用聚合凝膠控制礦井火災的方法

2023-06-10 14:08:41

專利名稱：用聚合凝膠控制礦井火災的方法
技術領域：
本發明涉及在限定區域控制火災的方法，尤其涉及在地下礦井中控制火災的方法。
背景技術：
礦井火災對於地下環境中工作人員的健康和安全構成巨大威脅，而且還對礦井火 災附近的地上建築構成環境威脅和結構風險。已有多種材料用來撲滅在地下礦井或限定區 域的火災，這些材料包括水、泡沫等。水可以帶走熱並使氧隔離火焰，但是經常在火焰被徹 底撲滅之前水就迅速蒸發。除非水浸透到著火的結構材料之中，否則在火焰被徹底撲滅之 前水就蒸發了。另外，僅有有限量的水在蒸發之前能被吸收到著火的結構中。水沒有浸透 到許多結構中而是流走了，沒有起到作用。因此，需要將穩定的水直接供給火焰。因而需要 大量的人力和水的供應來對流失的水或蒸發的水進行再補充和/或對結構進行再滲透，以 提供連續的保護。將泡沫用來滅火以提供更多穩定的材料，其不會流失或快速蒸發。這樣的泡沫已 被用來在地下礦井和其它限定區域中控制火勢。為了避免向礦井火災的部位提供氧氣，如 美國專利7，104，336所公開的，建議使用膨脹氮泡沫來作為地下礦井的滅火劑。與傳統的 膨脹空氣泡沫相比，著火區域接觸到具有一定的滅火特性的膨脹氮泡沫。當膨脹氮泡沫具 有結構整體性，其在施加到一個結構上時可以填充於限定區域並保持一段時間，泡沫不會 流入或被噴灑到著火結構中的內部縫隙，例如進入到煤柱。因而，儘管泡沫對於在開闊區域 的滅火是有效的，但將其用於地下礦井中來撲滅煤柱中的火或用於撲滅煤堆中的火時，作 用有限。

發明內容
本發明涉及一種控制礦井火災的方法，包括將吸水聚合組合物輸送到涉火的巖石 結構以及將聚合組合物注入到巖石結構中。本發明還包括控制地下礦井中的通風的方法， 即通過向將要隔離的礦井某一區域的礦井入口輸送吸水聚合組合物，並用吸水聚合組合物 填充礦道來封閉礦井入口。可以通過在地面上打一鑽孔來將吸水聚合組合物輸送到將要隔 離的礦井的某一區域的附近。本發明還包括礦井封閉，即通過由吸水聚合組合物構成牆來 填充礦井入口。


圖1是表示根據本發明的方法處理的帶有著火煤柱的礦井入口部分的平面圖。圖2是表示根據本發明的方法處理的煤堆的正視圖。
圖3是表示礦井入口的截面圖，顯示從地表輸送控制礦井火災來進行處理。圖4是表示礦井入口的截面圖，其中，根據本發明的封閉正在進行中。圖5是表示根據本發明的方法所形成的封閉的正視圖。
具體實施例方式本發明的公開內容涉及對地下礦井的火災的控制。地下礦井的一些部分可以通過 本發明來控制，包括例如礦道的頂面、底面和/或肋部或煤柱。但本發明並不限於這些，還 包括其它限定區域，例如一些具有有限通風的地點和不易接近去滅火的地點等。在這些限 定區域中，燃燒的副產物可能會累積從而對試圖滅火的人員造成威脅。本發明是用於對限定區域例如礦道進行滅火的方法，通過將吸水聚合組合物與涉 火區域接觸。本發明的方法中所使用的吸水聚合組合物包括聚合物顆粒，其可以吸收相應 於顆粒大小和重量的顯著量的水，還可包括增稠劑來產生相對高粘度組合物。適合的聚合 物顆粒由親水性單體製成，例如美國專利6，245，252中所公開的，在此引入作為參考。聚合 組合物通過將聚合物顆粒與水混合來製造，這樣聚合物顆粒吸收大量的水。在聚合組合物 中可以添加粘度調節劑來提高聚合組合物所需要的結構整體性應用中的粘度。被輸送到火 焰中的聚合組合物含有大量的水，可以在火中被釋放出來。含水顆粒被射入或注入到涉火 結構(例如煤柱)間的內部縫隙，將滅火材料直接射入到火源或火源附近的火中。巖層，例 如在地下礦井中，本身也具有裂縫和縫隙，其中可以輸入聚合組合物。當單獨將水注入涉火 的巖層中，一般地，水在達到火焰之前就已經蒸發，起不到作用。相反，在本發明中使用的聚 合組合物的表面積大於水分子，因而蒸發過程緩慢。更多的水到達火焰，而且與單獨使用水 或使用滅火泡沫時相比，火焰被更少的水撲滅。本發明中使用的聚合組合物中可以最少含 有30襯％的水，最多含有90wt%以上的水。參照附圖1，吸水聚合組合物被輸送到涉火F的煤柱P。在一個實施方式中，聚合 物顆粒懸浮於水中(例如以1/2到3wt%或更多的量)，在容器10中被供給，容器10可以 被送到地下位置。水可以通過任何傳統的供水系統來提供，例如供水管12。懸浮的聚合物 顆粒和水由泵18分別通過泵管14和16供給到單一的輸送管線20。泵18可以是雙活塞泵 或其它泵來接受兩種成分並將成分混合在一起。泵18可以包括混合裝置(未圖示)，例如 靜態混合器或噴射器等。聚合組合物可以通過噴嘴(未圖示)等直接輸送到煤柱P的表面 S的巖層，將插入到煤柱P中的裂縫或縫隙C中。或者，到達煤柱P的內部，鑽孔22被打通 到達所需深度，聚合組合物通過鑽孔裝填器(bore hole packer) 24輸入到鑽孔22中。聚 合組合物被泵入並填充到縫隙或裂縫中，例如在26。通過將聚合組合物泵入到煤柱P的內 部，在火源點或靠近火源處的火焰被壓制。在處理後，成分輸送管20被轉移到另一需要撲 火處理的煤柱的區域，而鑽孔裝填器24 —般被保留在原位。聚合組合物能壓制火是由於水 的存在。另外，填充的裂縫26起到了阻止空氣進入煤柱P內部的作用，使火焰耗盡了氧。聚 合組合物還可以施加到表面S來整體保護煤柱P。參見附圖2，可以類似方式對鬆散的煤堆T進行處理。煤堆T可以是地下的或地上 的。鑽孔裝填器24被插入煤堆T，可以需要也可以不需要在煤堆T中提供導向孔或鑽孔來 便於鑽孔裝填器24的插入。聚合組合物從輸送管線20和鑽孔裝填器24流入煤堆中的各 處，並擴散到鬆散的煤中，在煤堆T中形成區域26』。在區域26』的聚合組合物最終會幹燥而不會對處理過的煤產生不良影響。另外，煤堆T的外表面例如在28可以由聚合組合物來 覆蓋，來整體保護煤堆。參照附圖3，顯示形成控火封閉的系統50。可以通過預先存在的通風井或鑽孔等， 例如在52處(從地表G進行鑽孔)來實現接近涉火的礦道E。聚合組合物從容器20和供 水管12通過管線14、16和泵18傳送到輸送管線20，以與上述處理煤柱P或煤堆T類似的 方式來進行。系統50將聚合組合物輸送到礦道E從而使得聚合組合物堆積，在火焰F的位 置附近形成一道牆54。聚合組合物具有粘度和結構整體性，可以完全填充於礦道E，如圖5 所示。可以通過調節粘度(例如提高粘度)來使得聚合組合物保持穩定並且不從其施加的 結構快速流失，或在例如54處堆積。牆54還可以通過施加多層具有相同或不同粘度的聚 合組合物來構成。或者，聚合組合物還可在礦道內輸送，如圖4所示，來構成聚合組合物的 牆54。在另一實施方式中，聚合組合物進一步包括與水接觸而膨脹的添加劑，合適的膨 脹添加劑包括例如膨潤土的材料，還可以包括可燃的但與水接觸膨脹的有機材料。通過填充礦道，如圖5所示，形成的聚合組合物的牆54截斷了向涉火F的礦道的隔離部分56的空氣的供應，從而起到了封閉礦道的作用。牆54形成了一個空腔或隔離部 分56，將火焰F與礦道E的未涉火部分分離。另外，還牆54還可以構建成防火牆來防止火 焰在礦道E內的進一步擴散。可以將惰性氣體例如氮氣等輸送到礦道E的隔離部分56來 消除隔離部分56的氧，從而使火熄滅。可以僅由聚合組合物來構建牆54。或者使用其它結 構成分來修建礦道的封閉(例如水泥或聚合物磚、金屬板等)並使用聚合組合物來覆蓋。上述記載了本發明的全部優選實施方式，在不脫離本發明的宗旨和範圍的前提下 可以對本發明進行修改和改進。本發明的範圍由權利要求來確定並與之等同。
權利要求
一種控制礦井火災的方法，包括向涉火巖石結構輸送吸水聚合組合物，以及將該聚合組合物注入巖石結構中。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，聚合組合物包括聚合物顆粒和至少50wt%的水。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，進一步包括將水和聚合物顆粒混合來產生聚合 組合物。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述輸送步驟包括將聚合組合物泵入巖石結構。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，聚合組合物包括由親水性單體形成的顆粒。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，進一步包括在巖石結構中打一鑽孔並將聚合組 合物輸送到鑽孔中。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，聚合組合物在壓力下經由鑽孔裝填器輸送。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，進一步包括調節聚合組合物的粘度。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，進一步包括使用聚合組合物來覆蓋巖石結構表面。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，巖石結構包括地下煤柱或煤堆。
11.一種控制地下礦道通風的方法，包括向將要隔離的礦井的某一區域的礦道輸送吸水聚合組合物，以及 用聚合組合物填充礦道來封閉礦道。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，聚合組合物包括聚合物顆粒和水。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，聚合組合物進一步包括吸水添加劑，使得添加 劑在吸水後膨脹來填充礦道。
14.根據權利要求11所述的方法，其中，將要隔離的礦井區域正在著火。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，進一步包括將惰性氣體輸送到隔離的礦井區域。
16.根據權利要求11所述的方法，其中，進一步包括從地表位置打鑽孔到達將要隔離 的礦井區域的附近。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，將要隔離的礦井區域正在著火。
18.一種填充礦道的礦井封閉系統，包括由吸水聚合組合物構成的牆。
19.根據權利要求18所述的礦井封閉系統，其中，聚合組合物包括聚合物顆粒和水。
20.根據權利要求19所述的礦井封閉系統，其中，聚合組合物進一步包括接觸水後膨 脹的吸水添加劑。
全文摘要
本發明公開了一種控制礦井火災的方法，通過將吸水聚合組合物輸送到涉火巖石結構並將聚合組合物注入巖石結構。該聚合組合物還可用於構建橫截礦道的封閉，來控制地下礦井火災。
文檔編號E21F5/02GK101828005SQ200880108431
公開日2010年9月8日 申請日期2008年9月25日 優先權日2007年9月25日
發明者D·A·於塞 申請人:美康公司