巷道冒頂煤炭自燃發(fā)火的預(yù)防和處理

李學(xué)良

【摘 要】根據(jù)煤礦井下生產(chǎn)實(shí)際，對巷道冒頂形成的原因及容易產(chǎn)生巷道冒頂?shù)牡攸c(diǎn)、冒頂自燃發(fā)火機(jī)理、以及巷道冒頂煤炭自燃發(fā)火的預(yù)防和處理措施進(jìn)行了初步分析。

【關(guān)鍵詞】巷道冒頂；壓力集中；冒頂空洞；接頂封閉

0.前言

巷道冒頂煤炭自燃火災(zāi)是煤礦井下特定環(huán)境中煤炭自燃的一種內(nèi)因火災(zāi)。它發(fā)生的先決條件是巷道冒頂?shù)漠a(chǎn)生。巷道冒頂在巷道施工中隨時(shí)都可能出現(xiàn)，這些冒頂大都出現(xiàn)在有大量風(fēng)流通過的巷道，且有支撐物的掩護(hù)；因而巷道冒頂煤炭自然火災(zāi)較其它內(nèi)因火災(zāi)有更大的隱蔽性和危險(xiǎn)性，也比較難以選擇合適的滅火措施。巷道冒頂煤炭自燃發(fā)火滅火方法的選擇要根據(jù)火區(qū)發(fā)展的程度，巷道冒頂?shù)木唧w形狀和具體環(huán)境進(jìn)行確定。

1.巷道冒頂形成原因

巷道冒頂空洞是形成巷道冒頂煤炭自燃發(fā)火的必要條件。巷道冒頂空洞的形成主要與巷道施工質(zhì)量、地質(zhì)構(gòu)造等有關(guān)。

（1）地質(zhì)構(gòu)造處易發(fā)生冒頂。在巷道施工過程中遇到斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，由于過斷層的方法處理失當(dāng)，往往留下少量的三角頂炭（圖1）。這些頂炭受壓后冒落，形成巷道冒頂空洞。在過斷層時(shí)，根據(jù)斷層走向如能正確掌握過斷層的方法將巷道穿至或穿過斷層線，然后沿煤層施工巷道則可以避免巷道冒頂空洞的產(chǎn)生。

圖1 三角頂炭示意圖

（2）大傾角煤層中施工巷道易發(fā)生冒頂。在傾角較大的煤層中施工巷道時(shí)，使用傳統(tǒng)的支護(hù)方式如拱形、正梯形支護(hù)時(shí)，棚梁上的三角頂炭受壓后形成巷道冒頂。

2.巷道冒頂煤炭自燃發(fā)火原因分析

2.1巷道冒頂處多裂隙的殘煤為發(fā)火創(chuàng)造聚熱條件

容易發(fā)生巷道冒頂?shù)牡攸c(diǎn)一般來說礦山壓力都特別顯著，在巷道施工完畢后，煤體原有的壓力平衡被破壞，造成局部壓力集中。在巷道支撐物不完好的情況下，壓酥的煤體一部分冒落，剩余的部分殘煤在礦壓作用下產(chǎn)生大量裂隙，且冒落空洞表面不規(guī)則，增加了與空氣的氧化接觸面積，為氧化聚熱創(chuàng)造了良好的條件。

2.2冒頂空洞存在連續(xù)供氧條件

連續(xù)供氧是煤炭自燃發(fā)火決定性的因素之一，而巷道冒頂空洞內(nèi)殘煤的供氧方式和其它內(nèi)因火災(zāi)相比有其特殊性。一般供風(fēng)巷道的冒頂空洞，存在著以下兩種連續(xù)供氧方式：

（1）冒頂空洞內(nèi)殘煤氧化后，溫度升高、與冒頂下方巷道內(nèi)氣溫有一溫差，使其間產(chǎn)生微量熱風(fēng)壓。巷道中低溫空氣氣流在熱風(fēng)壓的作用下，自然流向冒頂空洞的頂部，為連續(xù)供氧創(chuàng)造了條件。熱風(fēng)壓直接用下式計(jì)算

hr=Zr△T/T

式中Z——巷道冒頂空洞高度；

r——巷道中的空氣重率；

△T——巷道冒頂空洞上下溫度差；

T——巷道中的空氣溫度。

由上式可知，熱風(fēng)壓的大小與冒頂深度有關(guān)，與冒頂空洞上下兩端的溫差有關(guān)。冒頂愈深，溫差愈大，熱風(fēng)壓愈大，由此產(chǎn)生的風(fēng)量愈大。由上式也可看出，在冒頂深度一定的情況下，熱風(fēng)壓的大小直接與冒頂空洞上下兩端的溫差有關(guān)，而冒頂點(diǎn)存在時(shí)間愈長，冒頂點(diǎn)聚熱愈多，則熱風(fēng)壓也愈突出。

（2）巷道中呈紊流狀態(tài)運(yùn)動(dòng)的風(fēng)流，其空氣分子不斷撞擊冒頂空洞內(nèi)的空氣分子，空洞內(nèi)的空氣分子獲得能量往頂部依次傳遞，這就是所謂的擴(kuò)散通風(fēng)，也是冒頂空洞連續(xù)供氧的主要方式。

3.巷道冒頂煤炭自燃發(fā)火的預(yù)防

由前述可知，巷道冒頂空洞是造成頂部煤炭自燃發(fā)火的必要條件，因此在巷道施工或使用過程中及時(shí)正確地處理所產(chǎn)生的冒頂是預(yù)防巷道冒頂自燃發(fā)火的關(guān)鍵。冒頂煤炭自燃火災(zāi)的處理有以下幾種方法。

（1）接頂封閉法。這種方法適用于巷道冒頂范圍小且冒落高度不深的情況。具體做法是用水泥板封堵，上面用黃泥、砂漿等不燃性材料密封、充填。

（2）改變形狀法。這種方法主要是根據(jù)擴(kuò)散通風(fēng)的原理，利用改變巷道冒頂空洞的形狀，有意識(shí)地增強(qiáng)巷道冒頂空洞的擴(kuò)散通風(fēng)能力，使冒頂頂部氧化產(chǎn)生的熱量被及時(shí)帶走，不致于造成聚熱發(fā)火。具體做法是將冒頂區(qū)域與巷道接觸部分修成光滑的弧狀，使巷道中的風(fēng)流易于往冒頂頂部擴(kuò)散。這種方法適合于巷道冒頂不深且冒頂范圍較大的巷道冒頂點(diǎn)。

（3）導(dǎo)風(fēng)法。利用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)風(fēng)設(shè)施，如木板、風(fēng)障、金屬風(fēng)筒等將風(fēng)流引入巷道冒頂點(diǎn)，使冒頂點(diǎn)氧化產(chǎn)生的熱量及時(shí)排出。這種方法適合于冒落范圍不大但冒落高度較大的情況。

4.巷道冒頂煤炭自燃火災(zāi)的處理

巷道冒頂煤炭自燃火災(zāi)的處理方法多種多樣，但如何保證火區(qū)處理得迅速、有效，往往要根據(jù)冒頂火區(qū)的著火程度、火區(qū)面積、冒頂空洞形狀等具體情況作出具體選擇。

（1）卸頂法。卸頂法是處理冒頂煤炭自燃火災(zāi)比較常用的一種方法。具體做法是用長把工具將高溫燃燒的殘煤卸掉，消除冒頂空洞中的可燃物，然后結(jié)合插管噴水將火滅掉。這種方法適合于著火時(shí)間短、著火范圍不大且巷道冒頂不深的情況。

（2）插管注水法。根據(jù)水能吸熱的物理特性，直接將高壓水管插入冒頂火區(qū)直接進(jìn)行噴水滅火。在殘煤明火滅掉之后，水在冒頂空洞中的高溫作用下，蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，在煤體表面形成水膜，阻止氧氣和煤的接觸，并排出冒頂空洞中的氧氣，達(dá)到降溫滅火的目的。

（3）打鉆注水法。在巷道冒頂比較深，冒頂范圍大，火源點(diǎn)具體位置不能確定，而采取了上述兩種方法均不能達(dá)到滅火的目的情況下，利用巖石電鉆在冒頂點(diǎn)附近，從不同角度向冒頂火區(qū)的頂部，兩側(cè)打鉆孔插管注水。巖石電鉆打眼時(shí)可能將鉆孔打人冒頂區(qū)，而冒頂區(qū)的鉆孔短時(shí)間內(nèi)容易造成垮孔，無法插管。所以鉆孔盡量打在冒頂火區(qū)的頂部和兩側(cè)，距火源保持0.5m左右。由于具體著火位置不能確定，因而打鉆也不可能一次成功，須在不同位置，不同角度多打鉆孔方能奏效。

（4）噴漿法。利用噴漿法處理巷道冒頂煤炭自燃火災(zāi)實(shí)質(zhì)上也是隔離滅火的一種方法。在巷道冒頂面積大，但冒高不深時(shí)選用長把工具卸掉部分活矸或活炭，然后在冒頂內(nèi)表層用混凝土作原料進(jìn)行噴漿。噴漿既可改善空氣與煤體接觸面的光滑程度，又可形成牢固的支護(hù)，同時(shí)又形成一層致密的隔氧層，從而達(dá)到滅火的目的。