淺談煤礦采空區(qū)防滅火技術(shù)及安全措施

作者簡介：

王鵬鵬（1988— ），男，漢族，山東章丘人，本科，工程師，研究方向：采礦工程；孔凡光（1988— ），男，漢族，山東鄒城人，專科，研究方向：采礦工程。

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國家對各類資源的需求越來越多。煤礦資源在我國的經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)著重要地位，是人們實現(xiàn)對煤礦資源有效應(yīng)用的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，具有重要意義。然而，受各種因素的影響，我國煤礦采空區(qū)發(fā)生火災(zāi)事故的概率較高。因此，相關(guān)煤礦資源采集企業(yè)和機構(gòu)必須做好煤礦采空區(qū)防滅火工作，更好地保證工作人員以及采空區(qū)的安全，有效解決采空區(qū)火災(zāi)事故頻發(fā)問題。本文分析了目前比較常見的幾種煤礦采空區(qū)防滅火技術(shù)，介紹了應(yīng)用路徑，闡述了未來發(fā)展趨勢，提出了幾點煤礦采空區(qū)防火安全措施，旨在促進我國煤礦行業(yè)的進一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：

煤礦采空區(qū)；防滅火技術(shù)；安全措施

引言

煤礦本身就具有較強的可燃性，采空區(qū)內(nèi)殘留的煤更是大大增加了該區(qū)域發(fā)生火災(zāi)事故的可能性。防滅火技術(shù)的合理應(yīng)用，不僅能夠降低煤礦發(fā)生火災(zāi)事故的概率，還可以提前預(yù)測火災(zāi)，有利于為工作人員贏得應(yīng)對火災(zāi)事故的時間，為工作人員營造一個更加安全的作業(yè)環(huán)境。除此之外，加強對煤礦采空區(qū)的安全管理，也是為工作人員創(chuàng)造安全作業(yè)環(huán)境的一項重要舉措。本文主要針對煤礦采空區(qū)防滅火技術(shù)以及該區(qū)域的安全管理措施展開了相關(guān)分析與研究，僅供參考。

一、煤礦采空區(qū)防滅火技術(shù)分析

煤礦采空區(qū)一般都會有很多殘留的煤，若這些煤礦想要實現(xiàn)自燃，必須同時滿足四個條件，因此相關(guān)人員一般只需要破壞其中一個條件就能避免遺煤自燃問題的發(fā)生^[1]。煤礦采空區(qū)防滅火技術(shù)的工作原理便是通過作用于煤炭自燃的四個條件，來達(dá)到阻斷煤自燃的目的。

（一）工作面開采技術(shù)

工作人員在開采煤層之前若可以制定合理的開采技術(shù)措施（如巷道尺寸的設(shè)計、開采方式的選擇等），便可以大大提高煤炭回收率，有利于減少“遺煤”的產(chǎn)生，如此就能有效避免采空區(qū)遺煤自燃問題的發(fā)生。對于那些不可避免的“遺煤”，工作人員可以嘗試加快回采速度，從而以此來縮短采空區(qū)遺煤在散熱帶和氧化帶所滯留的時間。

（二）均壓通風(fēng)技術(shù)

均壓通風(fēng)技術(shù)阻斷煤自燃的原理主要是通過借助礦井內(nèi)的通風(fēng)設(shè)備對采空區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)中的各個部位壓力進行調(diào)節(jié)，從而減小巷道兩側(cè)的壓差，減小礦井采空區(qū)的漏氣量，最終達(dá)到阻斷煤體自燃的目的。這項技術(shù)一般不需要投入太多成本，易于操作，而且還可以有效防止有毒、有害氣體對工作環(huán)境的污染，因此目前這項技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)的煤礦工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。

（三）堵漏防滅火技術(shù)

堵漏防滅火技術(shù)主要是利用非易燃物堵塞通風(fēng)管道來阻斷煤體自燃所需要的供氧條件，從而達(dá)到滅火的目的^[2]。目前，我國煤礦行業(yè)最常用的堵漏防滅火技術(shù)有兩種。一種是在兩巷之間設(shè)置擋風(fēng)墻。擋風(fēng)墻的寬度一般都要比巷道寬度大，且四周要盡可能與煤壁接嚴(yán)，才能夠最大限度地減少采空區(qū)漏風(fēng)量。另一種是通過填充堵漏材料，實現(xiàn)對漏風(fēng)通道的填堵，以達(dá)到減少漏風(fēng)量的目的。目前，市面上出現(xiàn)了一種可以直接噴涂的新型復(fù)合漿體堵漏材料，使用這一材料填堵漏風(fēng)通道往往需要投入較高成本，而且施工量較大，因此直到現(xiàn)在，這一材料還并未廣泛應(yīng)用于煤礦防火工作。

（四）注漿防滅火技術(shù)

注漿防滅火技術(shù)阻隔煤自燃的原理主要是通過將黏土、粉煤灰等多種不可燃材料進行一定比例的混合，在形成一定濃度的漿液之后，將漿液順著管道運輸?shù)骄虏⒆⑷氲娇赡軙l(fā)生遺煤自燃的采空區(qū)，從而達(dá)到降低煤體溫度、隔絕氧氣的目的，以實現(xiàn)對遺煤自燃條件的阻斷^[3]。另外，當(dāng)泥漿進入裂隙結(jié)成膠結(jié)以后，采空區(qū)的空隙率也會有所降低。當(dāng)前，我國已經(jīng)建成的注漿防滅火系統(tǒng)主要有兩種：井上固定制漿系統(tǒng)、井下移動注漿系統(tǒng)。相關(guān)工作人員在使用這些系統(tǒng)進行注漿操作時，還可以根據(jù)實際情況及時調(diào)整注漿量。這項煤礦采空區(qū)防滅火技術(shù)雖然操作簡單，成本較低，防滅火效果也比較顯著，但對注入漿液的濃度要求較高，需要相關(guān)工作人員能夠嚴(yán)格把控好漿液濃度，避免出現(xiàn)因漿液濃度過大而堵塞注漿管道等問題。

（五）惰性氣體防滅火技術(shù)

惰性氣體防滅火技術(shù)阻隔煤自燃的原理主要是通過在采礦區(qū)遺煤自燃區(qū)域中的預(yù)埋管道或鉆孔中注入惰性氣體，來達(dá)到預(yù)防和撲滅火災(zāi)的目的^[4]。具體來看，當(dāng)相關(guān)工作人員在預(yù)埋管道或鉆孔中注入惰性氣體以后，這些氣體就會與采礦區(qū)中的遺煤接觸，覆蓋在煤體表面并進入煤體的內(nèi)部空隙，從而將煤體中的氧氣置換出來，以此進一步組織煤體氧化。從目前來看，常見的惰性氣體有兩種：CO2和N2。這兩種氣體的化學(xué)性質(zhì)相對比較穩(wěn)定，且容易獲得，只不過與N2相比，CO2對煤自燃的抑制效果更強。另外，從目前來看，有相關(guān)研究表明，通過將CO2和N2兩種氣體進行一定比例的混合，其滅火效果可以達(dá)到最優(yōu)。與其他防滅火技術(shù)相比，惰性氣體防滅火技術(shù)的操作相對比較簡單，容易制備和輸送，但需要的滅火周期較長，并且在滅火時容易讓人窒息，因此相關(guān)工作人員在使用這項技術(shù)時，還需及時監(jiān)測惰性氣體的濃度，避免因濃度過高而導(dǎo)致人員窒息。

（六）阻化劑防滅火技術(shù)

阻化劑防滅火技術(shù)主要是將阻化劑噴灑在煤體表面，以此來抑制煤的活性、隔絕空氣，從而阻止采空區(qū)遺煤自燃。從目前來看，社會市場上有很多類型的阻化劑，這些阻化劑的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，價格相對比較昂貴，而且投入滅火的需求量較大，因此工作人員需要根據(jù)實際情況合理選擇和應(yīng)用這項技術(shù)。

二、煤礦采空區(qū)應(yīng)用防滅火技術(shù)的實現(xiàn)路徑

（一）完善消防系統(tǒng)

在對煤礦采空區(qū)進行安全管理時，防滅火技術(shù)的應(yīng)用需要有一套相對完善的消防系統(tǒng)作為支撐和保障，不但可以有效指導(dǎo)相關(guān)工作人員正確使用防滅火技術(shù)，而且還能夠在一定程度上消除煤礦采空區(qū)的安全隱患，從而避免火災(zāi)事故的發(fā)生。另外，消防系統(tǒng)的完善還需要相關(guān)企業(yè)和機構(gòu)能夠加大對建設(shè)和完善消防系統(tǒng)的資金投入力度，配備充足的消防設(shè)施，從而為防滅火技術(shù)的應(yīng)用提供更多支持。

（二）改進噴淋系統(tǒng)

建設(shè)噴淋系統(tǒng)是煤礦采空區(qū)加強消防安全管理的一項重要工作，能夠在一定程度上影響防滅火技術(shù)的實際應(yīng)用效果。因此，相關(guān)工作人員有必要加強對噴淋系統(tǒng)的建設(shè)與優(yōu)化，注重其應(yīng)用性能的提升，確保該系統(tǒng)可以盡可能快地消滅火災(zāi)，避免火勢加大或向煤礦其他區(qū)域蔓延。一方面，在系統(tǒng)建設(shè)的過程中，相關(guān)人員要重視“輸送管”和“進風(fēng)管”兩個管道的管徑設(shè)計，盡可能使用鋼制管道建設(shè)噴淋系統(tǒng)，以便更好地滿足煤礦采空區(qū)滅火需求。另一方面，在對噴淋系統(tǒng)進行改進優(yōu)化設(shè)計時，相關(guān)人員需要加強對進口水壓的控制。通常情況下，進口水壓應(yīng)大于等于25兆帕，而且還需要工作人員在消火栓周邊安裝泄壓閥，以此來降低噴淋系統(tǒng)的水壓，確保水壓低于06兆帕，從而確保噴淋系統(tǒng)可以正常運行。

（三）加強環(huán)境監(jiān)測

火災(zāi)發(fā)生前，周圍環(huán)境通常都會發(fā)生一些顯著變化。對此，相關(guān)工作人員可以加大對煤礦采空區(qū)周圍環(huán)境變化的監(jiān)測力度，以此來實現(xiàn)對該區(qū)域發(fā)生火災(zāi)安全事故的預(yù)測。在具體實踐中，相關(guān)人員可以在煤礦采空區(qū)布設(shè)多種傳感器，通過傳感器來采集采空區(qū)周圍環(huán)境信息，了解其環(huán)境變化，從而預(yù)測出該區(qū)域發(fā)生火災(zāi)的概率，這樣就能最大限度地保障工作人員人身安全，減少火災(zāi)事故發(fā)生的可能。一旦監(jiān)測出礦區(qū)發(fā)生了火災(zāi)，相關(guān)人員必須及時采取一定措施，操控消防系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)等破壞煤體燃燒的條件或是向采空區(qū)注入氮氣，從而快速完成礦區(qū)滅火工作。需要注意的是，在注入氮氣之前，相關(guān)人員需要檢查是否有人被困在火場內(nèi)，若有人員被困需慎用這種方法。

三、煤礦采空區(qū)防滅火技術(shù)的未來發(fā)展

（一）研發(fā)煤自燃預(yù)測預(yù)報技術(shù)

在煤礦開采時，隨著開采深度的不斷增加，相應(yīng)的煤礦地質(zhì)條件勢必會更加復(fù)雜，隱藏在采空區(qū)的火源位置必然也會更加隱蔽，導(dǎo)致相關(guān)工作人員無法準(zhǔn)確監(jiān)測出可能會發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域。從目前來看，現(xiàn)有的煤自燃危險區(qū)域判斷方法具有一定的局限性，常常不能較為準(zhǔn)確地判斷出不同煤礦開采條件下采空區(qū)火災(zāi)發(fā)生區(qū)域或危險區(qū)域。因此，未來相關(guān)科研人員可以嘗試研發(fā)煤自燃預(yù)測預(yù)報技術(shù)，以便更好地保障煤礦開采人員人身安全。

（二）研發(fā)新型防滅火材料

從目前來看，雖然防滅火材料至今已經(jīng)有了多年發(fā)展歷史，這些材料的制備工藝大多比較復(fù)雜，需要投入的成本較高。因此，這就需要相關(guān)科研人員能夠積極研發(fā)出更經(jīng)濟、更環(huán)保、容易制備且更適合煤礦作業(yè)環(huán)境的新型防滅火材料。

（三）研發(fā)智能化滅火設(shè)備

目前我國所使用的防滅火設(shè)備很多都離不開人工操作，現(xiàn)階段還未形成集監(jiān)測、報警、自動滅火等于一體的智能化防滅火系統(tǒng)。另一方面，我國很多地區(qū)在對煤礦進行氣體檢測時，無法隨時隨地對井下任何區(qū)域的氣體成分進行檢測，通常還需要相關(guān)人員下井取樣，然后帶到地面上對其進行化驗和分析，這就容易導(dǎo)致煤礦監(jiān)測人員無法及時發(fā)現(xiàn)煤礦采空區(qū)中的危險源或危險區(qū)域，從而無法保證火災(zāi)及時消除。因此，相關(guān)科研人員還需要加大信息技術(shù)的應(yīng)用，積極研發(fā)基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段的智能化滅火設(shè)備。

四、煤礦采空區(qū)安全措施

（一）做好前期準(zhǔn)備工作

在正式進入煤礦采空區(qū)之前，相關(guān)工作人員有必要提前了解該區(qū)域的實際情況和環(huán)境特點，以此為依據(jù)盡可能全面地識別出可能誘發(fā)安全事故的因素，對安全事故發(fā)生的可能有一個比較準(zhǔn)確的預(yù)判，之后還需要提前制定出科學(xué)合理且可行性強的安全技術(shù)應(yīng)用方案和安全逃離方案。相關(guān)工作人員還需要加強對煤礦采空區(qū)地質(zhì)條件的信息采集與分析，根據(jù)最終的分析結(jié)果判斷該區(qū)域是否穩(wěn)定、是否安全，并制定相應(yīng)的煤礦開采方案，以免發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。

（二）優(yōu)化地質(zhì)勘查方法

在煤礦生產(chǎn)作業(yè)過程中，地質(zhì)勘查尤為重要。隨著工作人員對煤礦的不斷開采，采空區(qū)面積將會逐漸增加，由于該區(qū)域的地質(zhì)條件大多并不穩(wěn)定，隨時都可能會發(fā)生變化。因此，如果相關(guān)工作人員無法較為準(zhǔn)確地掌握該區(qū)域的實際分布情況和潛在的危險源，那么就會大大增加礦區(qū)發(fā)生安全事故的概率。若想要進一步保障煤礦采空區(qū)的作業(yè)環(huán)境安全和工作人員的人身安全，關(guān)鍵還是要加大對礦區(qū)地質(zhì)的勘查。首先，相關(guān)煤礦資源采集企業(yè)和機構(gòu)需要加大資金投入力度，積極引進先進的地質(zhì)勘查設(shè)備，讓工作人員積極學(xué)習(xí)這些設(shè)備的使用方法，讓他們通過操作這些設(shè)備來完成對礦區(qū)地質(zhì)信息的采集、分析與研究，從而為他們制定出較為準(zhǔn)確的開采方案提供更多數(shù)據(jù)支持和保障。其次，相關(guān)煤礦資源采集企業(yè)和機構(gòu)有必要引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，聘請專業(yè)人員加強對工作人員的技術(shù)培訓(xùn)，讓他們能夠利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對所采集的礦區(qū)地質(zhì)信息進行準(zhǔn)確分析，使其能夠進一步明確煤礦采空區(qū)的位置、環(huán)境特點以及該區(qū)域可能會出現(xiàn)的安全事故（包括事故出現(xiàn)的大概位置等），從而為其制定應(yīng)對安全事故的方案提供依據(jù)。最后，相關(guān)煤礦資源采集企業(yè)和機構(gòu)需要將每個工作人員的地質(zhì)勘查工作情況完整地記錄下來，建立紙質(zhì)版和電子版地質(zhì)勘查檔案。這樣一來，如果發(fā)生了安全事故，可以責(zé)任到人，有效提高地質(zhì)勘查工作人員的安全意識和責(zé)任意識，有利于讓他們充分認(rèn)識到開展地質(zhì)勘查工作的重要意義，也有利于減少同類錯誤的出現(xiàn)頻率。

結(jié)語

總而言之，在煤礦開采時，相關(guān)工作人員有必要加強煤礦采空區(qū)防滅火技術(shù)的應(yīng)用以及對該區(qū)域的安全管理，如此才能更好地保證自身的生命安全，提高煤礦開采效率。目前，我國煤礦采空區(qū)常用的幾種防滅火技術(shù)主要包括工作面開采技術(shù)、均壓通風(fēng)技術(shù)、堵漏防滅火技術(shù)、注漿防滅火技術(shù)、惰性氣體防滅火技術(shù)、阻化劑防滅火技術(shù)。在實際工作中，工作人員必須根據(jù)實際情況選擇合適的技術(shù)，從而做好煤礦采空區(qū)的防滅火工作。為進一步保障施工人員人身安全，相關(guān)管理層還要做好煤礦采空區(qū)的安全管理工作，如可以通過做好前期準(zhǔn)備工作、優(yōu)化地質(zhì)勘查方法等舉措來實現(xiàn)，從而最大限度地避免作業(yè)期間安全事故的發(fā)生。

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