礦井火災(zāi)事故的救援處理技術(shù)探討

張洪寶

（臨礦集團(tuán)救護(hù)大隊(duì)，山東 濟(jì)寧 272000）

礦井火災(zāi)主要指在發(fā)生在礦井下巷道、采空區(qū)、工作面等區(qū)域的火災(zāi)事故，能夠直接影響井下作業(yè)安全性。也是造成人員傷亡、設(shè)備損壞、資源破壞的重要原因，嚴(yán)重甚至?xí)l(fā)煤塵爆照或瓦斯爆炸。如果不及時(shí)采取救援技術(shù)處理，會(huì)擴(kuò)大事故危害性，最終為企業(yè)造成巨大損失[1]。

1 引發(fā)礦井火災(zāi)事故的主要原因

1.1 內(nèi)在原因

煤炭自然是引發(fā)礦井火災(zāi)事故的內(nèi)在原因，多發(fā)于井下停采線、斷層等煤炭散落量較大的區(qū)域，或者密封性不嚴(yán)的老舊采礦區(qū)。由于煤炭具有可燃性特質(zhì)，長時(shí)間暴露在空氣中，容易產(chǎn)生氧化反應(yīng)并不斷升溫，當(dāng)熱量聚集到一定成程度，則會(huì)產(chǎn)生自然現(xiàn)象。通常情況下，由內(nèi)在原因引發(fā)的礦井火災(zāi)事故可以歸納為三個(gè)階段，分別為潛伏期、自熱期和燃燒期。因內(nèi)在原因引發(fā)的礦井火災(zāi)通常有跡可循，并且過程緩慢，然而由于火源隱蔽性較強(qiáng)，所以處理難度也相對(duì)較大。

1.2 外在原因

由外部火源引發(fā)的礦井火災(zāi)即外在原因。其中包括：因設(shè)備長期運(yùn)行時(shí)間較長產(chǎn)生熱量或明火、電火花等引發(fā)的火災(zāi)事故。尤其近年來，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，礦井作業(yè)也逐漸向自動(dòng)化趨勢發(fā)展，在提高作業(yè)質(zhì)量和效率的同時(shí)，也在一定程度上增加了作業(yè)的安全隱患。具體來說，機(jī)電設(shè)備在礦井作業(yè)中使用率較高，如果工作人員存在操作不當(dāng)或維護(hù)管理不到位等問題，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備超常運(yùn)行并發(fā)生故障，從而引發(fā)火災(zāi)事故[2]。相對(duì)于內(nèi)在原因而言，外在原因引發(fā)礦井火災(zāi)事故的幾率更大，發(fā)生率高達(dá)總數(shù)的八成以上。通常情況下，由外在原因引發(fā)的火災(zāi)事故起火迅速，如果沒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)擴(kuò)大影響范圍，為企業(yè)甚至社會(huì)造成不必要損失。

2 礦井火災(zāi)事故常見的救援處理技術(shù)

在礦井火災(zāi)控制和預(yù)防過程中，需要給予以下三方面因素高度重視，其一是井下可燃物體。其二是井下熱源，其三是空氣中的氧濃度。結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)可以看出，只要將溫度和氧濃度控制好，就能夠有效規(guī)避礦井火災(zāi)事故發(fā)生幾率?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外專家和學(xué)者結(jié)合這一理論，對(duì)礦井火災(zāi)事故救援處理技術(shù)施進(jìn)行深入研究，并在實(shí)踐中不斷優(yōu)化和改進(jìn)，取得了較為顯著的效果，具體闡述如下。

2.1 堵漏風(fēng)處理技術(shù)

堵漏風(fēng)處理技術(shù)，適用于采空區(qū)或工作面巷道巷幫隔離帶等堵漏風(fēng)等場所。這種技術(shù)在應(yīng)用初期階段，主要采用灌注砂漿和黃泥漿等方式進(jìn)行堵漏，從而達(dá)到防火目標(biāo)。近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，多樣化堵漏材料應(yīng)運(yùn)而生。例如：質(zhì)地較輕的快速膨脹材料和五級(jí)固化粉煤灰材料等。這些材料在應(yīng)用過程中，普遍具有抗壓能力較強(qiáng)、防火效果良好等特點(diǎn)，并且可以有效阻絕氧氣。但凡是有利必有弊，新型材料在應(yīng)用過程中也存在一定不足之處，其中包括成本較高、工作量較大等缺陷。并且一些材料在高溫環(huán)境下容易產(chǎn)生有毒、有害氣體，對(duì)井下作業(yè)人員造成不良影響[3]。

2.2 泡沫防火滅火處理技術(shù)

所謂泡沫防火滅火處理技術(shù)，就是利用化學(xué)原理使材料發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生膨脹惰性泡沫，預(yù)防井下火災(zāi)事故發(fā)生?，F(xiàn)階段應(yīng)用范圍較為廣泛的泡沫防火滅火處理技術(shù)有兩種，分別為三相泡沫防火滅火技術(shù)和化學(xué)惰氣泡沫防火滅火技術(shù)。這兩種技術(shù)均存在各自的優(yōu)勢和缺陷。優(yōu)勢在與水能分布較為平衡，能夠有效避免“拉溝”現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)用在采空區(qū)和煤堆自燃防火中效果尤為顯著。缺陷在于泡沫破滅后會(huì)形成液態(tài)水，當(dāng)水分全部蒸發(fā)后，防火性能也會(huì)隨之下降。

2.3 惰性氣體防火滅火處理技術(shù)

該技術(shù)主要是在需要處理的區(qū)域中輸入惰性氣體，從而達(dá)到滅火和防火的目標(biāo)。按照惰性氣體的不同種類進(jìn)行分析，可以將該技術(shù)劃分為三種，第一種為燃油惰氣處理技術(shù)，第二種為氮?dú)馓幚砑夹g(shù)，第三中為二氧化碳處理技術(shù)。

其中燃油惰氣處理技術(shù)，適用于井下密閉區(qū)域，主要處理因自然因素或外界因素引發(fā)的火災(zāi)事故。其原理是利用化學(xué)原理將空氣與煤油結(jié)合，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成惰氣，并將惰氣輸入到需要處理的區(qū)域，有效避免火災(zāi)發(fā)生。然而，結(jié)合該技術(shù)實(shí)際實(shí)踐結(jié)果來看，存在較為顯著的制約因素[4]。具體從兩個(gè)方面分析：其一是惰氣參數(shù)控制難度較大，容易導(dǎo)致一氧化碳?xì)怏w超標(biāo)。其二是只有在燃燒室中燃燒燃油，才能夠產(chǎn)生惰氣，混合氣體出口溫度能夠達(dá)到60℃左右。由此可見，該處理技術(shù)存在一定局限性。

氮?dú)馓幚砑夹g(shù)，適用于集約化綜采或者綜放開采條件下的采空區(qū)防火、滅火處理工作中。相對(duì)于空氣人眼，氮?dú)獗戎剌^小，將其應(yīng)用于火點(diǎn)在空間中部或上部位置的火災(zāi)處理中，處理效果較好。但是，該技術(shù)也存在一定缺陷，即無法將氮?dú)庵械难鯕馊糠蛛x。具體來說，當(dāng)前礦井火災(zāi)事故處理使用氮?dú)馓幚砑夹g(shù)時(shí)，最常見的制氮機(jī)有兩種，分別為變壓吸附裝置和有膜式制氮裝置。但是在制氮過程中，無論采用吸附分離技術(shù)還是膜分離技術(shù)，都無法將氧氣全部分離，這也使得氮?dú)庵斜厝淮嬖谏倭垦鯕狻?/p>

二氧化碳處理技術(shù)主要是利用二氧化碳發(fā)生器，按照化學(xué)方式，使其產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，從而達(dá)到防火、滅火目標(biāo)。一些企業(yè)也會(huì)直接采用化工廠生產(chǎn)的液態(tài)二氧化碳進(jìn)行防火滅火。該技術(shù)的優(yōu)勢在于獲取高純度二氧化碳的方式簡便，并且防火滅火效果顯著，尤其使用液態(tài)二氧化碳阻燃和阻爆性更好，同時(shí)具備較強(qiáng)的降溫效果。但是液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)存時(shí)間較短，最多不得超出48 小時(shí)，由于使用量較大、沖撞次數(shù)頻繁，不僅在一定程度上增加了維護(hù)費(fèi)用，還會(huì)降低救援工作整體效率。

3 礦井火災(zāi)事故救援裝備中存在的一系列問題

3.1 燃油惰氣滅火裝備中存在的潛在隱患

通常情況下，在處理大面積的明火火災(zāi)，或防止瓦斯或煤塵爆炸中，會(huì)優(yōu)先選擇使用燃油惰氣滅火裝備。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，該裝備也得到了進(jìn)一步優(yōu)化和完善，適用范圍也越來越廣泛，包括采空區(qū)、巷道等區(qū)域，均能夠發(fā)揮良好的防火滅火效果[5]。然而，結(jié)合燃油惰氣滅火裝備結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo)來看，仍然存在一些不足之處，阻礙了其進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。具體可以從以下幾點(diǎn)分析：

第一，燃油惰氣出口溫度最高可以達(dá)到90℃左右，不能滿足礦井火災(zāi)事故降溫需求，即使熄滅明火，處理區(qū)溫度仍然較高，容易造成火勢復(fù)燃。

第二，燃油惰氣中含有大量一氧化碳。如果在火災(zāi)救援處理過程中，惰氣注入密封不嚴(yán)，將會(huì)導(dǎo)致一氧化碳泄漏，容易導(dǎo)致救援人員中毒。另外，如果燃油燃燒不充分，將無法為燃燒區(qū)提供充足氧氣，最終無法達(dá)到防火滅火目標(biāo)。

第三，當(dāng)前，我國對(duì)燃油惰氣產(chǎn)品的定義是非防爆產(chǎn)品。由于在井下火災(zāi)事故處理時(shí)，燃燒燃油后產(chǎn)生惰氣，所以其安全性不能得到充分保障。

第四，燃油惰氣裝置體積較大，移動(dòng)困難，在礦井環(huán)境中適應(yīng)性較差。

3.2 液態(tài)二氧化碳裝置中存在的潛在隱患

上文提到，液態(tài)二氧化碳處理技術(shù)具有滅火、防火能力強(qiáng)、速度快、成本低等多種優(yōu)勢，并且適用范圍交廣，能夠在短時(shí)間內(nèi)處理氣體、固體、電氣等火災(zāi)事故[6]。但在使用液態(tài)二氧化碳裝置過程中，救援人員需要充分考慮以下幾點(diǎn)安全技術(shù)防護(hù)問題：

第一，采取何種措施控制運(yùn)輸罐的溫度和壓力。

第二，如何在井下安全灌注液體二氧化碳，有效避免管道冰堵，保證二氧化碳注入處理區(qū)。

第三，在處理大面積火災(zāi)事故時(shí)，如何保證液態(tài)二氧化碳供給連續(xù)性，從而提高火災(zāi)處理效率。

3.3 礦井巷道密閉墻啟封裝備存在的潛在隱患

當(dāng)前，礦井火災(zāi)事故救援隊(duì)在破除密閉墻時(shí)，大多采用人工破拆方式，這種方式耗時(shí)較長、在一定程度上降低了火災(zāi)處理效率。雖然個(gè)別救援隊(duì)伍對(duì)靜力無聲爆破劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但是由于借鑒經(jīng)驗(yàn)較少，其安全性無法得到充分保證。所以在礦井巷道密閉墻破拆方面，仍然存在較大的發(fā)展空間。

4 礦井火災(zāi)事故救援裝備技術(shù)完善措施

4.1 燃油惰氣裝備完善措施

在燃油惰氣滅火裝備研究設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)賦予其多重保護(hù)功能，從而提高其安全性和可靠性。具體來說：

第一，針對(duì)燃油惰氣出口溫度較高問題，需要重點(diǎn)研究配套降溫技術(shù)和設(shè)備，保證能夠迅速降低處理區(qū)溫度，避免火勢復(fù)燃。

第二，針對(duì)燃料燃燒后產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w，需要重點(diǎn)研究凈化技術(shù)，保證氣體在泄漏的同時(shí)能夠得到有效凈化，避免救援人員中毒[7]。

第三，結(jié)合燃油惰氣裝備體積大小，設(shè)置配套的快速移動(dòng)底座，使其能夠在井下火災(zāi)處理時(shí)靈活移動(dòng)。

4.2 液態(tài)二氧化碳裝備完善措施

針對(duì)上文提出的液態(tài)二氧化碳滅火裝置中存在的不足之處以及相關(guān)問題，需要通過以下措施進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)：

第一，運(yùn)用雙層真空并且隔熱效果較高的材料設(shè)計(jì)液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)存罐，有效延長液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)存時(shí)間。

第二，重點(diǎn)對(duì)儲(chǔ)存罐的管路內(nèi)部壓力和防冰堵能力進(jìn)行試驗(yàn)，并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)壓力自動(dòng)增壓系統(tǒng)、自動(dòng)泄壓系統(tǒng)。

第三，重點(diǎn)研究其汽化特征，保證液態(tài)二氧化碳能夠持續(xù)、穩(wěn)定汽化。

第四，通過科學(xué)試驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化和完善汽化噴射裝置，保證其具有及時(shí)性和高效性。同時(shí)精確計(jì)算管件、閥門的長度。

4.3 礦井巷道密閉墻啟封裝備完善措施

礦井產(chǎn)生火災(zāi)事故后，需要及時(shí)采取救援技術(shù)進(jìn)行處理，如果無法做到及時(shí)性和高效性，將會(huì)導(dǎo)致火勢蔓延，為企業(yè)和社會(huì)造成巨大損失。上文提到，在礦井巷道密閉墻破除過程中，大部分救援隊(duì)伍選擇人工破除方式，由于效率低、耗時(shí)長，無法充分滿足火災(zāi)事故出來需求，針對(duì)這一問題，專家和學(xué)者需要重點(diǎn)研究適用于礦井巷道密閉墻快速、安全啟封的工具和技術(shù)。其中包括氣動(dòng)鏈條鋸、氣動(dòng)破拆工具等。另外，在實(shí)際作業(yè)中，需要保證工具在高頻率使用過程中不會(huì)產(chǎn)生火花，以免增加火災(zāi)隱患。同時(shí)要具備及時(shí)斷水和停機(jī)功能，并且工具體積要小、速度要快，及時(shí)單人作業(yè)應(yīng)能夠及時(shí)完成相關(guān)工作。想要實(shí)現(xiàn)以上需求，可以從以下兩個(gè)方面入手：

第一，應(yīng)用材質(zhì)較強(qiáng)的合金材料，或耐沖擊性較強(qiáng)的復(fù)合外殼材料設(shè)計(jì)和研究礦山專用的破拆工具。設(shè)計(jì)完成后需要通過多次試驗(yàn)，對(duì)其沖擊性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，保證其在摩擦過程中不會(huì)產(chǎn)生火花現(xiàn)象，同時(shí)需要對(duì)抗靜電能力和阻燃性進(jìn)行試驗(yàn)。

第二，在起動(dòng)鏈條鋸設(shè)計(jì)和研發(fā)過程中，需要保障其鋸齒位置具有較強(qiáng)的耐高溫性能，并且在使用過程中，不會(huì)因摩擦產(chǎn)生火花現(xiàn)象。

5 結(jié)語

綜上所述，礦井火災(zāi)事故一旦產(chǎn)生，如果不及時(shí)采取救援措施處理，會(huì)導(dǎo)致火勢加大，從而造成設(shè)備損壞、人員傷亡。為避免火災(zāi)事故造成的一系列不良影響，本文結(jié)合引發(fā)礦井火災(zāi)事故的內(nèi)因和外因進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)常見的防火和滅火處理措施進(jìn)行闡述，并結(jié)合當(dāng)前滅火裝備中存在的不足之處，針對(duì)性提出完善措施，旨在為提高火災(zāi)處理效率奠定基礎(chǔ)。