探究煤炭礦井火災(zāi)及防治策略

李振東

摘要：火災(zāi)是礦井主要危害之一。本文結(jié)合徐礦集團(tuán)實(shí)際，簡(jiǎn)析了我國(guó)煤炭礦井火災(zāi)的事故特點(diǎn)及危害特征，探討了防火災(zāi)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)階段現(xiàn)行防滅火技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及適用性，并嘗試提出有針對(duì)性的防治策略。

關(guān)鍵詞：徐礦;火災(zāi);起因;防治

徐礦集團(tuán)位于江蘇省徐州市，煤炭開采歷史已逾百年。所屬煤礦受地質(zhì)條件影響，存在水、火、瓦斯等災(zāi)害，其中火災(zāi)防治任務(wù)艱巨。徐礦集團(tuán)積極推進(jìn)智能礦山建設(shè)，將"無人則安、少人則安"的理念逐步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立了智能火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，通過高清攝像頭+智能識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)監(jiān)控與智能識(shí)別隱患，取得了一定的效果，但依然存在諸多防治問題，成為企業(yè)保障煤礦安全生產(chǎn)的重大挑戰(zhàn)。

1礦井火災(zāi)的基本情況

1.1礦井火災(zāi)簡(jiǎn)述

礦井火災(zāi)又叫礦內(nèi)火災(zāi)或井下火災(zāi)，通常是指發(fā)生在煤礦井下巷道、工作面、硐室、采空區(qū)等地點(diǎn)的火災(zāi)。按照起火源的不同，我們一般將礦井火災(zāi)分為內(nèi)因火災(zāi)和外因火災(zāi)兩種類型[1]。

1.2礦井火災(zāi)防治的嚴(yán)峻性

礦井一旦發(fā)生火災(zāi)，不僅會(huì)燒毀大量的設(shè)備器材和煤炭資源，給生產(chǎn)帶來損失，而且會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體，彌漫井下，使大批礦工中毒死亡，在有瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)的礦井中，還可能引起瓦斯、煤塵爆炸事故，其危害更加嚴(yán)重[1]。

2礦井火災(zāi)的問題和挑戰(zhàn)

2.1礦井火災(zāi)防治的現(xiàn)狀

我國(guó)近六成的煤礦存在自然發(fā)火災(zāi)害，其中采空區(qū)自然發(fā)火占比例最高。傳統(tǒng)意義上，監(jiān)測(cè)采空區(qū)諸如瓦斯、CO（一氧化碳）等發(fā)火標(biāo)志性氣體采用束管檢測(cè)系統(tǒng)，不僅技術(shù)復(fù)雜，而且系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也不準(zhǔn)確;而電子檢測(cè)技術(shù)難以適應(yīng)井下惡劣環(huán)境，且通電使用難以保證漏電而產(chǎn)生不安全。

近年來，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的發(fā)展，以及對(duì)礦井火災(zāi)機(jī)制研究的不斷深入如實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、地理信息“一張圖”等，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦關(guān)鍵區(qū)域的消防隱患，一旦發(fā)生異常情況，可以快速定位、及時(shí)報(bào)警，并將火災(zāi)信息反饋給后臺(tái)，輔助啟動(dòng)應(yīng)急處理預(yù)案，減少突發(fā)狀況損失。

一批新型防滅火技術(shù)和火災(zāi)預(yù)防設(shè)備逐步開發(fā)出來并得以應(yīng)用，不過，由于我國(guó)對(duì)煤礦消防的理論研究和技術(shù)探索起步較晚，新型的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、滅火設(shè)備和井下逃身設(shè)備等關(guān)鍵裝備和技術(shù)應(yīng)用大多還處于試點(diǎn)應(yīng)用階段，并未構(gòu)建起全時(shí)空、全覆蓋、動(dòng)態(tài)化的立體監(jiān)測(cè)體系，防控效能潛力未完全釋放，做好礦井防滅火工作，確保礦井的安全生依然是煤礦從業(yè)人員的嚴(yán)峻任務(wù)，幾乎每年都有因火災(zāi)引發(fā)的煤礦災(zāi)難發(fā)生，給社會(huì)造成重大人員和財(cái)產(chǎn)[2]。

2.2礦井火災(zāi)的起因

2.2.1礦井火災(zāi)的主要要素

為了防治礦井火災(zāi)，保證煤礦安全生產(chǎn)，對(duì)礦井火災(zāi)進(jìn)行必要的分析和了解十分重要。一般來講，礦井火災(zāi)發(fā)生通常需要具備三個(gè)要素，即足夠濃度的供氧源、足夠熱能的熱源以及可燃物質(zhì)的存在[2]。

2.2.2礦井火災(zāi)發(fā)生的原因

礦井火災(zāi)與地面火災(zāi)不同，具有特殊性，通?；馂?zāi)發(fā)生場(chǎng)所環(huán)境復(fù)雜，井下工作場(chǎng)地較為狹小，各類電氣設(shè)備、坑木等陳列其中，埋下了火災(zāi)隱患。加之，井下作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作人員稍有疏忽，很容易引發(fā)火災(zāi)。更為棘手的是，由于井下條件復(fù)雜，進(jìn)出口有限，一旦發(fā)生事故，外部救援人員難以進(jìn)入，礦井里面人員、通風(fēng)、設(shè)施損毀等情況都不清楚，救援難度很大。同時(shí)，井下工作人員疏散和躲避也是極容易忙中出錯(cuò)，造成人員傷亡，加重火災(zāi)造成的損失。

煤礦發(fā)生火災(zāi)事故與許多因素有關(guān)，但總的來說，構(gòu)成火災(zāi)的基本要素歸納起來有熱源、可燃物、空氣三個(gè)方面，另外與煤礦的安全技術(shù)投入、救援裝備水平、安全意識(shí)和管理水平等相關(guān)[2]。

2.3礦井火災(zāi)防治中存在的問題

煤炭的價(jià)格相對(duì)便宜，對(duì)我國(guó)改革開放以來取得的巨大經(jīng)濟(jì)成就功不可沒，近幾年來，隨著各個(gè)行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)于煤炭的需求量也越來越大，煤礦開采量也水漲船高，導(dǎo)致火災(zāi)等礦難頻繁發(fā)生，不斷考驗(yàn)著安全生產(chǎn)的紅線。

相應(yīng)的，我國(guó)加大了防治礦井火災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)的研究力度，積極推廣研究成果，其中包括引進(jìn)了國(guó)外煤炭工業(yè)的一些技術(shù)方法，選用了具有針對(duì)性的防治措施，持續(xù)開展實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警等新興信息技術(shù)研究，逐步提升礦井生產(chǎn)的高產(chǎn)高效，取得顯著成效。不過，就筆者了解，礦井防滅火形勢(shì)的嚴(yán)峻形勢(shì)并未改變。以徐礦集團(tuán)為例，礦井火災(zāi)防治水平在大幅提升的同時(shí)，依然留有諸多難題尚未攻克：

新型防災(zāi)裝備及技術(shù)應(yīng)用支撐能力較弱。如火災(zāi)一體化預(yù)警系統(tǒng)尚處于試用階段，并未形成體系化、系統(tǒng)化的工作場(chǎng)景，防滅火的數(shù)據(jù)采集、智能分析支撐能力還比較弱，亟需盡快建立集煤礦火災(zāi)早期監(jiān)測(cè)、火災(zāi)預(yù)警與專家決策分析系統(tǒng)為一體的煤礦火災(zāi)一體化預(yù)警與高效預(yù)防技術(shù)體系。

部分煤田火區(qū)及小窯火區(qū)對(duì)工作面的安全生產(chǎn)依然存在威脅。根據(jù)評(píng)估，目前仍有5座煤礦受煤田火區(qū)威脅，受影響的工作面達(dá)10余個(gè)、露天開采區(qū)域40余萬㎡;6座煤礦受小窯火區(qū)威脅，受影響的工作面達(dá)20余個(gè)。

部分煤礦采空區(qū)自然發(fā)火危險(xiǎn)性增高。一是部分停采、限產(chǎn)礦井工作面目前進(jìn)行保安性開采、沒有封閉，采空區(qū)自然發(fā)火危險(xiǎn)性高;二是部分礦井工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶時(shí)，由于采煤工藝、地質(zhì)條件發(fā)生變化，導(dǎo)致采空區(qū)遺煤較多，推進(jìn)速度遠(yuǎn)小于最小安全推進(jìn)速度，采空區(qū)自然發(fā)火危險(xiǎn)性增高;三是受回撤工藝、地質(zhì)條件限制，部分礦井工作面回撤時(shí)間超過最短自然發(fā)火期，增大了采空區(qū)自然發(fā)火危險(xiǎn)程度。

工作面回風(fēng)隅角及附近區(qū)域存在低氧現(xiàn)象。部分礦井開采侏羅紀(jì)易自燃煤層，大多處于N2- CO2帶，在采煤過程中，煤體破碎，大量N2和CO2氣體析出，加之采空區(qū)遺煤低溫氧化消耗氧氣，造成工作面回風(fēng)隅角及附近區(qū)域出現(xiàn)低氧難題。

3礦井火災(zāi)的防治

對(duì)現(xiàn)有威脅礦井安全生產(chǎn)的火區(qū)，要貫徹"超前治理，防治結(jié)合，先治后采"的的基本原則。在消除火區(qū)威脅后方可回采作業(yè);對(duì)已經(jīng)熄滅的火區(qū)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，防止火區(qū)復(fù)燃;對(duì)井田范圍內(nèi)小煤窯自然發(fā)火危險(xiǎn)因素等進(jìn)行排查，防止出現(xiàn)隱蔽火災(zāi)給礦井安全生產(chǎn)帶來新的影響。

3.1外因火災(zāi)的預(yù)防措施

1）一防明火。嚴(yán)控重點(diǎn)區(qū)域，如井口房和通風(fēng)機(jī)房附近嚴(yán)禁煙火;嚴(yán)控引火源，下井工作人員不得攜帶煙草、引火物;嚴(yán)控易燃物，井下硐室內(nèi)不準(zhǔn)存放汽油、煤油或變壓器油，井下使用的潤(rùn)滑油、棉紗和布頭等必須集中存放，定期送到地面處理。[3]

2）二防放炮引火。黑火藥容易造成連續(xù)事故，是井下的極端危險(xiǎn)物，必須嚴(yán)加杜絕。需要火藥的場(chǎng)合必須以安全火藥代替，并且需要嚴(yán)格執(zhí)行放炮規(guī)定，如"一炮三檢查"和"三人連鎖放炮"制度等。

3）三防電氣引火。電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生電火花、電弧、電熱輻射，是井下火災(zāi)的重要誘因。礦井電氣設(shè)備應(yīng)具備過流、漏電、接地等保護(hù)措施，并且嚴(yán)禁過載運(yùn)行，確保正常使用，同時(shí)，也要做好日常檢查和保養(yǎng)，防止設(shè)備內(nèi)部故障導(dǎo)致起火，做好維修記錄。定期進(jìn)行電氣專項(xiàng)檢查和整治，消除隱患。

4）四防摩擦生火。應(yīng)做好井下機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部分的保養(yǎng)維護(hù)工作，及時(shí)加注潤(rùn)滑油，保持其良好的工作狀態(tài)，防止因摩擦生熱而引起火災(zāi)。[3]

5）五防帶式輸送機(jī)。國(guó)內(nèi)外多次發(fā)生過帶式輸送機(jī)火災(zāi)事故，造成眾多人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為避免帶式輸送機(jī)火災(zāi)，必須使用阻燃輸送帶，裝設(shè)驅(qū)動(dòng)輪防滑保護(hù)、煙霧保護(hù)、過載保護(hù)和輸送帶脫槽保護(hù)等裝置;保證安裝質(zhì)量，加強(qiáng)維護(hù)、改善裝載條件等[3]。

6）六防反應(yīng)滯后。為提高火災(zāi)響應(yīng)速度，降低人為損失，對(duì)井下關(guān)鍵設(shè)備與區(qū)域，必須安裝自動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警裝置，如防漏電報(bào)警系統(tǒng)、防過載報(bào)警系統(tǒng)、電纜溫度報(bào)警系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)可與礦井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)，形成具有預(yù)警、報(bào)警、斷電和噴水冷卻滅陰火和噴泡沫滅火等功能。

3.2內(nèi)因火災(zāi)的預(yù)防措施

最大程度減少和限制煤炭與空氣的接觸，阻斷或延緩煤炭氧化過程中熱量的聚積是防止內(nèi)因火災(zāi)的關(guān)鍵，有效的預(yù)防措施如下：

1）一要科學(xué)采礦。如采準(zhǔn)巷道，少留一些礦柱，減少對(duì)礦體的切割;遵循自上而下、自遠(yuǎn)而近的開采工藝順序，減少對(duì)礦體的破壞;選擇合理的采礦工藝，降低開采成本和損失，減少采空區(qū)中遺棄的礦石和原木材料數(shù)量;正常、均衡、有效地進(jìn)行返回采礦，提高采礦的強(qiáng)度，及時(shí)進(jìn)行污水處理并嚴(yán)密地封閉采空區(qū)[3]。

2）二要合理通風(fēng)。設(shè)置適當(dāng)?shù)耐L(fēng)系統(tǒng)，有效地減少向采空區(qū)域的漏風(fēng)。必須采用機(jī)械性的通風(fēng)，保證礦井的風(fēng)流平衡，不受天氣和自然風(fēng)壓的影響;加強(qiáng)對(duì)通風(fēng)的構(gòu)筑物及其他通風(fēng)情況的監(jiān)督檢查與管理，提高密閉式通風(fēng)門的使用質(zhì)量，防止向采空區(qū)泄露滲漏風(fēng);盡量把通風(fēng)的構(gòu)筑物布設(shè)在巖石巷道內(nèi)或者地壓力較小的位置，防止當(dāng)出現(xiàn)孔洞時(shí)造成朝向采空區(qū)域的漏風(fēng)。

3）三要密閉采空區(qū)。對(duì)室內(nèi)局部油煙起火大的區(qū)域還應(yīng)進(jìn)行防火充填并分層防火隔離。使用空氣封閉式或充填式起火保護(hù)措施，把那些有可能起火引起氣體自燃的起火區(qū)域與外部干燥空氣環(huán)境進(jìn)行完全隔離。使用泥漿材料來防止堵塞巖石礦柱的表層裂隙，可以有效率地防止煤炭的硫化和氧化。另外，還要在一個(gè)專門通往采空區(qū)的小巷口上方設(shè)置一道采空防火墻，隔絕進(jìn)入采空區(qū)。

4）四要預(yù)防性灌漿。即把泥漿用的管道經(jīng)鉆孔、特殊灌漿工藝通過地下土壤鉆孔、專門灌漿工藝，將礦石在地表土壤陷落區(qū)的裂隙灌槳向火場(chǎng)或采空區(qū)進(jìn)行灌漿，使得礦石和土壤之間能夠完全隔離，阻止水分的氧化，防止自燃。

5）五要調(diào)整通風(fēng)。盡量減少向著火區(qū)或者具有著火自燃危險(xiǎn)區(qū)域之間的進(jìn)、回風(fēng)兩側(cè)的壓力相差，從而可以減少或完全消除對(duì)著火區(qū)的泄露和漏風(fēng)，防止著火區(qū)內(nèi)采出的硫化礦物造成著火。

6）六要巧用阻化劑。采用阻化劑進(jìn)行防火工作是對(duì)于防治內(nèi)因發(fā)生火災(zāi)十分有效的方法和措施，比如使用一定量的鈣、鎂鹽或其他化合物通過水溶液加工制成的阻化劑噴灑或?qū)⑵渥⑷氲V石或采空區(qū)內(nèi)，可以有效地達(dá)到抑制、延緩煤炭氧化的目標(biāo)，達(dá)到預(yù)防自燃的作用。

3.3加大關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用，積極推廣新科技、新設(shè)備、新材料，科技防火

1）大力推行以人工檢測(cè)、色譜分析、束管監(jiān)測(cè)和安全監(jiān)控相結(jié)合的"四位一體"的火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井防滅火監(jiān)測(cè)和綜合分析，升級(jí)現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，使其能夠更好地實(shí)現(xiàn)災(zāi)害預(yù)警功能。

2）建立礦區(qū)三維地質(zhì)地理信息系統(tǒng)。將分散、零碎的地質(zhì)地理信息整合在一個(gè)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了地下、地面信息"一張圖"，并通過無人機(jī)測(cè)量、三維激光掃描技術(shù)定期更新，使礦井的防治火、采空區(qū)探測(cè)、邊坡監(jiān)測(cè)等技術(shù)更加精準(zhǔn)，提升防災(zāi)救援能力。

3）建立設(shè)備實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)主要采礦設(shè)備運(yùn)行情況，并將出現(xiàn)的故障實(shí)時(shí)上傳，確保設(shè)備時(shí)刻處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

4結(jié)語

消除事故隱患，筑牢安全防線。面對(duì)礦井火災(zāi)這一猛虎，我們必須依靠科技攻關(guān)、科學(xué)管理補(bǔ)短板，逐步摸清礦井火災(zāi)的脾氣、掌握伏虎的好方法。各煤礦應(yīng)基于礦區(qū)煤層的差異化特點(diǎn)，堅(jiān)持"一礦一策、一面一策"的策略，圍繞防突出與防滅火兩項(xiàng)工作重點(diǎn)，進(jìn)一步強(qiáng)化通風(fēng)、抽采、監(jiān)測(cè)三大系統(tǒng)并重運(yùn)行，推動(dòng)先進(jìn)防治火災(zāi)設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)礦井火源的智能監(jiān)控和快速定位，促進(jìn)煤礦火災(zāi)防治能力的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]史月英.煤礦企業(yè)存在的消防安全問題及對(duì)策.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息 2016

[2]梁運(yùn)濤;侯賢軍;羅海珠;田富超;于貴生.我國(guó)煤礦火災(zāi)防治現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策.煤炭科學(xué)技術(shù)2016

[3]楊波;王偉.神華集團(tuán)公司礦井火災(zāi)防治實(shí)踐.煤礦安全 2015