煤礦內因火災防滅火技術的發展思考

摘 要：在多年礦井防滅火的實踐基礎上，形成了煤炭自燃理論，發展了許多煤礦防滅火的材料及技術。根據多年的現場工作經驗，從現場工作人員的角度對以往較多材料進行了優缺點的分析，對今后礦井防滅火的發展方向提出了一些觀點，重點強調了建立完整的防治煤層自然發火保障體系及提高礦井煤層自然發火預測預報能力的必要性。

關鍵詞：保障體系 預測預報 防火材料 自燃機理

中圖分類號：TD75 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-0-02

隨著礦井高產高效集約化的發展的需要和國家對煤礦安全生產的高度重視，對煤礦安全生產保障體系提出了更高的要求。礦井火災是煤礦主要災害之一，每一場火災的發生，輕則影響生產，重者可以燒毀煤炭資源和礦井設備，更為嚴重者則可能引燃瓦斯煤塵爆炸或火煙毒化礦井。在煤礦里，通常根據引火的熱源不同將礦井火災分為外因火災和內因火災。

由外部熱源如明火、放炮、瓦斯煤塵爆炸、機電設備運轉不靈、摩擦、電流短路等原因引燃可燃物而發生的火災稱為外因火災，外部火災可以發生在礦井的任何地點，且屬于偶然事件。

煤礦內因火災主要是指煤炭在一定條件和環境下（如煤柱破裂、浮煤集中堆積又有一定風流供給）自身發生物理化學變化，聚集熱量導致著火引起的火災。

可燃物由蓄積熱量發展發展成為火災要經過三個階段，即潛伏期、自熱期和燃燒期。潛伏期和自熱期的時間較長，如果在潛伏期和自熱期，破壞了外部的供氧條件或熱量蓄積條件，自燃過程終止，便不能發展成為火災。所以，內因火災往往是由于發現不及時或處理不當造成的。

就內因火災的特點而言，它的發生是一個或長或短的過程，而且有預兆，易于早期發現。但火源隱蔽，往往發生在人們難以或不能進入的采空區或煤柱內，要想找到真正的火源卻非易事，因此不能及時撲滅，以致有的內因火災可以持續數月、數年、數十年而不滅，燒毀大量煤炭資源，凍結大量開拓煤量。分析當前眾多防滅火技術，發現每一項技術都有其特殊性和適用條件，利用每一項技術還不能完全預防和杜絕自然發火事故的發生。

因此，在“預防為主”的宗旨指導下，加強綜合防滅火技術研究，發展防滅火技術的可靠性和穩定性，成為每一個防滅火科技人員的責任和重擔。

1 建立一整套完整的防治煤層自然發火保障體系

對于開采具有煤層自然發火的礦井，必須建立一套完整的防治煤層自然發火技術保障體系，完善防滅火技術體系庫，服務于礦井安全生產。礦井防滅火技術體系庫應從以下幾個方面考慮：

（1）礦井、采區、工作面巷道設計布置必須有利于防止煤層自然發火；礦井、采區巷道盡可能布置在巖巷中，工作面巷道應避開應力集中區、老巷等位置，當無法避免時就必須在設計時就采區防滅火技術措施。

（2）通風系統務求簡單、穩定、可靠。礦井通風系統對煤層自然發火影響最大，要求通風系統合理，風流穩定、可靠、通風負壓小；利用礦井通風系統優化軟件，定期對礦井通風系統進行優化分析，當通風系統不合理時，必須及時進行改造；建立礦井火災救災專家系統。目前許多科研院所研究了許多這方面的軟件，但缺乏現場的廣泛應用。因此，每一個礦井應根據自己的實際情況建立通風系統數據庫，使通風系統趨向自動化，實施通風系統在線分析優化、自動調整，提高礦井抗災、救災能力。

（3）巷道斷面盡可能大，支護能力盡量強。巷道支護應推廣應用以錨網、錨噴為主的巷道支護技術，減少巷道變形、煤體破碎。隨著礦井開采深度的增加，礦山壓力越來越大，巷道支護難度也越來越大，有必要研究巷道支護新技術。根據現場統計情況，只要保持煤體完整，一般不易出現自然發火現象，所以提高巷道支護能力，減少煤體破碎程度，延緩巷道變形，成為研究巷道支護的首要任務。

（4）建立礦井防滅火技術數據庫，應用到礦井各個生產環節；完善礦井防滅火設備；使礦井防滅火技術人員及作業人員熟練掌握每一項技術，提高防滅火作業人員素質；防滅火技術和設備必須系統化；根據礦井實際情況及不同隱患點，創建礦井防滅火技術和設備優化分析系統，提高防滅火可靠性及有效性，減少無效防滅火工程。

（5）建立礦井防災、抗災指揮系統，提高礦井防災、救災快速應變能力，推行礦井防災、救災指揮軍事化管理，在礦井上下建立礦井防災、救災指揮基地。

2 提高礦井煤層自然發火預測預報能力

煤層自然發火都有早期預兆，能夠及時發現自燃發火早期現象，對避免自然發火事故的發生非常重要。因此，礦井必須建立的煤層自然發話哦早期預測預報網絡和防控體系，且應從以下幾個方面考慮。

（1）完善礦井安全監控系統

目前礦井的安全監控系統僅布置了一氧化碳傳感器、溫度傳感器，對這些傳感器布置的數量、位置不夠完善、合理，不具有自然發火分析判斷能力，為更好的服務與自然發火的早期預測功能，應從以下幾點繼續改進、完善。

研制乙烯、乙炔等煤層自然發火標志性氣體傳感器；布置完善的各類 煤層自然發火標志性氣體傳感器；根據每一個礦井的具體情況，建立煤層自然發火預測預報分析系統和識別系統，及時判斷自然發火隱患的

位置。

（2）改進隱蔽著火源的探測手段

煤層自然發火一般出現在破碎的深部，若不能及時判斷著火源的準確具體位置，很難做到防滅火的及時性，因此許多礦區出現很多“頑固性”高溫點，久治不下，原因就在于此。目前研制使用的紅外測溫儀，受現場客觀條件制約，只能測定煤體表面溫度，對深部火源探測效果不好。有的礦區采用放射元素—氡探測大型火區，該技術對探測煤層埋藏較淺的大型火區效果較好，如太原理工大學組織實施的對大同礦區、新疆礦區進行的大型火區探測，取得了較好的效果，但現場操作較復雜，探測時間較長，受現場條件限制等問題。所以研究快速可靠的隱蔽火源探測技術成為礦井治理自然發火的迫切

要求。

（3）擴大礦井安全檢測系統與礦井火災束管監測系統的兼容性

礦井火災束管監測系統對乙烯、乙炔等進行分析采用氣相色譜技術，一般僅對工作面采空區進行預測預報，且在對采空區進行自然發火預測預報時布點困難。各礦使用兩種系統一分為二，應合二為一，在巷道內布置采樣點，彌補當前沒有乙烯、乙炔傳感器的缺陷，以便綜合分析礦井自然發火隱患。

3 研究新型防滅火材料與裝備

為了防治煤炭自燃，國內外廣泛采用注漿、撒阻化劑、注惰氣、注凝膠、膠體泥漿、三相泡沫、阻化氣霧等技術[1]。這些技術在保證礦井安全生產起到了重要作用，但還存在不足：采用注漿技術，漿體注入到采空區后，一般有高向低的線流動，擴散范圍小，漿液容易流失，有時還會發生潰漿事故；注惰性氣體，氣體容易隨漏風逸散，不易停留在注入的區域內，且滅火降溫能力差；注凝膠、泡沫樹脂等，流動性差流量小，成本高；注惰氣泡沫，泡沫容易破碎，一旦水分揮發，防滅火的性能就會消失；三相泡沫利用粉煤灰、黃泥等的覆蓋性、氮氣的窒息性、水的降溫能力，綜合氣、固、液三相的功能，在火區治理中具有較好的現場實用性，然而對于工作面的防滅火而言，現場實踐顯示三相泡沫的產生伴隨也產生一些有味的雜質氣體污染井下空氣，適才井下人員大多不愿使用。因此，未來需要進一步研制材料來源廣泛、價格低廉、配制方面、綠色的新型防滅火新材料。

4 探索煤層自燃發火機理與規律

自十七世紀黃鐵礦導引學說提出后，煤炭自燃機理的研究取得了重大發展隨后形成了細菌導因學說、酚基導引學說、及煤氧復合學說四大主要理論[2]。隨著科技的發展及人們認識的深入，在傳統學說的基礎上又發展出了對煤炭自燃機理新的認識：從煤巖相學研究煤自燃的機理發現，在煤溫度升高過程中，因煤組分的不同，各階段的氧化速率和放熱強度以及蓄熱能力均不同，所以煤自燃過程階段的劃分也各異[3-4]；從煤體表面的反應熱研究發現，溫度對反應速率有直接影響，煤的氧化反應是從表面逐漸進行的，且隨著煤體溫度的不同產生出不同的氣體；從煤的活化能入手研究，解釋了煤自燃進程，提出了煤自燃逐步自活化反應理論[5]。

只有摸清煤層自然發火機理，掌握煤層自然發火規律，堅持“預防為主”的指導方針，提前采取預防措施，才能有效治理煤層自然發火，確保礦井長治久安。隨著人類對微觀事物認識的不斷深入，以及科學技術的不斷進步，應繼續探索煤層自然發火機理與規律，研究其對應的治理手段，做到有的放矢。治理煤層自然發火是煤礦工作者與大自然作斗爭的一項長期而艱巨的任務。隨著科學技術的發展，防滅火技術也在不斷進步，防治手段也將不斷完善。只有經過人們不懈的努力，防治技術才能不斷發展，才能滿足礦井防滅火工作的需要，才能為我國煤炭事業做出更大的貢獻。

5 結語

分析當前眾多防滅火技術，發現每一項技術都有其特殊性和適用條件，利用每一項技術還不能完全預防和杜絕自然發火事故的發生。

根據多年現場工作的經驗，認識到在新的科技條件下，必須在建立整套完整的防治煤層自然發火保障體系、提高礦井煤層自然發火預測預報能力、研究新型防滅火材料與裝備、繼續探索煤層自燃發火機理與規律等方面做出努力。

文中一些觀點是站在一個基層工作者的角度上進行的考慮，從一個側面能反映出現場的需求，對以后的礦井防滅火工作具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]王德明.礦井火災學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2008.

[2]秦玉書，趙玉田，張永吉.煤礦井下內因火災防治技術[M].沈陽：東北大學出版社，1993.

[3]張玉貴，唐修義，何萍.煤分子結構與煤的自燃傾向性[J].煤礦安全，1989（7）：1-5.

[4]張玉貴.鏡煤和絲炭自燃傾向性研究[J].煤礦安全，1991（2）：20.

[5]秦波濤，王德明，李增化，等.以活化能的觀點研究煤炭自燃機理[J].中國安全科學學報，2005，15（1）：11-14.