韓咀煤礦自然發火綜合防治技術

孫志鳳

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韓咀煤礦自然發火綜合防治技術

孫志鳳

中煤華晉公司韓咀煤礦總工程師

行業曲線

韓咀礦井在煤自然火災安全方面存在基礎防治設施不完善、防治技術針對性不強等諸方面的問題，因此需要建立一套相對完善的火災綜合防治技術體系，來全面提升火災防治技術水平。首先要研究和掌握煤自然發火的基本規律，科學地對煤的自然發火進行預測預報，判斷煤的自然發火進程，做到防患于未“燃”。從而能夠明確指導礦井防滅火工作的實施，開展各項防滅火工作。結合韓咀煤業目前礦井井下實際開采技術條件和生產布局，以“預防為主、防治結合”為礦井火災防治工作的指導方針，實施建立適用于礦井的一整套防治井下自然發火的技術體系。礦井自然發火防治系統的建立有利于礦井安全，保障井下工作人員身體安全，避免因井下火災引起的人員傷亡及財產損失。

煤層自然發火預測預報系統

目前國內用于監測火災的系統有兩種：一是井下火災束管監測系統；二是地面色譜束管火災監測系統。前者系統的布置方式是，在井下工作面附近的機電硐室或聯絡巷里面，布置該系統所需要的部件，如真空泵、氣體采樣分析柜和控制箱，它的信號是以電的形式，經過預先鋪設好的電纜線輸送到地面計算機的，通過計算機對井下傳送上來的電信號進行分析、存貯，并對相應地點的火災系數加以分析，以及對井下發生火災爆炸可能性的判斷，全部這些工作經過整理后，做成表格并打印出來交給有關部門，其優點是該系統維護及管理簡單容易了解及應用操作。后者是把井下工作面的采空區或封閉區內的氣體經真空泵抽送到地面，接著利用專門的儀器（氣相色譜儀分析）對空氣的成分及含量變化進行分析，該系統的優點是可以同時分析多組成分變化。經過兩種系統的分析比較，韓咀礦應采用地面色譜束管火災監測系統。

注氮防滅火系統

對于采用注氮防滅火的采空區而言，在注入了一定的氮氣的采空區，該區域內的氣體靜壓強得到了提高，由于壓強差可以降低采空區的漏風量，從而達到空氣與煤的直接接觸量得到了大量減少；而且注入的氮氣在流煤體的表面時，低溫的氮氣可以吸收煤氧化反應而產生的熱量，可以進一步減緩煤因氧化產生的升溫速度，也可以降低煤巖體周圍物質的溫度，從而使煤的氧化速度因達不到煤燃燒的著火點而延緩或終止。

對于采用注氮防滅火的采空區而言，該區域內的氧氣濃度下降，相對與其他區域有所減小，氮氣的增加及氧氣的減少，會使氮氣代替原來的部分氧氣流動到煤巖體表面，甚至進入到煤體裂隙內，如此一來煤巖體表面與空氣接觸的地方，對氧氣的吸附量便會有大幅度降低，這一表現在一定程度上減緩并抑制了遺煤與氧氣的接觸量，從而使遺煤的氧化放熱速度降低。

氮氣向采空區的注入，使得原來存在于采空區內的可燃、可爆性氣體比例下降，所有氣體混合后，由于氮氣屬于惰性氣體，隨著氮氣濃度的增加，原有氣體的爆炸范圍逐漸縮小，即原有氣體的爆炸下限值升高、爆炸上限值下降。當氮氣與采空區原有的可燃、可爆性氣體的混合比例值達到一定界限值時，此時混合氣體發生爆炸的上限值就會與下限值重合，存在于采空區的可燃、可爆性氣體就失去了原有的爆炸能力。

灌漿防滅火系統

灌漿防滅火方法是將注漿材料（粉煤灰，黃土，懸浮劑）細粒化后加水制備成漿，以高壓水水作為動力系統，通過管道將材料輸送到井下需要防滅火的指定區域，并將材料注入該區域，其作用是封死堵住漏風的通道，其漿液可以包裹煤巖，使煤巖與氧氣隔絕，阻止煤巖的氧化，漿液的散熱性能好，可以吸收周圍煤巖的能量，使煤巖體溫度降低，從而為達到預防或撲滅礦井火災的目的而研制的一項技術措施。

韓咀礦2#煤（1202工作面）采用采3.0m，放3.47m的綜放煤方法，工作面的特點是本煤層遺煤較多，在有較好的通風供氧條件，周圍具有良好的蓄熱環境時具備遺煤可以自燃的條件，所以，對采用黃泥灌漿既可將處于采空區遺煤煤體進行一定程度的覆蓋，又可以對采空區起到堵漏風作用，可作為注氮防滅火起到很好的輔助作用。

圖1　工作面堵漏措施

阻化劑防滅火

阻化劑防火工藝方式有多種，其中常用的主要工藝方式有：壓注阻化劑溶液、汽霧阻化、噴灑阻化劑溶液。

阻化防火的管路系統為臨時性。管路系統的臨時性是其儲液池的做工方式不同，臨時性的儲液池一般用礦車（或專用的儲液箱做成），其管路的要求，現用現鋪設。

滅火機理：阻化劑的制作，是其與水混合，制成一定濃度的水劑混合溶液，該混合液能起到防火作用，其防滅火機理為：① 混合溶液能夠提高煤的化學惰性，在低溫時能降低煤和氧的反應，起到防火的效果；② 混合溶液能形成一層液膜，包圍煤塊及煤的表面裂隙面，隔絕空氣；③ 充填煤柱內部裂隙；④ 增加煤體的蓄水能力；⑤ 水分蒸發吸熱降溫。根本原因是降低煤的氧化速度，延長煤的自燃發火期。

壓注阻化劑

為了防止井下易燃地點發火（如工作面煤柱、工作面起采線、停采線等），需要對易燃地點進行處理，壓注阻化劑非常實用這類地點，不過需要在這些地點打鉆孔以便于進行處理。壓注阻化劑的適用條件是一些高溫點的滅火。首先要做的是打鉆孔，目的是為了測量溫度，以便于確定火區范圍，然后通過鉆孔向火源注阻化劑水溶液，漸漸靠近火源，對火源進行降溫處理以達到滅火的效果及目的。

汽霧阻化劑

汽霧阻化劑防滅火的根本原因在于，阻化劑水溶液在高壓作用下，通過霧化器將阻化劑水溶液霧化，形成需要的氣霧阻化劑。汽霧阻化劑是由微小的氣霧顆粒組成，該微小顆粒可隨著漏風風流流動，以漏風風流為載體，飄散到采空區漏風區域，從而達到采空區防火。

堵漏風防滅火

為了減少采空區漏風，減小氧化帶寬度，配合注氮滅火達到最佳效果，應在工作面進回風端頭采取堵漏風措施，目前礦井普遍采用吊掛帆布的方法，此方法經濟、方便、工作量小，如果能夠保持嚴密性，就能取到非常好的效果。由于此設施極易受到破壞，因此有必要建立密閉墻堵漏風系統。具體步驟：用裝滿遺留碎煤或矸石的編織袋沿工作面切頂構筑堵漏風墻。該堵風墻的方位應該沿著煤層走向，且堵風墻的壘砌方式，應該與每層的走向相互垂直，堵風墻兩側不留空隙，防止風從相鄰支架尾梁和巷道煤壁流入采空區，為了防止風的流入，不但兩側不能留下空隙堵風墻的頂部也不應該留下空隙，鑒于工作面推進速度較快，暫定每推進30m構筑一道堵漏風墻，作用是用來風量防止過量的風流向采空區。工作面堵漏示意圖如圖1所示。

結語

通過對韓咀煤礦地質及煤層自然發火條件、經濟投入的綜合分析，韓咀礦應該建立束管監測系統，該系統的建立有利于煤礦井下火災的防治，可以保障井下工作人員的人身安全，避免因火災引起的人員傷亡及財產損失。

DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.017