礦井自燃火災防滅火技術分析

高亞斌,郭知武,姜海鵬

(中國礦業(yè)大學安全工程學院)

·試驗研究·

礦井自燃火災防滅火技術分析

高亞斌①,郭知武,姜海鵬

(中國礦業(yè)大學安全工程學院)

礦井自燃火災是威脅煤礦安全生產(chǎn)、造成煤礦重特大事故的主要災害之一。本文就我國現(xiàn)有的礦井自燃火災防滅火技術進行了全面系統(tǒng)的分析。介紹了目前煤礦企業(yè)采用的主流防滅火技術,指出礦井應根據(jù)實際情況,采取幾種防滅火措施相結(jié)合的方法,制定一套適用的防滅火技術體系。

礦井自燃;防滅火;技術;分析;意義

礦井火災是煤礦主要災害之一。我國56%的礦井開采的是易自燃煤層,“十五”期間,全國657處重點煤礦中,經(jīng)驗發(fā)火期在3個月以內(nèi)的礦井占50%以上,有煤層自然發(fā)火傾向的礦井占54.9%,每年自燃形成的火災近400次[1-5]。礦井火災不僅會導致礦井設備和煤炭資源的大量破壞與凍結(jié),而且燃燒生成的煙氣使井下工作人員的生命健康受到威脅。礦井的防滅火措施不足,還會引起瓦斯爆炸事故,造成更大的損失。因此,礦井防滅火技術對煤礦的安全生產(chǎn)具有非常重要的意義。

礦井火災按引火熱源的不同分為外因火災和內(nèi)因火災。內(nèi)因火災又稱自燃火災,是礦井火災防治的重點。80%以上的礦井火災為自燃火災,它的火源比較隱蔽,致使滅火難度大,火災持續(xù)時間長?，F(xiàn)有的礦井防滅火技術大多針對自燃火災采取相應的措施。目前我國煤礦的防滅火措施,總體上說,有以下幾類。

1 礦井自身防滅火

煤炭只有處于破碎狀態(tài)、連續(xù)供氧而又易于蓄熱的環(huán)境中才能產(chǎn)生自燃,因此,在礦井設計、建設和生產(chǎn)管理的各個階段中,采取一些有效的技術手段來控制自燃的各因素,可使礦井本身具有一定的防滅火能力。實踐證明,正規(guī)合理的開采、最小的煤層暴露面、最大的煤炭回收率、最快的回采速度、易于隔絕的采區(qū)、巖石巷布置、無煤柱開采技術,能讓煤與氧盡可能地少接觸,從而降低煤自燃發(fā)火的可能性,對防止煤炭自燃起到相當?shù)淖饔肹6]。然而,在煤礦的實際開采過程中,采空區(qū)留有大量浮煤和含煤矸石,漏風嚴重,這給煤的自燃發(fā)火創(chuàng)造了條件。

2 灌漿防滅火

灌漿就是把黏土、粉碎的頁巖、電廠飛灰等固體材料與水混合、攪拌,配制成一定濃度的漿液,借助輸漿管路注入或噴灑在采空區(qū)里,達到防火和滅火的目的。此法能充填煤巖裂隙及其孔隙表面,增大氧氣的擴散阻力,減小煤與氧的接觸和反應面;漿水能浸潤煤體,增加煤的外在水分,可吸熱冷卻煤巖;由于其材料特性,可加速采空區(qū)冒落煤巖的膠結(jié),增加采空區(qū)的氣密性。此方法的實質(zhì)是抑制煤在低溫時的氧化速度,延長自燃發(fā)火期。灌漿的不足之處在于不能均勻覆蓋煤體,對中、高處的浮煤起不到作用,同時采空區(qū)容易出現(xiàn)“拉溝”現(xiàn)象而跑水跑漿。

3 阻化劑防滅火

阻化劑防滅火是在煤的表面噴灑阻化劑,形成一層隔氧膜,阻止或延緩煤的氧化進程。目前常用的阻化劑有氯化鈣(CaCl2·H2O)、氯化鎂(MgCl2·6H2O)等氯化物,水玻璃(xNa2O·y SiO2),氫氧化鈣,以及工業(yè)廢液等[7]。由于阻化劑的負催化作用,增加煤在低溫時的化學惰性或提高煤氧化的活能;形成的液膜包圍煤塊和煤的表面和內(nèi)部裂隙面,阻止了煤氧接觸;阻化劑的吸水性增加了煤體的蓄水能力,延長了煤的自然發(fā)火期。此方法的不足之處在于形成的液膜易破裂,影響防滅火效果;并且阻化劑可腐蝕井下設備和危害工人身心健康。

4 膠體防滅火

膠體防滅火是注入配置好的溶液后,在需要的時間和范圍內(nèi)發(fā)生凝膠作用,使不流動、半固體狀的凝膠包裹高溫煤體,起到防滅火的作用。目前使用的膠體主要有無機凝膠、膠體泥漿、稠化膠體和復合膠體等類型。由于成膠過程是吸熱反應,形成的膠體又固結(jié)了水,使此方法有很好的降溫滅火作用;成膠前后的狀態(tài)變化使其具有一定的滲透、堵漏和充填性能;使用的材料為阻化劑,使膠體具有通用阻化劑的性能;成膠時間的可控制提高了現(xiàn)場操作的針對性[8]。使用膠體的不足在于流量小,作用有限;膠體水分散失后容易龜裂;成本較高;部分種類(如普通硅酸凝膠)成膠時會釋放有毒有害氣體。

5 惰性氣體防滅火

惰性氣體防滅火是向采空區(qū)氧化帶內(nèi)或火區(qū)內(nèi)注入一定流量的惰性氣體,使其氧含量降到10%或3%以下,達到防火、滅火和抑制瓦斯爆炸的目的。常用的惰性氣體有CO2、N2和燃油惰氣。N2主要用于集約化綜采及綜放開采條件下采空區(qū)防滅火;CO2適用于電器設備和精密、昂貴儀器的火災;燃油惰氣主要用在因外因火災或自燃火災而導致的封閉區(qū)。惰性氣體可快速的充滿采空區(qū)或火區(qū),使煤因氧氣不足而不能氧化自燃,火源因缺氧而熄滅;注入的氣體能夠減少封閉區(qū)內(nèi)外的壓力差,起到減少漏風的作用;惰性氣體對井下環(huán)境和機電設備無污染。此方法的不足之處在于惰性氣體易隨漏風擴散,不易滯留在注入?yún)^(qū)域內(nèi),防滅火效果較差。

6 泡沫防滅火

泡沫防滅火是將氣體在混合液體中充分分散,形成泡沫,充填火區(qū)空間,窒息火區(qū),隔絕空氣,達到防滅火的目的。目前應用的泡沫主要有惰性氣體泡沫、阻化泡沫、三相泡沫和粉煤灰固化泡沫。泡沫材料具有較高的發(fā)泡倍數(shù),可以覆蓋高低處的浮煤;泡沫具有一定的強度,可以起到充填、堵漏的作用;泡沫內(nèi)的氣體可在目標區(qū)域內(nèi)有效駐留,起到降溫、窒息的效果[9-11]。但是泡沫穩(wěn)定時間短,不能實現(xiàn)固化,在表面破碎區(qū)域壓注發(fā)泡性能差,成本相對較高。

7 均壓防滅火

均壓防滅火是利用風窗、風機、調(diào)壓氣室和連通管等調(diào)壓設施,改變漏風區(qū)域的壓力分布,降低漏風壓差,減少漏風,從而達到抑制遺煤自燃、惰化火區(qū),或熄滅火源的目的。主要使用的方法有調(diào)節(jié)風窗調(diào)壓、風機調(diào)壓、風窗—風機聯(lián)合調(diào)壓等。該方法可大量減少漏風,使煤的氧化減弱,但由于其不能將壓差降為零,對煤柱、工作面順槽頂煤、上分層采空區(qū)的自燃預防作用較小。

礦井火災是制約煤礦安全發(fā)展的重要因素。近年來,我國煤礦的防滅火技術有了較大的發(fā)展與提高,但單一的技術不足以保證煤礦的安全生產(chǎn)。因此,要根據(jù)礦井的實際情況,以“預防為主,防治結(jié)合,綜合治理”的思想為指導,采用幾種防滅火措施相結(jié)合的方法,制定一套礦井的個性化防滅火技術體系。

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Analysis on Spontaneous Combustion Fire Control Technology in Coal Mine

G ao Ya-bin,Guo Zhi-wu,Jiang H ai-peng

Mine spontaneous combustion is one of the major disasters of threating coal mine production safety,results in serious coal mine accidents.This article conducts a comprehensive and systematic analysis of China’s existing anti-mine spontaneous fire extinguishing technology.Introduces the mainstream antiextinguishing technology which coal mining enterprises adopt currently,points out that the mine should based on actual conditions,adopts the methods of the combination of several anti-fire measures,makes a set of suitable fire extinguishing system.

Mine spontaneous combustion;Fire prevention;Technology;Analysis;Significance

TD752

B

1672-0652(2010)05-0016-02

2010-03-23

高亞斌 男 1988年出生 2007年中國礦業(yè)大學安全工程學院在讀本科生 徐州 221116