(jié)支撐角度調(diào)節(jié)管體與地面之間的夾角，連接頭通過(guò)外螺紋與管體的內(nèi)螺紋連接實(shí)現(xiàn)管體與三腳支架的連接，連接頭通過(guò)旋轉(zhuǎn)桿調(diào)節(jié)角度。

在工作面開(kāi)采過(guò)程中，應(yīng)用傳送鋪設(shè)設(shè)備，根據(jù)溫控爆裂防滅火球體鋪設(shè)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(diào)節(jié)支撐腳角度，將溫控爆裂防滅火球體傳送布置在采空區(qū)內(nèi)容易自燃的地點(diǎn)；隨著煤層的開(kāi)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(qū)內(nèi)溫控爆裂防滅火球體附近的煤體不發(fā)生氧化自燃，即溫度達(dá)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(qū)內(nèi)；如果采空區(qū)內(nèi)溫控爆裂防滅火球體附近的煤體發(fā)生氧化自燃，不斷積聚熱量，環(huán)境溫度達(dá)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(qū)域，以全淹沒(méi)的方式及時(shí)消除發(fā)火隱患，使得溫控爆裂防滅火球體在采空區(qū)煤體出現(xiàn)自燃傾向或發(fā)火初期，起到主動(dòng)防滅火的作用。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)：(1)解決了目前煤礦采空區(qū)防滅火技術(shù)只能在檢測(cè)到發(fā)火之后才能被動(dòng)采取滅火措施的缺點(diǎn)，在采空區(qū)煤體出現(xiàn)自燃傾向或發(fā)火初期，就能立即自動(dòng)拋灑滅火劑，起到防滅火的作用；(2)采空區(qū)煤體自燃部位一般比較隱蔽且位于采空區(qū)深部，檢測(cè)設(shè)備難以全面地探測(cè)自然發(fā)火區(qū)域，而且人員和防滅火設(shè)備均不易深入，本發(fā)明可以在煤體自然發(fā)火之前主動(dòng)釋放滅火劑，及時(shí)有效的消除發(fā)火隱患，避免了此項(xiàng)問(wèn)題的產(chǎn)生；(3)同時(shí)，本發(fā)明不用事先鋪設(shè)檢測(cè)設(shè)備，而且傳送鋪設(shè)設(shè)備簡(jiǎn)單，施工方便，節(jié)約了資源，降低了成本，提高了工作效率；(4)本發(fā)明安全環(huán)保，且不受煤層傾斜度和采空區(qū)地形影響，不會(huì)造成環(huán)境污染，損害人員健康安全。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明公開(kāi)的煤礦采空區(qū)溫控爆裂防滅火球體的縱剖面以及網(wǎng)狀鋼絲結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是本發(fā)明公開(kāi)的煤礦采空區(qū)溫控爆裂防滅火球體的傳送鋪設(shè)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

圖3是本發(fā)明公開(kāi)的煤礦采空區(qū)溫控爆裂防滅火球體在采空區(qū)內(nèi)的鋪設(shè)示意圖

圖中符號(hào)說(shuō)明如下：1殼體；2防護(hù)鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)；3滅火劑；4管體；5內(nèi)螺紋；6管體外螺紋；7連接頭外螺紋；8連接頭；9旋轉(zhuǎn)桿；10溫控爆裂防滅火球體；11支撐腳；12旋轉(zhuǎn)接頭

具體實(shí)施方式

下面就附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步解釋，此處所描述的僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參見(jiàn)附圖1，本發(fā)明公開(kāi)的煤礦采空區(qū)溫控爆裂防滅火球體的縱剖面以及網(wǎng)狀鋼絲結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。由1、殼體2、防護(hù)鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)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(jù)仿生學(xué)原理，橢球形具有很強(qiáng)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(huán)境溫度升高到一定值后發(fā)生爆裂，釋放出殼體1內(nèi)的滅火劑3，殼體1內(nèi)的防護(hù)鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)2，可以承受一定的壓力，保護(hù)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(wǎng)2內(nèi)，滅火劑3可以是固體、液體和氣體。三種狀態(tài)的滅火劑均可以用于采空區(qū)內(nèi)任意空間，當(dāng)采空區(qū)溫度上升至殼體1爆裂溫度，溫控爆裂防滅火球體10自動(dòng)爆裂，拋灑內(nèi)部滅火劑3。其中固體滅火劑覆蓋在自燃升溫區(qū)域使之與空氣有效隔絕，從而防止采空區(qū)遺煤自燃；液體滅火劑具有冷卻和化學(xué)抑制雙重滅火功能，抗燃和抗復(fù)燃能力強(qiáng)；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(dá)不到可燃的濃度范圍，從而達(dá)到防滅火的目的。填充不同狀態(tài)滅火劑的三種主動(dòng)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(jiàn)附圖2，本發(fā)明公開(kāi)的煤礦采空區(qū)溫控爆裂防滅火球體的傳送鋪設(shè)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，由4管體、5內(nèi)螺紋、6管體外螺紋、7連接頭外螺紋、8連接頭、9旋轉(zhuǎn)桿、10、11支撐腳和12旋轉(zhuǎn)接頭組成。

所述的管體4為中空?qǐng)A柱體，可以根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)管體內(nèi)螺紋5和管體外螺紋6連接兩個(gè)及以上數(shù)量的管體4以調(diào)節(jié)設(shè)備長(zhǎng)度。三腳支架有三個(gè)支撐腳11，支撐腳11通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭12旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)支撐角度，通過(guò)調(diào)節(jié)支撐角度調(diào)節(jié)管體4與地面之間的夾角，連接頭8通過(guò)外螺紋7與管體4的內(nèi)螺紋5連接實(shí)現(xiàn)管體與三腳支架的連接，連接頭8通過(guò)旋轉(zhuǎn)桿9調(diào)節(jié)角度。

在工作面開(kāi)采過(guò)程中，根據(jù)溫控爆裂防滅火球體10鋪設(shè)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(guò)旋轉(zhuǎn)接頭12來(lái)調(diào)節(jié)三腳支架達(dá)到調(diào)整整個(gè)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(shù)量可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行增減，如果距離長(zhǎng)就增加管體的數(shù)量，連接頭8可以轉(zhuǎn)動(dòng)，也就使得管體4可以調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)支撐腳11角度，通過(guò)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(qū)內(nèi)容易自燃的地點(diǎn)；隨著煤層的開(kāi)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(qū)內(nèi)溫控爆裂防滅火球體10附近的煤體不發(fā)生氧化自燃，即溫度達(dá)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(qū)內(nèi)；如果采空區(qū)內(nèi)溫控爆裂防滅火球體10附近的煤體發(fā)生氧化自燃，不斷積聚熱量，環(huán)境溫度達(dá)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(qū)域，以全淹沒(méi)的方式及時(shí)消除發(fā)火隱患，使得溫控爆裂防滅火球體10在采空區(qū)煤體出現(xiàn)自燃傾向或發(fā)火初期，起到主動(dòng)防滅火的作用。

參見(jiàn)附圖3，本發(fā)明公開(kāi)的煤礦采空區(qū)溫控爆裂防滅火球體在采空區(qū)內(nèi)的鋪設(shè)示意圖。采空區(qū)根據(jù)自燃氧化情況分為三帶：散熱帶、自燃帶和窒息帶。靠近回風(fēng)巷容易發(fā)生漏風(fēng)，因此，散熱帶漏風(fēng)比較嚴(yán)重，在氧氣的作用下，遺煤發(fā)生氧化反應(yīng)并釋放出的熱量，但由于漏風(fēng)風(fēng)速比較大，氧化所產(chǎn)生的熱量絕大部分隨漏風(fēng)帶走，破壞了煤自然發(fā)火的蓄熱條件，一般不會(huì)發(fā)生自然發(fā)火；自燃帶漏風(fēng)提供氧氣但又不足以帶走過(guò)多的氧化熱，因此，氧化熱不斷積聚使煤的氧化反應(yīng)自動(dòng)地加速，最終將可能發(fā)展到激烈氧化階段，甚至出現(xiàn)明火燃燒現(xiàn)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(fā)生。

根據(jù)區(qū)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(gè)本發(fā)明溫控爆裂防滅火球體10，使得易自然發(fā)火區(qū)域都涵蓋于保護(hù)范圍之內(nèi)。由于在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，采空區(qū)自燃氧化三帶是移動(dòng)的，因此，在實(shí)際鋪設(shè)過(guò)程中，根據(jù)采空區(qū)漏風(fēng)情況，將傳送鋪設(shè)設(shè)備分別從A、B、C三個(gè)位置投放布置溫控爆裂防滅火球體10。在靠近回風(fēng)巷容易發(fā)生漏風(fēng)的區(qū)域多布置溫控爆裂防滅火球體10，隨著遠(yuǎn)離回風(fēng)巷，鋪設(shè)的溫控爆裂防滅火球體10逐漸減少。當(dāng)采空區(qū)內(nèi)遺煤與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使產(chǎn)生的熱量大于風(fēng)流帶走的熱量時(shí)，遺煤溫度升高，當(dāng)采空區(qū)溫度達(dá)到一定溫度，即達(dá)到殼體材料爆裂溫度時(shí)，本發(fā)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(qū)，起到防滅火的作用。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。