專利名稱：用聚合凝膠控制礦井火災(zāi)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在限定區(qū)域控制火災(zāi)的方法，尤其涉及在地下礦井中控制火災(zāi)的方法。
背景技術(shù)：
礦井火災(zāi)對于地下環(huán)境中工作人員的健康和安全構(gòu)成巨大威脅，而且還對礦井火 災(zāi)附近的地上建筑構(gòu)成環(huán)境威脅和結(jié)構(gòu)風(fēng)險。已有多種材料用來撲滅在地下礦井或限定區(qū) 域的火災(zāi)，這些材料包括水、泡沫等。水可以帶走熱并使氧隔離火焰，但是經(jīng)常在火焰被徹 底撲滅之前水就迅速蒸發(fā)。除非水浸透到著火的結(jié)構(gòu)材料之中，否則在火焰被徹底撲滅之 前水就蒸發(fā)了。另外，僅有有限量的水在蒸發(fā)之前能被吸收到著火的結(jié)構(gòu)中。水沒有浸透 到許多結(jié)構(gòu)中而是流走了，沒有起到作用。因此，需要將穩(wěn)定的水直接供給火焰。因而需要 大量的人力和水的供應(yīng)來對流失的水或蒸發(fā)的水進(jìn)行再補(bǔ)充和/或?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行再滲透，以 提供連續(xù)的保護(hù)。將泡沫用來滅火以提供更多穩(wěn)定的材料，其不會流失或快速蒸發(fā)。這樣的泡沫已 被用來在地下礦井和其它限定區(qū)域中控制火勢。為了避免向礦井火災(zāi)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(tǒng)的 膨脹空氣泡沫相比，著火區(qū)域接觸到具有一定的滅火特性的膨脹氮泡沫。當(dāng)膨脹氮泡沫具 有結(jié)構(gòu)整體性，其在施加到一個結(jié)構(gòu)上時可以填充于限定區(qū)域并保持一段時間，泡沫不會 流入或被噴灑到著火結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部縫隙，例如進(jìn)入到煤柱。因而，盡管泡沫對于在開闊區(qū)域 的滅火是有效的，但將其用于地下礦井中來撲滅煤柱中的火或用于撲滅煤堆中的火時，作 用有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種控制礦井火災(zāi)的方法，包括將吸水聚合組合物輸送到涉火的巖石 結(jié)構(gòu)以及將聚合組合物注入到巖石結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明還包括控制地下礦井中的通風(fēng)的方法， 即通過向?qū)⒁綦x的礦井某一區(qū)域的礦井入口輸送吸水聚合組合物，并用吸水聚合組合物 填充礦道來封閉礦井入口。可以通過在地面上打一鉆孔來將吸水聚合組合物輸送到將要隔 離的礦井的某一區(qū)域的附近。本發(fā)明還包括礦井封閉，即通過由吸水聚合組合物構(gòu)成墻來 填充礦井入口。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(zāi)來進(jìn)行處理。圖4是表示礦井入口的截面圖，其中，根據(jù)本發(fā)明的封閉正在進(jìn)行中。圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的方法所形成的封閉的正視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的公開內(nèi)容涉及對地下礦井的火災(zāi)的控制。地下礦井的一些部分可以通過 本發(fā)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(fā)明并不限于這些，還 包括其它限定區(qū)域，例如一些具有有限通風(fēng)的地點(diǎn)和不易接近去滅火的地點(diǎn)等。在這些限 定區(qū)域中，燃燒的副產(chǎn)物可能會累積從而對試圖滅火的人員造成威脅。本發(fā)明是用于對限定區(qū)域例如礦道進(jìn)行滅火的方法，通過將吸水聚合組合物與涉 火區(qū)域接觸。本發(fā)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(yīng) 于顆粒大小和重量的顯著量的水，還可包括增稠劑來產(chǎn)生相對高粘度組合物。適合的聚合 物顆粒由親水性單體制成，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制造，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(diào)節(jié)劑來提高聚合組合物所需要的結(jié)構(gòu)整體性應(yīng)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(jié)構(gòu)(例如煤柱)間的內(nèi)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(dāng)單獨(dú)將水注入涉火 的巖層中，一般地，水在達(dá)到火焰之前就已經(jīng)蒸發(fā)，起不到作用。相反，在本發(fā)明中使用的聚 合組合物的表面積大于水分子，因而蒸發(fā)過程緩慢。更多的水到達(dá)火焰，而且與單獨(dú)使用水 或使用滅火泡沫時相比，火焰被更少的水撲滅。本發(fā)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(shí)施方式中，聚合 物顆粒懸浮于水中(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(tǒng)的供水系統(tǒng)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并將成分混合在一起。泵18可以包括混合裝置(未圖示)，例如 靜態(tài)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?；蛘?，到達(dá)煤柱P的內(nèi)部，鉆孔22被打通 到達(dá)所需深度，聚合組合物通過鉆孔裝填器(bore hole packer) 24輸入到鉆孔22中。聚 合組合物被泵入并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(nèi) 部，在火源點(diǎn)或靠近火源處的火焰被壓制。在處理后，成分輸送管20被轉(zhuǎn)移到另一需要撲 火處理的煤柱的區(qū)域，而鉆孔裝填器24 —般被保留在原位。聚合組合物能壓制火是由于水 的存在。另外，填充的裂縫26起到了阻止空氣進(jìn)入煤柱P內(nèi)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(hù)煤柱P。參見附圖2，可以類似方式對松散的煤堆T進(jìn)行處理。煤堆T可以是地下的或地上 的。鉆孔裝填器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(dǎo)向孔或鉆孔來 便于鉆孔裝填器24的插入。聚合組合物從輸送管線20和鉆孔裝填器24流入煤堆中的各 處，并擴(kuò)散到松散的煤中，在煤堆T中形成區(qū)域26’。在區(qū)域26’的聚合組合物最終會干燥而不會對處理過的煤產(chǎn)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(hù)煤堆。參照附圖3，顯示形成控火封閉的系統(tǒng)50?？梢酝ㄟ^預(yù)先存在的通風(fēng)井或鉆孔等， 例如在52處(從地表G進(jìn)行鉆孔)來實(shí)現(xiàn)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(jìn)行。系統(tǒng)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 置附近形成一道墻54。聚合組合物具有粘度和結(jié)構(gòu)整體性，可以完全填充于礦道E，如圖5 所示。可以通過調(diào)節(jié)粘度(例如提高粘度)來使得聚合組合物保持穩(wěn)定并且不從其施加的 結(jié)構(gòu)快速流失，或在例如54處堆積。墻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(gòu)成?；蛘?，聚合組合物還可在礦道內(nèi)輸送，如圖4所示，來構(gòu)成聚合組合物的 墻54。在另一實(shí)施方式中，聚合組合物進(jìn)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(jī)材料。通過填充礦道，如圖5所示，形成的聚合組合物的墻54截?cái)嗔讼蛏婊餏的礦道的隔離部分56的空氣的供應(yīng)，從而起到了封閉礦道的作用。墻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，還墻54還可以構(gòu)建成防火墻來防止火 焰在礦道E內(nèi)的進(jìn)一步擴(kuò)散?？梢詫⒍栊詺怏w例如氮?dú)獾容斔偷降V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(gòu)建墻54。或者使用其它結(jié) 構(gòu)成分來修建礦道的封閉(例如水泥或聚合物磚、金屬板等)并使用聚合組合物來覆蓋。上述記載了本發(fā)明的全部優(yōu)選實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的宗旨和范圍的前提下 可以對本發(fā)明進(jìn)行修改和改進(jìn)。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求來確定并與之等同。
權(quán)利要求
一種控制礦井火災(zāi)的方法，包括向涉火巖石結(jié)構(gòu)輸送吸水聚合組合物，以及將該聚合組合物注入巖石結(jié)構(gòu)中。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，進(jìn)一步包括將水和聚合物顆?；旌蟻懋a(chǎn)生聚合 組合物。
4.根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，進(jìn)一步包括在巖石結(jié)構(gòu)中打一鉆孔并將聚合組 合物輸送到鉆孔中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，聚合組合物在壓力下經(jīng)由鉆孔裝填器輸送。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)聚合組合物的粘度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，進(jìn)一步包括使用聚合組合物來覆蓋巖石結(jié)構(gòu)表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，巖石結(jié)構(gòu)包括地下煤柱或煤堆。
11.一種控制地下礦道通風(fēng)的方法，包括向?qū)⒁綦x的礦井的某一區(qū)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，聚合組合物進(jìn)一步包括吸水添加劑，使得添加 劑在吸水后膨脹來填充礦道。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，將要隔離的礦井區(qū)域正在著火。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，進(jìn)一步包括將惰性氣體輸送到隔離的礦井區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，進(jìn)一步包括從地表位置打鉆孔到達(dá)將要隔離 的礦井區(qū)域的附近。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，將要隔離的礦井區(qū)域正在著火。
18.一種填充礦道的礦井封閉系統(tǒng)，包括由吸水聚合組合物構(gòu)成的墻。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的礦井封閉系統(tǒng)，其中，聚合組合物包括聚合物顆粒和水。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的礦井封閉系統(tǒng)，其中，聚合組合物進(jìn)一步包括接觸水后膨 脹的吸水添加劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制礦井火災(zāi)的方法，通過將吸水聚合組合物輸送到涉火巖石結(jié)構(gòu)并將聚合組合物注入巖石結(jié)構(gòu)。該聚合組合物還可用于構(gòu)建橫截礦道的封閉，來控制地下礦井火災(zāi)。
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(yōu)先權(quán)日2007年9月25日
發(fā)明者D·A·于塞 申請人:美康公司