杨珏 李志权

摘要：采用留小柱沿空掘巷技术后，沿空巷道侧的窄柱易受到采空区上覆岩层压力产生“压酥”破坏，易形成漏风通道导致矿井火灾。本文研究了泡沫的发泡、稳泡机理及泡沫粉浆液各组分之间的化学反应。并分析总结了激发粉材料活性的方法，设计了泡沫粉材料端头袋式充填工艺。

关键词：泡沫粉;机理;堵漏风;端头充填

前言：

一直被誉为“工业的食粮”，工业在我国国民经济中占有主导性的地位。2009年，占全国一次能源消费总量的70%， 2012年中国产量达到36.6亿吨，比上年增长4%左右。2013年以来，尽管中国经济增长放缓，国家能源结构需要战略性调整，但“富、少气、缺油”的资源赋存条件决定了中国能源结构在今后一段时间内仍然是以为主。 20世纪90年代以后，随着矿企业的机械化程度大幅度提高，以及无柱开采的理念的普及，综合机械化采法得到了大规模应用。现代化的综放采法应用范围也不断扩大，其采的速度也得到了日益加快，但是这给采空区留下了大量的空间，使得在采空区中自然发火的问题变得更加突出。据资料统计在调查的国有重点矿 657处矿井中，有自然发火倾向性的矿井361处，在与瓦斯突出矿井中有自然 发火倾向性和尘爆炸危险的三种灾害并存的矿井71处，在高瓦斯矿井，有自然发火倾向性和尘爆炸危险的三种灾害并存的矿井87处。在实际生产中，矿井火灾己成为制约综放无柱开采高产高效和安全生产的关键问题之一。综合机械化放顶采工作面发生自燃火灾后，如果处理不及时， 很可能造成火灾蔓延而迫使工作面停产。

因此必须加强在矿井火灾防治方面的研究工作，开发适合矿井火灾特点的防灭火材料、设备和工艺，确保综放面安全生产。

一、泡沫的形成机理分析

（一）泡沫的形成机理

气泡的形成及破坏有其特殊的机制，了解泡沫的产生机制是制备泡沫粉的理论研究基础。活性分子在气一液界面上的定向吸附作用纯水可以通过气体做功形成泡沫，体逸出或泡沫相互接触会造成泡沫的破裂。可以通过在液体中加入发泡剂的方法，制备稳定的泡沫，发泡剂含有的活性分子能够在液体液面上定向排列，形成大量的聚集吸附，降低溶液的表面张力。发泡剂的活性分子由两部分组成：疏水基和亲水基，它们分别处于发泡剂活性分子的两端。由于亲水基和疏水基具有特定的结构特征，亲水基团溶于水，疏水基团厌水。这种特性使发泡剂活性分子在其溶液中极易吸附在气一液界面上并形成独特的定向排列的分子膜结构，这一特性能够降低溶液的表面张力。

（二）气泡的形成原理及过程

当通过搅拌或者引入压缩气体的方法将气体引入溶液中，发泡剂溶液中的发 泡剂活性分子会迅速吸附在气一液表面，形成对齐的表面活化剂双分子层结构， 截留气泡，此过程溶液中气泡的初始形成过程，由于气体由于密度小于液体上升 至溶液表面时，发泡剂分子将吸附在气泡的表面上，此时，发泡剂液膜形成气泡 膜的内层和外层，气泡在空气浮力的作用下，完全进入空气形成完整气泡，以上过程是一个单一的气泡形成，当无数的气泡聚集起来就形成泡沫混凝土所需的生产所需的泡沫。

二、泡沫稳定机理分析

为了获得稳定时间长的气泡，需要研究泡沫的稳定机理。首先需要研究泡沫的破坏机理，才能更好地研究泡沫的稳定机理。

（一）泡沫破坏机理

经过添加表面活化剂发泡形成的泡沫体系，其气一液界面面积和表面自由能 都较大，属于热力学不稳定体系，随着体系的自由能降低，在泡沫体系内会发生 一系列的物理过程，使得泡沫破裂。因此，泡沫体系都具有一定的寿命。对于工

业用的泡沫混凝土材料，泡沫破裂越慢对于生产越有利。泡沫破裂的主要原因在 于气一液两相体系中液膜因为强度和韧性不足导致破裂或气体扩散。导致膜破裂 的物理过程主要包括分层（或称排液），歧化（或称奥氏熟化）和聚并（或称膜 破裂）。

（二）泡沫的稳定机理

经过对泡沫的破坏机制的研究，可以得出提高泡沫稳定性的主要对策：其一，减缓泡沫的排液。这一点可以通过增加泡沫的表面粘度，从而减缓泡 沫液膜的排液，达到增强泡沫稳定性的目的，其对于制泡的指导意义在于选取更加高效的表面活化剂;其二是保证泡沫的粒径的稳定性，以及减缓泡沫中气体的扩散来达到增强泡沫稳定性的目的。对于制泡手段的指导意义在于采用更合理的发泡手段及添加稳泡剂。

三、泡沫粉材料端头袋式充填工艺设计

根据鲍店矿实际工作面布置情况，确定按照20-25m进行分段充填，充填 袋设计为长方体形状（3mx3mx4m），具体根据巷道断面及来压情况做出适当调整，由六面高强度防火纤维布、吊挂耳朵、纵向拉筋等几部分组成[小。吊挂耳 朵用于将模袋吊挂至顶板上（顶板无条件可选择挂至肩窝或实体帮）;通过预 置充填软管向袋内充填;设立上部排气孔进行监测充填量及排气，用穿强筋以限 制充填浆液时模袋前后立面的侧向变形。

（一）安装吊环：在端头支架后方安装吊环，吊环高度距离底板2.8m处，间 距为lm，安装1排4个;在顶板上距离实体帮0.5m和2.5m处安装吊环，间 距lm，安装2排8个，整体与帮上吊环相对;将充填袋按照对应位置挂于

（二）安装纵向拉筋：将纵向拉筋穿过充填袋挂钩和顶板吊环，使充填袋完 全吊起形成空的长方体空间。（安装时排气口朝向采空区一侧）

（三）接通软管：软管一端接通充填袋子充填口，另一端接通管道。

（四）通讯：地面联系井上进行粉浆液输运，并控制输运时间为30min

（五）制浆：输送系统输送的粉基浆与添加剂在混合后，经过发泡器的 发泡，形成泡沫粉材料。

（六）充填：开通泵站后，泡沫材料随管道泵送。通过压力表和流量计读取充填两及管道压力，充填量为36m3o充填過程中随时若个别压力表出区别于其他压力表的异常读书，则该段出现浆液沉积，具有堵塞危险;若浆液充填量超出预期36m3 （充填袋已满），不要关闭阀门，让浆液通过排气阀排至采空区，防止管道鼓胀。

参考文献：

[1]刘磊.鲍店矿远距离动压灌浆系统研究[D].西安科技大学，2017.

[2]李俊武.磁窑堡二矿试验综放面综合防灭火技术研究[D].西安科技大学，2018.

[3]郭国栋.粉资源化利用中碱溶法溶出硅铝研究[D].新疆大学，2016.

[4]中国资源综合利用年度报告（2014）[J].再生资源与循环经济，2017.

作者简介：

杨珏  李志权，湖南涟邵建设工程（集团）有限责任公司。