煤礦綜采工作面防滅火技術(shù)探討

摘要：由于煤礦綜合開采面環(huán)境較為復(fù)雜，易在多種因素綜合影響下出現(xiàn)火災(zāi)甚至爆炸等安全事故。為改善這一情況，提升綜合開采工作面工作的安全性，特結(jié)合相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以文獻(xiàn)分析法和經(jīng)濟(jì)分析法為基礎(chǔ)，以煤礦綜采工作面防火要素為著力點(diǎn)，從四個方面分析煤礦綜采工作面防滅火技術(shù)，以期能為相關(guān)人員提供一定參考，提升煤礦綜采工作面工作的安全性。

關(guān)鍵詞：煤礦；綜采面；防火技術(shù)

引言

煤礦不僅是我國能源體系的重要構(gòu)成部分，也是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心要素之一[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會對煤礦的需求量正在日益增長。在這一大環(huán)境下，各個企業(yè)開始不斷探索新技術(shù)、新設(shè)備，有效提升了綜采工作效益。由于煤礦開采強(qiáng)度增加，導(dǎo)致綜采工作面的瓦斯、粉塵濃度增大，為煤的自燃埋下隱患。因此，有必要探討煤礦綜采工作面防滅火技術(shù)。

一、煤礦綜采工作面防火概述

（一）煤礦綜采工作面煤自燃原因

煤礦綜采工作面煤自燃是一個復(fù)雜的化學(xué)與物理過程，其發(fā)生火災(zāi)的各種誘因綜合起來有以下幾點(diǎn)。

1.煤自身的氧化

煤是一種富含有機(jī)物的可燃礦物，在常溫下煤與空氣中的氧氣接觸，會逐漸發(fā)生低溫氧化反應(yīng)，釋放出熱量。若不能及時處理這些熱量，煤體表面溫度會逐漸升高，從而進(jìn)一步加速其氧化過程，形成惡性循環(huán)，最終達(dá)到燃點(diǎn)，引發(fā)自燃。

2.采煤作業(yè)后遺煤影響

由于部分綜采設(shè)備切割效率和工作面推進(jìn)速度具有一定差異，易在采空區(qū)留下浮煤、碎煤和未完全清除的煤柱。這些煤易于形成松散堆積，增大了煤與空氣的接觸面積，促進(jìn)了氧化反應(yīng)的進(jìn)行[2]。同時，采空區(qū)的高應(yīng)力狀態(tài)可能會在一定程度上增加煤體裂縫，為煤的氧化反應(yīng)自燃提供支持。

3.遺煤的蓄熱環(huán)境

采空區(qū)遺煤形成堆積體，若此時通風(fēng)不良，其內(nèi)部熱量難以有效散發(fā)，如此便會形成一個封閉的蓄熱環(huán)境[3]。在這個環(huán)境中，煤氧化產(chǎn)生的熱量會不斷累積，若無法通過自然對流或強(qiáng)制通風(fēng)將其有效排出，便會導(dǎo)致局部溫度持續(xù)上升。隨著溫度升高，煤的氧化速度會進(jìn)一步加快，熱量積聚形成“熱點(diǎn)”，這些熱點(diǎn)可能成為煤自燃的起始點(diǎn)。

4.地質(zhì)構(gòu)造與開采影響

復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶皺等地質(zhì)異常，會改變礦井的通風(fēng)路徑，形成通風(fēng)死角。這些區(qū)域難以有效監(jiān)控和管理，便會形成自燃的“溫床”。同時，開采活動可能破壞原有的地下水系，改變地下水流態(tài)，某些情況下水的缺失會加劇煤層干燥，提高自燃傾向。

（二）煤礦綜采工作面防火思路

為適應(yīng)煤礦綜采工作面防火需求，保障最終防火效果，建議相關(guān)施工單位應(yīng)堅(jiān)持以下防火思路。

1.強(qiáng)化預(yù)防措施

相關(guān)施工單位應(yīng)從源頭上降低煤自燃風(fēng)險，即要在條件允許基礎(chǔ)上采用先進(jìn)的采煤技術(shù)或設(shè)備，提高采煤作業(yè)精確度和效率，以有效減少采空區(qū)內(nèi)浮煤和碎煤堆積[4]。在此基礎(chǔ)上，以“避免在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行高強(qiáng)度開采，減少煤層開裂和應(yīng)力集中現(xiàn)象”為前提，對采煤工作面進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，同時加強(qiáng)煤質(zhì)檢測，并基于檢查結(jié)果對自燃傾向性強(qiáng)的煤層采取預(yù)先注水或噴灑阻化劑等措施，以降低煤氧化活性。

2.綜合治理

綜合治理是基于煤自燃全過程管理的理念，結(jié)合物理、化學(xué)和工程措施，形成一套綜合解決方案。在物理措施上，建議施工單位利用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬軟件預(yù)測通風(fēng)死角，并優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以確保采空區(qū)通風(fēng)暢通無阻，避免漏風(fēng)現(xiàn)象。在化學(xué)措施方面，建議相關(guān)施工單位要根據(jù)煤層特性和工作面具體情況，選擇合適的阻化劑進(jìn)行定期噴涂，形成保護(hù)層，抑制煤氧化。在工程措施上，建議在必要時密閉、注漿或充填采空區(qū)，以隔絕氧氣來源，控制環(huán)境溫度，消除自燃隱患[5]。

3.針對性策略

鑒于不同煤礦綜采工作面條件差異，施工單位的防火策略要有針對性。例如，對于高應(yīng)力區(qū)域，可采用特殊支護(hù)技術(shù)，減少煤體裂縫的形成；對于易積水區(qū)域，要采取有效排水措施，避免厭氧環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楦谎醐h(huán)境，減少自燃風(fēng)險；對于關(guān)鍵設(shè)備，要加強(qiáng)維護(hù)與管理，減少因機(jī)械故障產(chǎn)生的火花或高溫點(diǎn)，從操作層面降低火源風(fēng)險。

4.定期維護(hù)檢查與應(yīng)急響應(yīng)

相關(guān)施工單位應(yīng)建立健全日常維護(hù)檢查制度，以確保所有防滅火設(shè)施處于良好工作狀態(tài)，所有防火措施能有效執(zhí)行，如對通風(fēng)設(shè)備、防火墻、阻化劑噴灑系統(tǒng)等進(jìn)行定期檢查與維護(hù)[6]。同時，利用先進(jìn)的傳感器和監(jiān)控技術(shù)建立火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測采空區(qū)及工作面的溫度、氣體濃度等指標(biāo)，一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常立即啟動應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制。此外，要定期組織火災(zāi)應(yīng)急演練，提高礦工自救互救能力和火災(zāi)初期處置能力，以確保在火災(zāi)發(fā)生時能迅速、有效進(jìn)行疏散和撲救。

二、煤礦綜采工作面防滅火技術(shù)

（一）均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)

在正常通風(fēng)條件下，采空區(qū)由于內(nèi)部空間大，空氣流動阻力小，容易形成負(fù)壓區(qū)，吸引新鮮空氣通過裂縫、斷層等通道進(jìn)入，為煤的氧化提供了充足的氧氣，加速了煤的自燃過程。采用均壓技術(shù)，可人為在采空區(qū)周圍創(chuàng)建一個相對穩(wěn)定的氣壓環(huán)境，阻止或減少新鮮空氣向采空區(qū)流動，降低煤自燃的可能性。

1.回風(fēng)巷設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)門均壓法

本技術(shù)主要是指當(dāng)工作面回采作業(yè)停止后，基于工作面實(shí)況將調(diào)節(jié)風(fēng)門安裝在回風(fēng)巷，以靈活調(diào)節(jié)和優(yōu)化通風(fēng)大小，為工作面供應(yīng)其所需求的風(fēng)量，能有效控制工作面作業(yè)，防止采空區(qū)出現(xiàn)明顯的漏風(fēng)情況，從而實(shí)現(xiàn)滅火目標(biāo)[7]。需注意的是，在使用過程中若無法有效控制瓦斯?jié)舛?，必然會影響回風(fēng)巷風(fēng)門效能輸出。

2.預(yù)埋管路導(dǎo)風(fēng)均壓防火法

主要是指以運(yùn)料巷——停采線——運(yùn)輸巷為線路，預(yù)埋一條（甚至多條）消防管路，有效排出煤層縫隙漏風(fēng)，繼而改善風(fēng)壓分布情況，達(dá)到控制采空區(qū)兩邊壓力的目的。

3.邊眼通暢均壓法

本技術(shù)主要是指施工隊(duì)在進(jìn)行煤礦挖掘作業(yè)過程中，為提升煤炭產(chǎn)出效益，以工作面為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)邊眼，一旦工作面回采任務(wù)完成后，需在封閉的同時拆除安裝的邊眼，有效降低運(yùn)輸巷與運(yùn)輸口前的氣壓差。

在實(shí)施均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)時要注意前期調(diào)研與評估、均壓設(shè)計(jì)與規(guī)劃、設(shè)施安裝與調(diào)試、動態(tài)監(jiān)測與調(diào)整、維護(hù)與管理等工作，如前期調(diào)研與評估工作中要對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全面的風(fēng)量測定和壓力分布分析，識別采空區(qū)位置、漏風(fēng)通道及潛在的風(fēng)險區(qū)域。

（二）注液氮防滅火技術(shù)

由于液氮在常溫下呈氣態(tài)，注入采空區(qū)后會迅速吸熱汽化，從而大幅度降低采空區(qū)的溫度，有效抑制煤自燃[8]。同時，液氮的注入還能占據(jù)采空區(qū)的空間，降低氧氣濃度，進(jìn)一步阻止煤的氧化過程。因此，注液氮防滅火技術(shù)是一種煤礦綜采工作面防滅火技術(shù)。目前，注液氮防滅火技術(shù)的具體實(shí)施方法主要為直接注入法、封閉空間注入法、鉆孔注入法。

1.直接注入法

將液氮通過專用管路直接注入采空區(qū)或火區(qū)，而液氮在注入過程中會迅速汽化，吸收煤體熱量，降低溫度，同時氮?dú)馓畛洳煽諈^(qū)，從而降低該區(qū)域的氧氣濃度，有效滅火。

2.封閉空間注入法

在火區(qū)周圍設(shè)置密閉墻，形成封閉空間，然后通過管路將液氮注入封閉空間內(nèi)，使封閉空間內(nèi)氧氣濃度迅速降低，達(dá)到窒息滅火的效果。

3.鉆孔注入法

在火區(qū)上方或周圍鉆孔，然后通過這些鉆孔將液氮注入火區(qū)，液氮便會在鉆孔內(nèi)汽化，吸收熱量，降低煤體溫度，同時氮?dú)鈹U(kuò)散到火區(qū)，降低氧氣濃度。

運(yùn)用注液氮防滅火技術(shù)，需要注意以下幾個方面。第一，要基于現(xiàn)場實(shí)際情況，如在現(xiàn)場情況較好（溫度低、不易發(fā)生火災(zāi)時），可進(jìn)行預(yù)防性、開放式的注氮；若CO濃度逐漸上升且有明顯的自燃征兆，此時要選擇封閉式注氮[9]。第二，在注氮過程中，要實(shí)時監(jiān)測火區(qū)溫度、氧氣濃度等參數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注氮量和注氮速度。第三，要充分利用監(jiān)控系統(tǒng)充分掌握區(qū)域內(nèi)的氣體濃度情況，一旦CO、N2等超出警戒線，應(yīng)加大輸入量。第四，注入過程中要采取適當(dāng)?shù)陌踩雷o(hù)措施，避免工作人員受到凍傷。

（三）井下回風(fēng)側(cè)采空區(qū)灌漿防滅火技術(shù)

由于實(shí)際煤礦綜采工作面有較大的采高，通常情況下氧氣密度高于氮?dú)饷芏?，因此部分情況下注液氮防滅火效果不佳，尤其是出現(xiàn)較為緊急的火災(zāi)情況后，注氮防火技術(shù)難以及時處理火情[10]。井下回風(fēng)側(cè)采空區(qū)灌漿防滅火技術(shù)能在采空區(qū)注入適量漿液，形成一道隔離層，阻止氧氣進(jìn)入采空區(qū)，防止煤炭自燃。同時，漿液中的水分能夠吸收煤體熱量，降低溫度，進(jìn)一步抑制自燃過程，能彌補(bǔ)注氮防火技術(shù)的不足。因此，在煤礦綜采工作面還應(yīng)以補(bǔ)充注氮防火技術(shù)的方式，增設(shè)井下回風(fēng)側(cè)采空區(qū)灌漿防滅火技術(shù)體系，以應(yīng)對緊急滅火需求。首先，要準(zhǔn)確評估采空區(qū)的幾何形態(tài)、圍巖性質(zhì)、漏風(fēng)通道分布等，以確定最合適的灌漿材料和方案。其次，以科學(xué)布置鉆孔，確保漿液能有效覆蓋整個采空區(qū)，特別是關(guān)鍵的漏風(fēng)通道。第一，要選用環(huán)保型灌漿材料，以降低灌漿對地下水造成的污染；第二，灌漿過程中應(yīng)持續(xù)監(jiān)測漿液注入量、壓力變化及采空區(qū)內(nèi)外的氣體濃度，并基于監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整灌漿參數(shù)；第三，根據(jù)礦井的具體條件和煤的自燃特性，選擇合適的灌漿材料，以確保灌漿效果，如泡沫灌漿、膨脹性灌漿材料等。

（四）液態(tài)CO防滅火技術(shù)

目前，液態(tài)CO防滅火技術(shù)以其高效、環(huán)保、安全等特點(diǎn)在煤礦防滅火領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其工作原理主要為液態(tài)CO注入采空區(qū)后，能迅速汽化并吸收大量熱量，顯著降低采空區(qū)的溫度，有效抑制煤的自燃過程。同時，液態(tài)CO汽化后形成的CO氣體，能夠占據(jù)采空區(qū)的空間，降低氧氣濃度，進(jìn)一步防止煤氧化。首先，確定合適的液態(tài)CO注入點(diǎn)，通常選擇在采空區(qū)的適當(dāng)位置，以便液態(tài)CO能夠均勻擴(kuò)散至整個采空區(qū)。其次，通過專用的液態(tài)CO輸送設(shè)備將液態(tài)CO輸送至注入點(diǎn)，以確保液態(tài)CO的供應(yīng)充足、穩(wěn)定。再次，在控制注入量和注入速度基礎(chǔ)上，將液態(tài)CO注入采空區(qū)，使液態(tài)CO能充分發(fā)揮作用。最后，對注入后的采空區(qū)進(jìn)行監(jiān)測，觀察溫度變化、氧氣濃度變化等指標(biāo)，以評估液態(tài)CO防滅火技術(shù)的效果。在運(yùn)用液態(tài)CO防滅火技術(shù)時，要把控好以下要素：一是要確保液態(tài)CO的儲存和運(yùn)輸安全，防止泄漏和爆炸等事故的發(fā)生；二是要根據(jù)采空區(qū)的實(shí)際情況和滅火需求，制定合理的液態(tài)CO注入方案，以保障最終的滅火效果；三是要加強(qiáng)采空區(qū)的通風(fēng)管理，避免由于液態(tài)CO注入導(dǎo)致的通風(fēng)不暢或瓦斯積聚等問題；四是要定期進(jìn)行采空區(qū)的巡查和監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)和處理潛在的火災(zāi)隱患；五是應(yīng)充分考量本技術(shù)與其他技術(shù)的結(jié)合，打造綜合防滅火體系。

結(jié)語

綜上所述，相關(guān)施工企業(yè)應(yīng)在重視煤礦綜采工作面防滅火技術(shù)的同時，基于項(xiàng)目實(shí)際情況，梳理其可能存在的火災(zāi)隱患，整合資源打造能應(yīng)對各種火災(zāi)情況的技術(shù)體系，嘗試創(chuàng)新各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，以進(jìn)一步保障綜采面的工作安全。參考文獻(xiàn)

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