Una breve introducción a las tecnologías de extinción de incendios comúnmente utilizadas en minas de ganga de carbón que se encienden espontáneamente en el país y en el extranjero.
La tecnología de gestión de las montañas de ganga de carbón de combustión espontánea se puede dividir en dos vertientes: prevención y tratamiento. En cuanto a cómo prevenir la combustión espontánea en las colinas de ganga de carbón, los principales países extranjeros productores de carbón, como la ex Unión Soviética y los Estados Unidos, han acumulado mucha experiencia, pero la investigación y la práctica de la tecnología de extinción de incendios en las colinas de ganga de carbón en mi país comenzó relativamente tarde. Según los informes, la tasa de éxito de la gobernanza en Estados Unidos es inferior al 50%, y la de China es aún menor. Hasta el momento no existe ninguna experiencia exitosa y ningún ejemplo muy exitoso. La mayoría de ellos tienen éxito en la etapa inicial, fracasan en la etapa posterior y reaparecen después de unos años de gobierno.
Nuestro país también ha llevado a cabo exploraciones a largo plazo en tecnología de extinción de incendios de montaña de ganga de carbón. Al principio, el método de extinguir el fuego con agua limpia resultó no sólo ineficaz para extinguir el fuego, sino que también causó problemas más graves. En la montaña de ganga con combustión espontánea severa, entra una pequeña cantidad de agua para formar vapor de agua, que reacciona con la ganga caliente para producir hidrógeno. El riesgo de explosión del hidrógeno es mucho mayor que el del monóxido de carbono, su límite inferior de explosión es bajo, requiere una fuente de ignición baja y la posibilidad de accidentes por explosión es alta. Además, no hay forma de controlar el flujo de agua dentro del vertedero y no hay garantía de que todas las áreas del incendio sean extinguidas con agua. Debido a la acción del agua, la porosidad de la montaña de roca estéril aumenta y el rendimiento de la ventilación mejora considerablemente. Mientras se detenga el riego, el área residual del incendio se reavivará y desarrollará rápidamente si hay suficiente suministro de oxígeno. Por tanto, una lección de la práctica de extinción de incendios es que si no es la adecuada, no se puede verter agua limpia.
Los principales métodos de extinción de incendios en las montañas de ganga de carbón en el país y en el extranjero incluyen el método de excavación y enfriamiento de la fuente del fuego, el método de lechada, el método de cobertura, el método de combustión controlada, el método de espuma (gel) y el método de gas inerte a baja temperatura. , etc. Estos métodos de extinción de incendios tienen sus propias ventajas y ámbito de aplicación, pero también ciertas limitaciones.
1. Método de enfriamiento de excavación
El método de enfriamiento de excavación del área del incendio de combustión espontánea es el método más simple y está disponible en muchas minas de carbón extranjeras y también en las minas de carbón nacionales. Como material combustible con una capacidad de combustión extremadamente baja, la ganga de carbón puede liberar rápidamente calor al medio ambiente siempre que se destruya la capacidad de aislamiento de la zona de incendio de combustión espontánea, perdiendo el equilibrio entre la reacción exotérmica y la disipación de calor al medio ambiente. caerá rápidamente y la zona del incendio se extinguirá gradualmente. La mayor desventaja de este método son los problemas de seguridad. Ha habido muchas víctimas en los Estados Unidos. Una gran cantidad de aire que ingresa a la montaña de roca estéril expuesta puede fácilmente hacer que el gas inflamable interno alcance el límite de explosión y provoque una explosión. La ganga de carbón a altas temperaturas también hace que las condiciones de operación sean muy duras, causando graves daños a personas y equipos. En segundo lugar, la minuciosidad de este método es problemática y puede reavivar el fuego localmente después de extinguirlo. De hecho, este método solo es aplicable a la etapa inicial de autocalentamiento de la montaña de roca estéril. Sin embargo, la mayoría de las montañas de roca estéril carecen de la capacidad de monitorear el estado térmico de la montaña de roca estéril, por lo que este método no se ha popularizado.
2. Método de lechada
El método de lechada es una tecnología de extinción de incendios ampliamente utilizada en el país y en el extranjero. El método de lechada logra el propósito de extinguir el fuego mediante la interacción del enfriamiento y el aislamiento del oxígeno. Según la diferente profundidad de la lechada, se puede dividir en método de hormigón proyectado superficial y método de lechada profunda. El método de hormigón proyectado superficial generalmente rocía lechada sobre la superficie de la montaña de ganga de carbón o cava zanjas e inyecta lechada de cal en las zanjas. El proceso del método de lechada profunda es: primero convertir el material extintor en una lechada de una cierta concentración, luego organizar una serie de orificios en el área del incendio de la montaña de ganga de carbón y luego usar una bomba de lechada para inyectar el fuego. Lodo extintor en la montaña de ganga de carbón. Después de que la lechada extintora entra en contacto con la ganga de carbón a alta temperatura, el agua de la lechada se evapora rápidamente, eliminando una gran cantidad de calor y enfriando la ganga de carbón que se envuelve alrededor de la superficie del carbón; ganga o rellena los espacios entre la ganga de carbón, bloqueando el aire. Si el material de lechada contiene sustancias alcalinas como la cal, también puede absorber algunos gases como SO2 y SO3 liberados por la combustión de la ganga de carbón, lo que ayudará a reducir la nivel de contaminación de las montañas de ganga de carbón de combustión espontánea. El ácido sulfuroso generado por la reacción entre la cal y el SO2 y SO3. El calcio y el sulfato de calcio también tienen un cierto efecto de barrera contra el oxígeno; al mismo tiempo, el ambiente interno de la montaña de ganga de carbón cambia de ácido; a alcalino, inhibiendo el crecimiento de Thiobacillus, reduciendo así en gran medida la tasa de oxidación de la pirita y la posibilidad de combustión espontánea de la montaña de ganga de carbón.
La mayor ventaja de este método es que puede enfriar rápidamente la ganga de carbón en llamas y tiene un buen efecto de aislamiento de oxígeno. Rusia, Estados Unidos, Ucrania, la República Checa y otros países elogian este método de extinción de incendios. La tecnología de extinción de incendios con lechada es similar en varios países. En Donbas Mining Company, el método utilizado es utilizar un inyector para inyectar lechada de cal diluida al 5% en la pila de ganga de carbón a una profundidad de 2,5 ~ 3 m. El método propuesto por el Instituto de Tecnología Dunneck es colocar un tubo de escape al lado del orificio de inyección y usar una bomba de vacío para bombear aire mientras se aplica la inyección, a fin de generar una presión negativa local dentro de la montaña de ganga de carbón, lo que favorece la la penetración del lodo. Los estudiosos checos propusieron que se deberían seguir los siguientes principios al organizar pozos en las laderas de la ganga de carbón: el extremo superior del pozo horizontal inferior debe ser más alto que el extremo inferior del pozo horizontal superior, lo que puede reducir la infiltración de aire en la colina de la ganga de carbón ( Figura 4-1).
Para inyectar lodo en montañas de ganga de carbón más profundas, actualmente se utiliza ampliamente la tecnología de extinción de incendios con lechada profunda propuesta por el Instituto de Protección Ambiental del Instituto de Investigación del Carbón de Hangzhou. El método de inyección profunda inyecta lodo en la montaña de ganga de carbón a través de orificios de perforación y el efecto de extinción de incendios es bueno. Sin embargo, la desventaja del método de inyección profunda es que es difícil perforar agujeros en la zona del incendio.
Los incendios de las montañas de ganga ocurren principalmente en las laderas, y la longitud de las laderas de algunas montañas de ganga grandes a menudo supera los 100 metros. Después de que se quema una gran área de montaña de ganga, es difícil ingresar al área del incendio. La concentración de gases nocivos y la temperatura ambiente son muy elevadas, y también es necesario evitar que las piedras que ruedan encima puedan herir a las personas, lo que pone en cierto riesgo al operador.
Figura 4-1 Diseño de perforación en la ladera de la montaña Gangue
3. Métodos de recubrimiento y recubrimiento
El método de recubrimiento y recubrimiento consiste en cubrir la superficie de la montaña de ganga de carbón con sustancias inertes como loess y cenizas volantes para aislar el aire y evitar la combustión espontánea. Este método es económico y ampliamente utilizado en el país y en el extranjero. También se pueden elegir materiales no combustibles adecuados o materiales ignífugos para envolver la zona en llamas de la pila de ganga para aislarla del aire y extinguirla por falta de oxígeno. Los materiales utilizados para envolver y cubrir incluyen polvo de piedra caliza molida, limo y desechos de hornos de loess, arcilla y cemento. Estos materiales son relativamente baratos y se pueden obtener localmente. Para las montañas de ganga de carbón que se han encendido espontáneamente, si la temperatura de la ganga de carbón es demasiado alta, bajo la influencia de la alta temperatura, la capa superior del suelo compactada original se secará lentamente y producirá grietas, lo que eventualmente conducirá a fallas en el sellado del suelo. por lo que se debe tener cuidado para mantenerlo. El material de embalaje es espuma de poliuretano, que está bien envuelta y no tiene grietas. Sin embargo, es necesario rociar agua sobre la pila de ganga con anticipación para mantener la temperatura de la ganga por debajo del punto de ignición. Sin embargo, este material es caro y difícil de promover en la extinción de incendios a gran escala.
En la actualidad, los métodos de cobertura y recubrimiento se utilizan principalmente para controlar los incendios de montaña de ganga de carbón. La clave para extinguir el fuego es compactar la tierra de cobertura. La ganga de carbón debe enfriarse hasta cierto punto antes de poder cubrirla con tierra. Grupo de carbón Yangzhou, mina de carbón Fenxi Shuiyu, mina de carbón Jincheng Gushuyuan, mina de carbón Shenyang Caitun, etc. Este método se ha utilizado para extinguir incendios en grandes áreas o montañas de ganga de carbón locales.
Cuarto método de combustión controlada
Este método fue propuesto por primera vez en 1980 y patentado en 1983. Estados Unidos llevó a cabo una prueba industrial de combustión controlada en una colina de ganga de carbón en Virginia Occidental. La idea básica es dejar que la montaña de ganga de carbón arda en condiciones controladas, los gases de combustión producidos por la combustión se procesan y descargan, y se aprovecha el calor generado. La escala de la montaña de ganga de carbón es de aproximadamente 9000 toneladas, y se planea quemarla en 9 meses, generando un calor de 1,2 × 108 kJ. Antes de la prueba, se instalaron horizontalmente un tubo de combustión de acero inoxidable con una longitud de 43 m y un diámetro de 0,09 m y un tubo colector de gas poroso con una longitud de 15 m en la parte inferior de la montaña de ganga de carbón. Después de que el ventilador de prueba funcionó durante 1.600 horas, el tubo de combustión se destruyó debido al doble efecto de la alta temperatura y la presión negativa. La prueba se detuvo aquí. Se estima que se quemaron 700 toneladas de ganga de carbón y se generaron 8,6×1,06 kJ de calor (Figura 4-2).
El principal problema de este método es que incluso si se utiliza un ventilador para bombear agua para el suministro forzado de oxígeno, la montaña de ganga de carbón todavía se encuentra en un estado de combustión incompleta. Los gases de combustión contienen una gran cantidad de gases tóxicos y nocivos como SO2, CO, H2S, etc., que deben purificarse mediante combustión secundaria y otros métodos de tratamiento. Además, la temperatura de los gases de combustión es alta y corrosiva, los equipos, especialmente las tuberías, son caros y la anticorrosión subterránea es difícil.
Figura 4-2 Diagrama de flujo del proceso del método de combustión controlada
Método de espuma del verbo (abreviatura de verbo)
El método de espuma consiste en inyectar un agente extintor de espuma en el área de fuego Aísla el oxígeno y absorbe el calor, reduce la temperatura de la ganga del carbón y logra el propósito de extinguir el fuego. En comparación con el método de inyección ordinario, la espuma, como forma de suministro de agua, puede mantener el agua en los espacios de la ganga de carbón durante mucho tiempo sin perderla rápidamente por los espacios de la ganga de carbón. Por lo tanto, en comparación con el método de inyección de agua, tiene mejores efectos de enfriamiento y aislamiento de oxígeno.
La espuma está compuesta principalmente por agua y agente espumante. El agente espumante tiene una alta proporción de formación de espuma y puede llenar rápidamente los espacios entre la ganga de carbón, pero dicha espuma se rompe fácilmente. La espuma con un índice de expansión bajo, aunque duradera, no necesariamente llena los huecos. Generalmente, se debe seleccionar un agente espumante con una proporción de espuma moderada y se debe agregar un espesante o una sustancia gel para mejorar la estabilidad de la espuma.
Este método se ha utilizado con éxito en experimentos industriales a pequeña escala en los Estados Unidos, pero no se sabe cómo mantener la estabilidad a largo plazo de la espuma en las grietas de la ganga de carbón bajo la acción del viento y la lluvia. sigue siendo un problema. La Universidad de Minería de Xi'an intentó utilizar el método del gel para extinguir pequeños incendios en pilas de carbón. En comparación con el método de riego, el gel sella la zona rociada durante más tiempo y el efecto es evidente. Sin embargo, bajo la acción de altas temperaturas, el gel se deshidrata, afectando el efecto extintor del fuego.
6. Método de gas inerte a baja temperatura
El método de gas inerte a baja temperatura consiste en inyectar nitrógeno líquido, dióxido de carbono líquido y otros gases inertes en el área del incendio y utilizar el enorme efecto endotérmico de su gasificación a La montaña de ganga de carbón se enfría rápidamente y, al mismo tiempo, el gas inerte que queda en los huecos de la montaña de ganga de carbón también puede desempeñar un papel en el aislamiento de oxígeno. Después de inyectar el gas inerte a baja temperatura en la montaña de roca estéril, absorbe una gran cantidad de calor durante el proceso de cambio de líquido a gas. Al mismo tiempo, el volumen se expande rápidamente, formando una onda de presión fría, y luego. Se difunde rápidamente desde la fuente de inyección, lo que hace que los gases de combustión calientes de baja densidad sean expulsados y suban a la superficie. Al mismo tiempo, desempeña la función de aislar el aire fresco para que no entre en la montaña de roca estéril, logrando el doble propósito de. extinción y enfriamiento de incendios, manteniendo baja el área del incendio durante mucho tiempo y enfriando el punto de incendio dentro de la montaña de roca estéril por debajo de la temperatura crítica. La práctica ha demostrado que usar nitrógeno líquido o dióxido de carbono sólido solo no es tan efectivo como mezclarlos porque la mezcla es fácil de transportar y de costo relativamente bajo. A través de pruebas de campo, el costo de la extinción de incendios con gas inerte a baja temperatura es equivalente al del método de lechada tradicional. Sin embargo, la lechada de extinción de incendios del método de lechada se ve afectada por la gravedad y penetra principalmente hacia abajo. No se ve afectado por la gravedad y tiene una gama más amplia de efectos.
Bajo determinadas condiciones, el método de gas inerte a baja temperatura se puede utilizar en combinación con el método de lechada y el efecto puede ser mejor.
El método de extinción de incendios adoptado por la Mina No. 4 de China Pingmei Group Corporation es utilizar CO2 para extinguir y enfriar el fuego, y luego combinarlo con el método de lechada para una gestión integral, que ha logrado buenos resultados. Primero, se utiliza un generador de CO2 KY-360 especial para generar gas CO2, y se utiliza un equipo de perforación especial de fabricación propia para perforar manualmente agujeros en el punto de combustión espontánea de la montaña de roca estéril e inyectar gas CO2. Finalmente, se utilizó lechada para aislar la fuente del fuego del aire para consolidar los resultados de la extinción del incendio.
Estados Unidos ha realizado experimentos a pequeña escala utilizando este método. Inyecte 5 t de nitrógeno líquido en la pila de carbón (15,3 m3) con una temperatura de aproximadamente 100 °C a una velocidad de 0,38 m3/h. Después de unos minutos cerca del punto de inyección, la temperatura descendió a -68 °C y. la temperatura mínima de la pila de carbón bajó a -170°C, volvió a -20°C un mes después. El efecto de enfriamiento de este método es sin duda muy bueno, pero el enfriamiento de la ganga de carbón requiere una gran cantidad de gas inerte. La fuente de gas y el costo de extinción son los principales problemas de este método. Actualmente se están llevando a cabo pruebas industriales a gran escala en muchas zonas mineras de Estados Unidos.
7. Resistencia del retardante de autoignición de la ganga del carbón.
Con el fin de prevenir la combustión espontánea de la ganga de carbón y mejorar la calidad ambiental de las zonas mineras, hemos revelado y estudiado el mecanismo de inhibición de los retardantes de combustión espontánea de la ganga de carbón y hemos buscado retardantes de autoignición eficientes para la ganga de carbón. En los últimos años, se ha descubierto que los compuestos con grupos de adsorción. La emulsión polimérica compuesta por un grupo de polímeros y tensioactivos tiene un buen efecto inhibidor sobre la combustión espontánea de la ganga del carbón. Los resultados de la investigación tienen cierta importancia orientadora para el manejo de la combustión espontánea de la ganga de carbón de montaña. La emulsión de polímero compuesta de polímero y surfactante, debido a que el polímero con grupos de adsorción forma una adsorción multipunto, evitando que el oxígeno entre en contacto con la superficie de la ganga, y el surfactante tiene grupos hidrófilos y lipófilos, por lo que su grupo lipófilo El grupo contacta la ganga, y el El grupo hidrófilo se extiende en el aire, haciendo que la ganga sea hidrófila. Su emulsión forma una película de agua en la superficie de la ganga, evitando que el aire entre en contacto con la ganga y actuando como una polimerización de resistencia con los grupos NH4+. El retardante físico libera gas NH3 a alta temperatura; temperaturas, que pueden evitar que la ganga entre en contacto con el oxígeno del aire y ayudar a prevenir la combustión espontánea. Los inhibidores de autoignición en emulsión polimérica compuestos de polímeros con grupos de adsorción y tensioactivos pueden prevenir el calor de oxidación de la ganga de carbón, logrando así el propósito de prevenir la autoignición de la ganga de carbón, pero este método es costoso.
Con base en el análisis anterior, los métodos de extinción de incendios utilizados y existentes en las montañas de ganga de carbón de combustión espontánea se resumen en la Tabla 4-1.
Tabla 4-1 Métodos de extinción de incendios y perspectivas de desarrollo de las montañas de ganga de combustión espontánea
Continuación