专利名称：用聚合凝胶控制矿井火灾的方法
技术领域：
本发明涉及在限定区域控制火灾的方法，尤其涉及在地下矿井中控制火灾的方法。
背景技术：
矿井火灾对于地下环境中工作人员的健康和安全构成巨大威胁，而且还对矿井火 灾附近的地上建筑构成环境威胁和结构风险。已有多种材料用来扑灭在地下矿井或限定区 域的火灾，这些材料包括水、泡沫等。水可以带走热并使氧隔离火焰，但是经常在火焰被彻 底扑灭之前水就迅速蒸发。除非水浸透到着火的结构材料之中，否则在火焰被彻底扑灭之 前水就蒸发了。另外，仅有有限量的水在蒸发之前能被吸收到着火的结构中。水没有浸透 到许多结构中而是流走了，没有起到作用。因此，需要将稳定的水直接供给火焰。因而需要 大量的人力和水的供应来对流失的水或蒸发的水进行再补充和/或对结构进行再渗透，以 提供连续的保护。将泡沫用来灭火以提供更多稳定的材料，其不会流失或快速蒸发。这样的泡沫已 被用来在地下矿井和其它限定区域中控制火势。为了避免向矿井火灾的部位提供氧气，如 美国专利7，104，336所公开的，建议使用膨胀氮泡沫来作为地下矿井的灭火剂。与传统的 膨胀空气泡沫相比，着火区域接触到具有一定的灭火特性的膨胀氮泡沫。当膨胀氮泡沫具 有结构整体性，其在施加到一个结构上时可以填充于限定区域并保持一段时间，泡沫不会 流入或被喷洒到着火结构中的内部缝隙，例如进入到煤柱。因而，尽管泡沫对于在开阔区域 的灭火是有效的，但将其用于地下矿井中来扑灭煤柱中的火或用于扑灭煤堆中的火时，作 用有限。
发明内容
本发明涉及一种控制矿井火灾的方法，包括将吸水聚合组合物输送到涉火的岩石 结构以及将聚合组合物注入到岩石结构中。本发明还包括控制地下矿井中的通风的方法， 即通过向将要隔离的矿井某一区域的矿井入口输送吸水聚合组合物，并用吸水聚合组合物 填充矿道来封闭矿井入口。可以通过在地面上打一钻孔来将吸水聚合组合物输送到将要隔 离的矿井的某一区域的附近。本发明还包括矿井封闭，即通过由吸水聚合组合物构成墙来 填充矿井入口。
图1是表示根据本发明的方法处理的带有着火煤柱的矿井入口部分的平面图。图2是表示根据本发明的方法处理的煤堆的正视图。
图3是表示矿井入口的截面图，显示从地表输送控制矿井火灾来进行处理。图4是表示矿井入口的截面图，其中，根据本发明的封闭正在进行中。图5是表示根据本发明的方法所形成的封闭的正视图。
具体实施例方式本发明的公开内容涉及对地下矿井的火灾的控制。地下矿井的一些部分可以通过 本发明来控制，包括例如矿道的顶面、底面和/或肋部或煤柱。但本发明并不限于这些，还 包括其它限定区域，例如一些具有有限通风的地点和不易接近去灭火的地点等。在这些限 定区域中，燃烧的副产物可能会累积从而对试图灭火的人员造成威胁。本发明是用于对限定区域例如矿道进行灭火的方法，通过将吸水聚合组合物与涉 火区域接触。本发明的方法中所使用的吸水聚合组合物包括聚合物颗粒，其可以吸收相应 于颗粒大小和重量的显著量的水，还可包括增稠剂来产生相对高粘度组合物。适合的聚合 物颗粒由亲水性单体制成，例如美国专利6，245，252中所公开的，在此引入作为参考。聚合 组合物通过将聚合物颗粒与水混合来制造，这样聚合物颗粒吸收大量的水。在聚合组合物 中可以添加粘度调节剂来提高聚合组合物所需要的结构整体性应用中的粘度。被输送到火 焰中的聚合组合物含有大量的水，可以在火中被释放出来。含水颗粒被射入或注入到涉火 结构(例如煤柱)间的内部缝隙，将灭火材料直接射入到火源或火源附近的火中。岩层，例 如在地下矿井中，本身也具有裂缝和缝隙，其中可以输入聚合组合物。当单独将水注入涉火 的岩层中，一般地，水在达到火焰之前就已经蒸发，起不到作用。相反，在本发明中使用的聚 合组合物的表面积大于水分子，因而蒸发过程缓慢。更多的水到达火焰，而且与单独使用水 或使用灭火泡沫时相比，火焰被更少的水扑灭。本发明中使用的聚合组合物中可以最少含 有30衬％的水，最多含有90wt%以上的水。参照附图1，吸水聚合组合物被输送到涉火F的煤柱P。在一个实施方式中，聚合 物颗粒悬浮于水中(例如以1/2到3wt%或更多的量)，在容器10中被供给，容器10可以 被送到地下位置。水可以通过任何传统的供水系统来提供，例如供水管12。悬浮的聚合物 颗粒和水由泵18分别通过泵管14和16供给到单一的输送管线20。泵18可以是双活塞泵 或其它泵来接受两种成分并将成分混合在一起。泵18可以包括混合装置(未图示)，例如 静态混合器或喷射器等。聚合组合物可以通过喷嘴(未图示)等直接输送到煤柱P的表面 S的岩层，将插入到煤柱P中的裂缝或缝隙C中。或者，到达煤柱P的内部，钻孔22被打通 到达所需深度，聚合组合物通过钻孔装填器(bore hole packer) 24输入到钻孔22中。聚 合组合物被泵入并填充到缝隙或裂缝中，例如在26。通过将聚合组合物泵入到煤柱P的内 部，在火源点或靠近火源处的火焰被压制。在处理后，成分输送管20被转移到另一需要扑 火处理的煤柱的区域，而钻孔装填器24 —般被保留在原位。聚合组合物能压制火是由于水 的存在。另外，填充的裂缝26起到了阻止空气进入煤柱P内部的作用，使火焰耗尽了氧。聚 合组合物还可以施加到表面S来整体保护煤柱P。参见附图2，可以类似方式对松散的煤堆T进行处理。煤堆T可以是地下的或地上 的。钻孔装填器24被插入煤堆T，可以需要也可以不需要在煤堆T中提供导向孔或钻孔来 便于钻孔装填器24的插入。聚合组合物从输送管线20和钻孔装填器24流入煤堆中的各 处，并扩散到松散的煤中，在煤堆T中形成区域26’。在区域26’的聚合组合物最终会干燥而不会对处理过的煤产生不良影响。另外，煤堆T的外表面例如在28可以由聚合组合物来 覆盖，来整体保护煤堆。参照附图3，显示形成控火封闭的系统50。可以通过预先存在的通风井或钻孔等， 例如在52处(从地表G进行钻孔)来实现接近涉火的矿道E。聚合组合物从容器20和供 水管12通过管线14、16和泵18传送到输送管线20，以与上述处理煤柱P或煤堆T类似的 方式来进行。系统50将聚合组合物输送到矿道E从而使得聚合组合物堆积，在火焰F的位 置附近形成一道墙54。聚合组合物具有粘度和结构整体性，可以完全填充于矿道E，如图5 所示。可以通过调节粘度(例如提高粘度)来使得聚合组合物保持稳定并且不从其施加的 结构快速流失，或在例如54处堆积。墙54还可以通过施加多层具有相同或不同粘度的聚 合组合物来构成。或者，聚合组合物还可在矿道内输送，如图4所示，来构成聚合组合物的 墙54。在另一实施方式中，聚合组合物进一步包括与水接触而膨胀的添加剂，合适的膨 胀添加剂包括例如膨润土的材料，还可以包括可燃的但与水接触膨胀的有机材料。通过填充矿道，如图5所示，形成的聚合组合物的墙54截断了向涉火F的矿道的隔离部分56的空气的供应，从而起到了封闭矿道的作用。墙54形成了一个空腔或隔离部 分56，将火焰F与矿道E的未涉火部分分离。另外，还墙54还可以构建成防火墙来防止火 焰在矿道E内的进一步扩散。可以将惰性气体例如氮气等输送到矿道E的隔离部分56来 消除隔离部分56的氧，从而使火熄灭。可以仅由聚合组合物来构建墙54。或者使用其它结 构成分来修建矿道的封闭(例如水泥或聚合物砖、金属板等)并使用聚合组合物来覆盖。上述记载了本发明的全部优选实施方式，在不脱离本发明的宗旨和范围的前提下 可以对本发明进行修改和改进。本发明的范围由权利要求来确定并与之等同。
权利要求
一种控制矿井火灾的方法，包括向涉火岩石结构输送吸水聚合组合物，以及将该聚合组合物注入岩石结构中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，聚合组合物包括聚合物颗粒和至少50wt%的水。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，进一步包括将水和聚合物颗粒混合来产生聚合 组合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输送步骤包括将聚合组合物泵入岩石结构。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，聚合组合物包括由亲水性单体形成的颗粒。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，进一步包括在岩石结构中打一钻孔并将聚合组 合物输送到钻孔中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，聚合组合物在压力下经由钻孔装填器输送。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，进一步包括调节聚合组合物的粘度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，进一步包括使用聚合组合物来覆盖岩石结构表面。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，岩石结构包括地下煤柱或煤堆。
11.一种控制地下矿道通风的方法，包括向将要隔离的矿井的某一区域的矿道输送吸水聚合组合物，以及 用聚合组合物填充矿道来封闭矿道。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，聚合组合物包括聚合物颗粒和水。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，聚合组合物进一步包括吸水添加剂，使得添加 剂在吸水后膨胀来填充矿道。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，将要隔离的矿井区域正在着火。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，进一步包括将惰性气体输送到隔离的矿井区域。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，进一步包括从地表位置打钻孔到达将要隔离 的矿井区域的附近。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，将要隔离的矿井区域正在着火。
18.一种填充矿道的矿井封闭系统，包括由吸水聚合组合物构成的墙。
19.根据权利要求18所述的矿井封闭系统，其中，聚合组合物包括聚合物颗粒和水。
20.根据权利要求19所述的矿井封闭系统，其中，聚合组合物进一步包括接触水后膨 胀的吸水添加剂。
全文摘要
本发明公开了一种控制矿井火灾的方法，通过将吸水聚合组合物输送到涉火岩石结构并将聚合组合物注入岩石结构。该聚合组合物还可用于构建横截矿道的封闭，来控制地下矿井火灾。
文档编号E21F5/02GK101828005SQ200880108431
公开日2010年9月8日 申请日期2008年9月25日 优先权日2007年9月25日
发明者D·A·于塞 申请人:美康公司