撫順東露天礦采場火災辨識分析及防治方案

王 洋，劉廣新，李煥忠

（撫順礦業集團有限責任公司 東露天礦，遼寧 撫順 113003）

露天煤礦在生產作業中由于其自身工作環境的特殊性和開采條件的特殊性，存在許多的危險因素。其中，露天煤礦火災事故的預防和處理，是露天煤礦解決危險因素中的重要一項。煤礦火災防治應堅持以基礎理論研究為先導，以關鍵技術裝備研發為重點，以推廣應用為目的，不斷創新提高防火技術的有效性、適應性和經濟性[1]。通過對撫順東露天礦采場火災因素辨識分析，結合生產實際采取可行有效的防治措施，可以提高采場火災事故的預防能力，實現撫順東露天礦采場火災事故可防可控。

1 東露天礦采場煤炭自燃情況

1）東露天礦采場煤炭自燃現狀調查。東露天礦自建礦以來，原煤生產及土方剝離工程中使用爆破工藝，對煤坑的邊墻煤幫產生一定的松動，進入空氣后，容易發生邊角煤層自燃現象。由于東露天礦在日偽時期遭受了十分嚴重地亂挖亂采現象，造成邊坡下面存在數量眾多的老井工采區或舊巷道，由此嚴重的威脅目前露天開采的安全[2]。隨著礦山發展規劃的實施，采掘深度的增加，揭露的井工舊巷、舊采跡越來越多，揭露的舊巷、舊采跡的煤炭與空氣中氧接觸后極易自燃。

2）東露天礦煤炭自然發火。礦井自燃火災是威脅煤礦安全生產、造成煤礦重特大事故的主要災害之一[3]。東露天礦煤層自燃傾向性等級為Ⅰ級，屬于容易自燃煤層，煤質發火期相對較短，約為30 d。

3）東露天礦防滅火系統現狀。東露天礦在坑下東部泵站的蓄水池內安裝1 臺潛水泵，在礦坑南幫鋪設1 排2 300 m 長，直位φ108 mm 的消火管路，消火管路上每100～150 m 安設1 個DN50 閥門，閥門上分別接上DN50 塑料管2 000 m，分別引至坑下采煤工作面火區和南幫煤壁火區的消火工作。

2 東露天礦采場火災辨識分析

從東露天礦作業環境的角度辨識分析，其采場火災危險因素分為內因火災和外因火災。辨識分析內因火災和外因火災發生的燃燒必要條件，煤炭發生自燃、著火等燃燒類型，及煤炭形成分解燃燒和陰燃的燃燒方式和特點，并采用現場定期巡視、火災風險管控、火災隱患排查、采場煤層揭露、案例經驗總結等方法對采場火災進行辨識分析，確定了采場火災危險有害因素。

2.1 內因火災

2.1.1 內因火災分類

1）采場煤層自燃。可燃物在沒有外部火花、火焰等火源的作用下，由于受熱或自身發熱并蓄熱所產生的自然燃燒現象叫自燃[4]。2015 年12 月南幫E8400，+20 采場火區為煤炭松動爆破后未及時采裝，造成煤炭長時間裸露引發煤炭自燃，形成火區。

2）舊巷、舊采跡的煤炭自燃。2016 年10 月在西小坑煤炭采區+2 m 水平進行采煤作業時，揭露了大量的舊巷、老空區和舊采跡，隨著巷道的揭露以及采空區的塌陷，老空區內已氧化的煤得到充足的氧氣供應后形成了煤層自燃，且自燃向著隱蔽的縱深處擴展蔓延，逐漸發展成了大面積的高溫火區。

2.1.2 內因火災原因

煤是能自然發火的礦物，煤炭自燃形成的火災必須同時滿足3 個條件：①露天開采揭露出來的煤炭、舊巷、舊采跡的煤炭具有自燃傾向性，并呈破碎狀態堆積存在；②持續的通風供氧促使煤的氧化過程不斷發展；③煤氧化產生的熱量不斷積蓄，不能及時散熱，持續升高溫度。

2.2 外因火災

外因火災是由于外來熱源引起的火災，包括明火（如點火、吸煙、電焊、氣焊等）引燃的火災；油料（如柴油、維修用油等）在使用、運輸和保管時引起的火災；電氣設備（動力線、照明線、電動設備等）的絕緣損壞和性能不良、短路或過負荷引起的火災；炸藥在使用、運輸過程中引起的火災；機械作用（摩擦、震動沖擊等）引起的火災；雷擊造成的火災。在煤礦火災事故中，外因火災占重大惡性事故比例達到90%以上，且死于外因火災事故的人數占總數的65%。因此，絕不能由于外因火災的發生比率小而忽視其危險性[5]。

3 東露天礦采場火災防治方案

3.1 采場火災消火技術

堅持科技創新，探究防治煤礦火災危害的技術措施，是實現現代煤礦安全開發穩定運行的技術保障[6]。采場火點消火途徑主要是熄滅采場火點燃燒中心的火源、降低溫度和隔絕氧氣，東露天礦采場采取綜合治理措施，消火方法分別采用水澆法、清除火根法、滲透法、隔絕空氣掩埋法等。

3.1.1 水澆法

水澆法是露天煤礦目前普遍使用的一種滅火方法，水進入火區起到冷卻、降溫的作用，同時阻止了礦物氧化反應的進行。利用露天煤礦采場內部防排水系統所匯集的水作為水源，通過泵站在采場內建立送水消火管路網絡，用消防水槍向火區噴灑注水，同時采用灑水車直接把水噴灑到火區。因此，其工藝可分為以下2 種：①用管路輸水：即水源（虹吸）-管路-消防水槍-火點；②灑水車運水：即水源-灑水車-水帶-火區。水澆法適用于消滅明火或火根在2 m 以內的范圍較小的火區，煤炭采場臨時出現的火點。水澆法的優點是取材方便，降溫散熱效果好，成本低，見效快。水澆法工藝圖如圖1。

圖1 水澆法工藝圖

3.1.2 滲透法

滲透法是應用于采場工作面的暗火，其基本做法是根據所掌握的各火區范圍，以火區邊緣為界，挖建蓄水池。因為水有較強的滲透力，它可以穿過火物料的空隙，到達火區的燃燒中心，降溫、隔氧達到滅火的作用，同時水池沿火區的邊緣而挖建，可以阻止火區向橫向擴散。如2017 年年初東露天礦在西小坑火點上挖了1 座長20 m、寬10 m、深0.5 m 的蓄水池，將上部消火滲透水引入，通過近1 個月的時間，將該處暗火消滅。滲透法工藝為在火區周圍挖建蓄水池滲透，即火區-周圍挖建蓄水池-自流水（虹吸）-滲透。滲透法工藝如圖2。

圖2 滲透法工藝

3.1.3 清除火根法

清除火根法就是用水槍配合把已燃物料用機械設備運走，直至剝除火根進行滅火的方法。其適合于消滅火根淺、面積小、水不易到達的火區。優點是消火徹底，不復發。如2019 年東露天礦南幫E8600、+30 m水平火點就是采用此方法進行了消火，清除火根運至排土場。東露天礦與西露天礦比鄰，且西露天礦已形成了1 個巨大的礦坑，到界的西露天礦坑為東露天礦排土提供了排土空間[7]。清除火根法工藝采用挖溝機、鏟車、大汽車，將火點的火消滅根除，即挖掘設備與水槍配合-火區-清除火根-散熱-運至排土場。消除火根法工藝如圖3。

圖3 消除火根法工藝

3.1.4 隔絕空氣掩埋法

隔絕空氣法就是在火區上部覆蓋0.5～1.0 m 的沙子阻火細碎物料，并用人工、設備進行填埋，達到隔絕氧氣滅火的目的。適合于小面積孤立的火區。缺點是消火不徹底易造成火區向四周發展。如2018 年東露天礦南幫E8400 坡面火區采用沙子進行了掩埋，掩埋量達100 m3左右。用近4 d 將此火區掩埋，消滅了該處火區。隔絕空氣掩埋法工藝如圖4。

圖4 隔絕空氣掩埋法工藝

3.2 采場火災預防措施

為了預防采場火災事故發生，并實現及時有效消滅坑下藍煙、明火等安全隱患，特制定如下預防措施：①從火源的來源方面考慮，必須及時處理生產過程中遺留的各種發火隱患[8]，加強坑下采場檢查和巡視，對坑下易發生自燃火災的物品，要立即清理干凈；②在坑下采場所有防火區設有“嚴禁煙火”等防火警示標志；③嚴格控制煤層爆破量，所爆破的煤量不得超過15 d 的生產量；④采場采裝工作面應將坡面松動的煤層及平盤上浮煤清理干凈；⑤運煤道路及煤場每天進行浮煤的清理及灑水降溫、除塵工作；⑥完善坑下采場消火系統，鋪設6 條虹吸自流水管路，并保證24 h 消火；⑦配備消火水車5 輛，以備邊遠采場無水源、火點小的火區消火使用。

3.3 采場火災消火作業安全措施

1）舊巷消火安全措施。東露天礦由于舊巷較多，坑下舊巷火區時有發生，為了確保完成消火作業和消火人員的人身安全，特制定如下安全措施：①發現有塌落的舊巷時，要用繩索圈定，掛上警示標志；②在處理新揭露的舊巷時，消火人員不能立即靠近洞口，防止被瓦斯熏傷。必須先用水將火的周圍冷卻后，再進行消火作業；③消火時作業人員要站在安全地點側面順風給水，防止被產生的煙氣和熱量所熏傷、燙傷或燒傷。

2）高段消火安全措施。在高段消火作業時，消火作業環境和周圍環境嚴重威脅消火人員的人身安全，為了確保完成消火作業和消火人員的人身安全，特制定如下安全措施：①水車必須停靠在距工作面坡底線10 m 以外的安全地帶，將水車的尾部朝向工作面，選擇好撤離火區的路線；②在高段消火作業時，一定要設置好安全監護人員，上下各設置1 名監護人員，確保作業人員的人身安全，瞭望工作面的變化情況，要隨時做好撤離的準備，保持不少于4 人1組作業，做好互相呼應；③高段消火時要從側面給水。將浮塊先清理干凈，然后由下至上逐漸推進；④在梯段較高、坡角較大的工作面消火時，應從其上方壓消防水槍消火，嚴禁將消防水帶或消防水槍放在浮塊上或大裂縫處，防止塌陷造成人員傷亡。

4 結語

通過對東露天礦采場煤炭自燃現狀和防滅火系統的調查，進一步辨識分析采場火災發生的原因，制定有效的采場火災防治方案和安全措施，科學采用消火技術，采取澆、滲、挖、埋等多種消火方法，有效遏制坑下采場火災的影響，保障了坑下采場的安全生產。