巷道冒頂煤炭自燃發火的預防處理研究

【摘 要】根據煤礦井下生產實際，對巷道冒頂形成的原因及容易產生巷道冒頂的地點、冒頂自燃發火機理、以及巷道冒頂煤炭自燃發火的預防和處理措施進行了初步分析。

【關鍵詞】巷道冒頂；壓力集中；冒頂空洞；接頂封閉

0 前言

巷道冒頂煤炭自燃火災是煤礦井下特定環境中煤炭自燃的一種內因火災。它發生的先決條件是巷道冒頂的產生。巷道冒頂在巷道施工中隨時都可能出現，這些冒頂大都出現在有大量風流通過的巷道，且有支撐物的掩護；因而巷道冒頂煤炭自燃火災較其它內因火災有更大的隱蔽性和危險性，也比較難以選擇合適的滅火措施。巷道冒頂煤炭自燃發火滅火方法的選擇要根據火區發展的程度，巷道冒頂的具體形狀和具體環境進行確定。

1 巷道冒頂形成原因

巷道冒頂空洞是形成巷道冒頂煤炭自燃發火的必要條件。巷道冒頂空洞的形成主要與巷道施工質量、地質構造等有關。

（1）地質構造處易發生冒頂。在巷道施工過程中遇到斷層、褶曲等地質構造時，由于過斷層的方法處理失當，往往留下少量的三角頂炭。這些頂炭受壓后冒落，形成巷道冒頂空洞。在過斷層時，根據斷層走向如能正確掌握過斷層的方法將巷道穿至或穿過斷層線，然后沿煤層施工巷道則可以避免巷道冒頂空洞的產生。

（2）大傾角煤層中施工巷道易發生冒頂。在傾角較大的煤層中施工巷 道時，使用傳統的支護方式如拱形、正梯形支護時，棚梁上的三角頂炭受壓后形成巷道冒頂。

2 巷道冒頂煤炭自燃發火原因分析

2.1 巷道冒頂處多裂隙的殘煤為發火創造聚熱條件

容易發生巷道冒頂的地點一般來說礦山壓力都特別顯著，在巷道施工完畢后，煤體原有的壓力平衡被破壞，造成局部壓力集中。在巷道支撐物不完好的情況下，壓酥的煤體一部分冒落，剩余的部分殘煤在礦壓作用下產生大量裂隙，且冒落空洞表面不規則，增加了與空氣的氧化接觸面積，為氧化聚熱創造了良好的條件。

2.2 冒頂空洞存在連續供氧條件

連續供氧是煤炭自燃發火決定性的因素之一，而巷道冒頂空洞內殘煤的供氧方式和其它內因火災相比有其特殊性。一般供風巷道的冒頂空洞，存在著以下兩種連續供氧方式：

（1）冒頂空洞內殘煤氧化后，溫度升高、與冒頂下方巷道內氣溫有一溫差，使其間產生微量熱風壓。巷道中低溫空氣氣流在熱風壓的作用下，自然流向冒頂空洞的頂部，為連續供氧創造了條件。熱風壓直接用下式計 算

hr=Zr△T/T

式中 Z——巷道冒頂空洞高度：

r——巷道中的空氣重率：

△T——巷道冒頂空洞上下溫度差：

T——巷道中的空氣溫度。

由上式可知，熱風壓的大小與冒頂深度有關，與冒頂空洞上下兩端的溫差有關。冒頂愈深，溫差愈大，熱風壓愈大，由此產牛的風量愈大。由上式也可看出，在冒頂深度一定的情況下，熱風壓的人小直接與冒頂空洞上下兩端的溫差有關，而冒頂點存在時間愈長，冒頂點聚熱愈多，則熱風壓也愈突出。

（2）巷道中呈紊流狀態運動的風流，其空氣分子不斷撞擊冒頂空洞內的空氣分子，空洞內的空氣分子獲得能量往頂部依次傳遞，這就是所謂的擴散通風，也是冒頂空洞連續供氧的主要方式。

3 巷道冒頂煤炭自燃發火的預防

由前述可知，巷道冒頂空洞是造成頂部煤炭自燃發火的必要條件，因此在巷道施工或使用過程中及時正確地處理所產生的冒頂是預防巷道冒頂自燃發火的關鍵。冒頂煤炭自燃火災的處理有以下幾種方法。

（1）接頂封閉法。這種方法適用于巷道冒頂范圍小且冒落高度不深的情況。具體做法是用水泥板封堵，上面用黃泥、砂漿等不燃性材料密封、充填。

（2）改變形狀法。這種方法主要是根據擴散通風的原理，利用改變巷道冒頂空洞的形狀，有意識地增強巷道冒頂空洞的擴散通風能力，使冒頂頂部氧化產生的熱量被及時帶走，致于造成聚熱發火。具體做法是將冒頂區域與巷道接觸部分修成光滑的弧狀，使巷道中的風流易于往冒頂頂部擴散。這種方法適合于巷道冒頂不深且冒頂范圍較大的巷道冒頂點。

（3）導風法。利用適當的導風設施，如木板、風障、金屬風筒等將風流引入巷道冒頂點，使冒頂點氧化產生的熱量及時排出。這種方法適合于冒落范圍不大但冒落高度較大的情況。

4 巷道冒頂煤炭自燃火災的處理

巷道冒頂煤炭自燃火災的處理方法多種多樣，但如何保證火區處理得 迅速、有效，往往要根據冒頂火區的著火程度、火區面積、冒頂空洞形狀等具體情況作出具體選擇。

（1）卸頂法。卸頂法是處理冒頂煤炭自燃火災比較常用的一種方法。具體做法是用長把工具將高溫燃燒的殘煤卸掉，消除冒頂空洞中的可燃物，然后結合插管噴水將火滅掉。這種方法適合于著火時間短、著火范圍不大且巷道冒頂不深的情況。

（2）插管注水法。根據水能吸熱的物理特性，直接將高壓水管插入冒頂火區直接進行噴水滅火。在殘煤明火滅掉之后，水在冒頂空洞中的高溫作用下，蒸發產生蒸汽，在煤體表面形成水膜，阻止氧氣和煤的接觸，并排出冒頂空洞中的氧氣，達到降溫滅火的目的。

（3）打鉆注水法。在巷道冒頂比較深，冒頂范圍大，火源點具體位置不能確定，而采取了上述兩種方法均不能達到滅火的目的情況下，利用巖石電鉆在冒頂點附近，從不同角度向冒頂火區的頂部，兩側打鉆孔插管注水。巖石電鉆打眼時可能將鉆孔打入冒頂區，而冒頂區的鉆孔短時間內容易造成垮孔，無法插管。所以鉆孔盡量打在冒頂火區的頂部和兩側，距火源保持0.5m左右。由于具體著火位置不能確定，因而打鉆也不可能一次成功，須在不同位置，不同角度多打鉆孔方能奏效。

（4）噴漿法。利用噴漿法處理巷道冒頂煤炭自燃火災實質上也是隔離 滅火的一種方法。在巷道冒頂面積大，但冒高不深時選用長把工具卸掉部 分活矸或活炭，然后在冒頂內表層用混凝土作原料進行噴漿。噴漿既可改 善空氣與煤體接觸面的光滑程度，又可形成牢固的支護，同時又形成一層致密的隔氧層，從而達到滅火的目的。

[責任編輯：王春燕]