礦井自燃火災(zāi)超前協(xié)同防控技術(shù)分析

劉世承，李仲勛

（畢節(jié)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州畢節(jié)551700）

煤炭是我國(guó)的主要能源類型，但在開(kāi)采的過(guò)程中很容易產(chǎn)生自燃的情況。行業(yè)內(nèi)工作人員需要盡可能地針對(duì)現(xiàn)狀尋找相應(yīng)的超前協(xié)同防控措施，并在落實(shí)過(guò)程中更注意相關(guān)要點(diǎn)。主要原因在于，煤礦自燃必然產(chǎn)生能源損耗，此種損失完全可以避免，而且我國(guó)的防滅火技術(shù)還需要進(jìn)一步完善，當(dāng)前難以在礦井自燃的情況下精準(zhǔn)確認(rèn)火源。未來(lái)的礦井自燃火災(zāi)需要顛覆傳統(tǒng)的被動(dòng)防治措施，而是要以超前協(xié)同防治為主，才能有效降低資源損耗。

1 礦井自燃火災(zāi)概述

礦井火災(zāi)的產(chǎn)生過(guò)程十分復(fù)雜，在發(fā)生的過(guò)程中不僅有物理變化的特點(diǎn)，還有化學(xué)變化。我國(guó)是煤礦火災(zāi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，且事故發(fā)生率最高的國(guó)家，必然要在后續(xù)的工作中提高重視度，為礦井工作人員的生命安全負(fù)起責(zé)任。

2 礦井火災(zāi)類型

礦井火災(zāi)可以劃分為兩種，即內(nèi)因火災(zāi)和外因火災(zāi)，主要?jiǎng)澐忠罁?jù)是起火原因[1]。內(nèi)因火災(zāi)一般是由于礦井內(nèi)的空氣稀薄且不流通，即便空氣流通性強(qiáng)，也有可能由于其中的氧氣成分不高產(chǎn)生自燃的現(xiàn)象。內(nèi)因火災(zāi)的產(chǎn)生則主要是由于礦井所在的地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，且掘進(jìn)工作區(qū)域封閉性不好。若礦井下產(chǎn)生自燃火災(zāi)，地面的監(jiān)測(cè)人員很難在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)地下情況的變化，在發(fā)生的初期只能依靠礦井內(nèi)空氣溫度的上升情況判定，一旦內(nèi)部的火災(zāi)發(fā)展到明火燃燒的階段，由于燃燒的加劇，礦井內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，此時(shí)地上人員才能明顯感知到井內(nèi)情況不對(duì)。由此可見(jiàn)，井內(nèi)火災(zāi)雖然發(fā)展較慢，但實(shí)際上一旦起火撲滅難度很高，且在礦井內(nèi)部燃燒過(guò)程中帶來(lái)的高溫、有毒氣體等對(duì)井下工作人員的生命安全會(huì)造成嚴(yán)重威脅，一旦礦井自燃基本上必然會(huì)造成人員傷亡，這也說(shuō)明了礦井自燃火災(zāi)超前協(xié)同防控工作的展開(kāi)迫在眉睫。

外因火災(zāi)通常情況下指的是外來(lái)熱源引發(fā)的火災(zāi)，如瓦斯爆炸、設(shè)備老化以及機(jī)械摩擦產(chǎn)生火花等，礦井的外因火災(zāi)常由于處理不當(dāng)二次起火[2]。與內(nèi)因火災(zāi)不同，外因火災(zāi)的起火速度極快，且事發(fā)突然，因此造成的損失與內(nèi)因火災(zāi)相比更加嚴(yán)重。經(jīng)統(tǒng)計(jì)世界范圍內(nèi)的煤礦火災(zāi)事件中，傷亡人數(shù)過(guò)百計(jì)的大多是外因火災(zāi)。

3 礦井自燃火災(zāi)的特點(diǎn)及危害

根據(jù)上文內(nèi)容可以基本分析出，礦井自燃火災(zāi)具有較強(qiáng)破壞性，不僅如此，還有繼發(fā)性和災(zāi)難性。其中破壞性主要體現(xiàn)在礦井火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火焰和高溫硫煙在礦井巷道中流動(dòng)破壞設(shè)備和支護(hù)結(jié)構(gòu)，會(huì)隨著火災(zāi)發(fā)展造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。繼發(fā)性則是指在礦井自燃火災(zāi)產(chǎn)生時(shí)，不但會(huì)在火源地燃燒，而且會(huì)蔓延到所有高溫硫煙經(jīng)過(guò)的區(qū)域，一旦在這個(gè)過(guò)程中，火焰接觸到流動(dòng)空氣，很有可能產(chǎn)生二次起火。礦井自燃火災(zāi)的災(zāi)難性是顯而易見(jiàn)的，燃燒產(chǎn)生的有毒煙氣和粉塵都對(duì)人體有較大程度威脅，一旦開(kāi)始燃燒，有毒氣體就會(huì)逐漸蔓延到礦井下的每個(gè)巷道當(dāng)中，若不及時(shí)救援，井下工作人員的生命安全根本得不到保障。

4 礦井自燃火災(zāi)基本要素

眾所周知，熱源、可燃物和氧氣被稱為“礦井火災(zāi)三要素”[3]。簡(jiǎn)單講就是礦井自燃火災(zāi)的產(chǎn)生，三者需要同時(shí)滿足，且會(huì)在發(fā)展過(guò)程中相互配合，一旦達(dá)到符合自燃條件的程度，就會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)。反之，一旦三者中的一點(diǎn)得到控制，礦井自燃火災(zāi)就不可能發(fā)生，因此未來(lái)的超前協(xié)同防控工作必然要從上述三點(diǎn)入手。

（1）熱源。礦井自燃火災(zāi)的熱源來(lái)源十分廣泛，常見(jiàn)的有瓦斯爆炸、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)故障、井下工人操作不當(dāng)、爆破和焊接等，簡(jiǎn)單講就是井下產(chǎn)生明火是導(dǎo)致自燃火災(zāi)的主要原因。

（2）可燃物。礦井內(nèi)的煤礦資源本身就是可燃物[4]。煤礦燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵、礦井中無(wú)處不在的瓦斯氣體，都是能夠引發(fā)礦井自燃火災(zāi)的可燃物。

（3）氧氣。氧氣是燃燒的必須要素，可燃物只有在持續(xù)的氧氣供給環(huán)境中才能維持燃燒。

5 礦井自燃火災(zāi)超前協(xié)同防控措施

（1）自身防控。針對(duì)該特點(diǎn)，礦井在設(shè)計(jì)和建設(shè)的過(guò)程中，可以有意識(shí)地采取合理手段控制自燃條件的形成，賦予礦井本身一定程度的防滅火能力。采取無(wú)煤柱開(kāi)采、設(shè)計(jì)易于隔絕的采礦區(qū)都能使煤礦減少與氧氣的接觸，降低礦井自燃火災(zāi)發(fā)生的可能性。

（2）灌漿防控。此種防控技術(shù)指的是將粘土、頁(yè)巖碎屑等材料按照一定比例與水混合攪拌成漿液，在礦井開(kāi)采過(guò)程中噴灑在采空區(qū)當(dāng)中，就能夠起到良好的防火效果。或者用此種漿液填充井下的煤巖縫隙和表面孔洞，也能達(dá)到阻隔氧氣的效果，同時(shí)漿液中的水分能夠增加煤礦表面濕度，降低其自燃的可能性。

（3）阻化劑。阻化劑防滅火也是當(dāng)下礦井工作常見(jiàn)的技術(shù)，指的是在煤的表面形成阻隔，延緩煤礦的氧化過(guò)程，也就能達(dá)到防護(hù)目的。

（4）惰性氣體。惰性氣體防滅火本質(zhì)上是降低礦井內(nèi)空氣中氧氣的濃度，將氧含量降低到能夠抑制瓦斯爆炸的濃度，即可達(dá)到防火的目的。且惰性氣體能夠快速充滿采空區(qū)，若礦井已經(jīng)產(chǎn)生自燃火災(zāi)，在內(nèi)部輸入惰性氣體能夠有效控制火情，最終達(dá)到熄滅的效果。

（5）一般措施。礦井自燃火災(zāi)除了超前預(yù)防外，也要配合使用一般的防護(hù)措施，能夠得到的防護(hù)效果也是十分理想的。如：在礦井中使用不可燃的支護(hù)材料、每隔一段距離設(shè)置一扇防火門，以及完善消防給水設(shè)施等。

6 礦井自燃火災(zāi)超前協(xié)同防控要點(diǎn)

6.1 超前采礦工程控氧化

礦井自燃火災(zāi)的超前采礦工程控氧化工作可以從三個(gè)方面入手分析。首先是礦區(qū)尺度，根據(jù)礦區(qū)煤層的自燃傾向性、發(fā)火期和間距層等細(xì)節(jié)，可以將礦井劃分為3個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)，具體的礦井自燃火災(zāi)等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示。

圖1 礦井自燃火災(zāi)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

其次是礦井尺度。如：某礦井工作人員根據(jù)礦井尺度得出，該煤礦區(qū)在采掘后期應(yīng)采取對(duì)角式的分區(qū)和通風(fēng)方式展開(kāi)工作，且同盤區(qū)的工作面也要注意按照煤層實(shí)際走向布置。在設(shè)置推進(jìn)長(zhǎng)度時(shí)，該工作人員要求盡可能將長(zhǎng)度保持一致，且回采工作也要求工人按順序開(kāi)采，避免間隔開(kāi)采提升后續(xù)工作難度。

最后是工作面尺度。在工作面尺度下，工作人員可以分析工作面的采高、長(zhǎng)度和影響因素等細(xì)節(jié)。具體的工作面長(zhǎng)度計(jì)算模型如下：

以某礦井的自燃火災(zāi)預(yù)防工作為例，該礦井工作人員從預(yù)防自燃的角度分析，得出了頂煤留設(shè)厚度應(yīng)在30cm 以下的結(jié)論，首層煤開(kāi)采過(guò)程中，按照設(shè)計(jì)方案，煤柱應(yīng)預(yù)留16m左右的距離，而下層煤柱的距離應(yīng)預(yù)留18～21m左右。

6.2 超前綜合預(yù)防自燃

礦井自燃火災(zāi)超前綜合預(yù)防控制技術(shù)的具體應(yīng)用以某礦井為例，該礦井屬于典型的礦井煤層煤樣，開(kāi)采之前工作人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該礦區(qū)的自燃火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)類型為Ⅱ類。根據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果工作人員選擇使用自燃火災(zāi)超前預(yù)防技術(shù)展開(kāi)后續(xù)的控制工作，為保障工作效果，工作人員提前設(shè)計(jì)了下工作面受到自燃火災(zāi)威脅程度的評(píng)估方式，系統(tǒng)地分析了上覆巖層破壞程度和采動(dòng)裂隙分布規(guī)律，最終推導(dǎo)出了下工作面不受自燃火災(zāi)影響的最小相對(duì)靜壓計(jì)算方式：

在該公式的幫助下，工作人員能準(zhǔn)確計(jì)算出超前協(xié)同防控工作落實(shí)需要的具體數(shù)據(jù)。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，雖然以往在礦井自燃的處理方式是快速滅火，但隨著煤礦采挖的深入，火災(zāi)也越來(lái)越難以控制。針對(duì)此種現(xiàn)象，工作人員應(yīng)變被動(dòng)為主動(dòng)，即利用超前采礦工程空氧化和綜合防治的方式控制自燃，盡可能減少礦井自燃火災(zāi)的產(chǎn)生次數(shù)。