一七矿用灭火系统——煤矿火灾防治创新系统

 马克斯·托马斯·施托特讷1  迪特·布吕姆克2

 （1．德国一七有限公司，德国卢肯瓦尔德，14943；

 2．德国矿山安全与健康咨询与培训公司，德国多特蒙德，44388）

 摘  要  数年来，德国公司致力于研发一种采空区消防的新型高科技设备。最近，通过在水中添加一种特殊的发泡剂和压缩空气，一七矿用系统可以产生出压缩空气泡沫，也被称

为CAF。这种发泡剂是一种表面活性剂，不是像苯酚或聚氨酯硬质泡沫一样的可燃物质。这种泡沫具有很强的渗透性和持久的抑制性。通过将大量泡沫注入采空区，完全防止爆炸性气体涌出，并且粘附的泡沫将隔绝煤与氧气的接触。这种矿用设备可生产泡沫多达200 L/s。

 位于土耳其阿玛斯拉煤矿的卡琳达玛煤层的火势持续了5个半月之久，2014年7月16

日至8月3日，通过连续20天参与该煤层的井下火灾救援，利用一七矿用6000型设备和A

类浓缩泡沫剂可以扑灭煤矿阴燃着火。控制火区消耗干泡沫和湿泡沫的总量约为91000 m3，

总消耗水量为4200m3，A类浓缩泡沫剂的总消耗量为6320 L。

 最终得出结论，若应用传统方法（注氮惰化）灭火，火灾区域将不得不废弃，但通过使

用一七矿用6000型设备和泡沫剂，可以将火灾区域重新利用，同时采掘设备恢复使用，卡

琳达玛煤层得以继续开采。

 一七矿用灭火系统包含主体设备（6000型或12000型）和A类浓缩泡沫剂，对于世界

采煤业来说是一项高科技创新，是阻止自燃的完美方法。在主动消防中它将替代传统的注氮

惰化方法。

 关键词  火灾防治  发泡剂  消防作业  一七矿用灭火系统

中图分类号  TD75

1  一七矿用灭火系统

1.1  命名的由来

 通过在1滴水中加入特殊的泡沫剂和压缩气体（空气或氮气），使其变成7个泡沫，最终获得压缩空气泡沫，即CAF。

1.2-七泡沫剂及其性能

 通过此过程形成一个微细包状的、结构相同的泡沫，并具有以下特性：

 (1)优质的泡沫结构，对扑灭各种类型火灾至关重要；

 (2)泡沫表面积大，产生超强的降温能力 (20℃/s)；

 (3)高能量值，引发高速渗透力；

 (4)粘合性能，加速冷却燃料；

 (5)强润湿能力，将泡沫溶液的渗透作用转化为对燃料抑制作用。

 发泡药剂是一种表面活性剂，不是像苯酚或聚氨酯硬质泡沫一样的可燃物质。

1.3  矿用6000型设备及其性能

 该系统主要研发应用于煤矿生产，而且为高难度作业做了强化设计。该系统符合欧盟防爆标准(ATEX I)。水和气体（空气或氮气）来源于煤矿井下安装的管道，二者的运行压力均为0.2～1 M Pa。该设备可以产生泡沫多达100 L/s。泡沫附着性能演示如图l所示。

 一七矿用6000型设备技术指标如下：

 (1)尺寸规格（长×宽×高）：2550 mm× 990 mm×1420 mm；

 (2)净重：1550 kg;

 (3)水消耗量：最大5 L/s(运行压力为0. 2～1 M Pa)；

 (4)气体（氮气或空气）消耗量：最大100 L/s（运行压力为0.2～1 M Pa）；

 (5)泡沫剂：一七A类泡沫剂(0.3%)；

 (6)内置泡沫罐容量：150 L；

 (7)泡沫特性：可调节的泡沫，（湿泡沫）用于灭火和（干泡沫）用于防火；

 (8)干泡沫持续作用时间：约5h。

 矿用12000型设备性能更加强劲，可以产生泡沫200 L/s。

 煤矿中随时有火灾及爆炸的危险，一是由于材料有自燃的危险，如煤炭、废料等；二是由于存在爆炸性的气体或粉尘，如瓦斯、煤尘等。

 一七矿用系统对以上两种危险均起到预防作用，通过覆盖采空区危险区域，阻止采空区自燃及粉尘爆炸，对机器设备和煤本身发生的实际火灾也能起到抑制作用。

2  卡琳达玛煤层的消防灭火实例

 由于是急倾斜长壁工作面，消防作业需分3个阶段进行：

 A阶段：7月16日至7月20日，对下部平巷同时也是进风道发泡，以切断火灾区的空气供应。

 B阶段：7月20日至8月2日，将设备移至进风巷密闭墙附近后，用灭火泡沫完全充填发火区至回风巷。C阶段：8月2日至8月3日，在辅助通风条件下，矿山救护队通过持续注入灭火泡沫进入发火区。

2.1  消防作业

2. 1.1  A阶段

 设备安装在回风巷密闭墙以西约60 m处，如图2所示，通过一条软管与密闭墙中直径为75 mm的管路连接。在7月16日，发泡作业开始后，从卡琳达玛煤层进风巷密闭墙附近采取空气样品，在实验室中对样品进行评估。运行过程中CO、CO2、CH1和O2浓度变化趋势如图3所示。在A阶段，共27000 m3的泡沫被注入到回风巷。

2.1 2  B阶段

 7月20日，在B阶段刚开始向进风巷注入泡沫期间，通过相邻煤层塔万达玛煤层2号钻孔测量CO、CO2、CH4和O2浓度变化趋势，如图4所示。8月2日，在B阶段快结束时打开密闭墙，并开启C阶段。B阶段中，共计50700m 3泡沫通过1号钻孔被注入到进风巷和1号钻孔。

2.1.3  C阶段

 8月3日0点，在保持发泡（干泡沫）的同时，打开卡琳达玛煤层进风巷密闭墙，在辅助通风条件下，矿山救援队可以进入进风巷。从C阶段开始，矿山救援队进入火区，直到C阶段结束，任务完成。

 井下设备恢复使用，为继续开采卡琳达玛煤层做准备。

2.2  总结

 该实施方案可以简要描述如下：

 (1)在密闭的状态下，通过完全注满泡沫切断火灾区域所有的通风和气体流动。 

(2)在辅助通风条件下，通过不断形成泡沫坝，逐段打开火灾区域，这种泡沫坝的工作原理类似一个移动面，保护工作区以免有毒和爆炸性气体进入。

 由于一七A类泡沫剂的冷却效果．所有潜在易燃材料（例如煤炭、木材等）被首次注入的泡沫打湿后马上都变成了非易燃物。

 （3)恢复持续通风。

3防火应用

 防火应用的目标是防止采空区遗煤自燃。一长壁工作面防止采空区遗煤自燃的应用实例如图5所示，应用一七矿用6000型设备可有效防止火灾发生。

 捷克共和国煤矿中应用下泡沫的部分效果如图6所爪。为了降低煤炭的氧化反应活性，采空区被十泡沫覆盖。