礦山井下防滅火措施探討

李 理

1 礦井起火原因

1.1 礦井火災的外因

對我國大部分中小型礦山企業來說,起火的主要原因是未按爆破作業程序及明火使用不當,設備經常出現操作故障或違規操作,電氣設備也無法正常工作.但近年來,由于國家經濟發展速度的日益提高,許多礦井也開始大規模采用設備,但施工人員卻往往不能按照設計要求,設備有時還會發生外部井下冒煙或爆裂等問題。違反規定,很容易引發火災。通常,如果火災是由上述原因引起的,它會在很短的時間內以驚人的速度蔓延。因此,新發現火災的應急管理非常重要。需要救援人員。

1.2 礦井火災的內因

煤炭是一種使用時必須燃燒的資源,因此它是高度易燃的。當煤氧化時,它會迅速燃燒。如果燃燒面積太大,火災是不可避免的。煤的自燃是煤礦中普遍存在的問題。煤可以自行氧化,不需要從外部點燃。如果管理措施不完善,這樣的煤火很容易上火。據有關部門調查,礦山火災中內部火災所占比例超過80%。為了有效控制它,分布很廣,危害也很嚴重。當前,我國煤礦面臨的關鍵挑戰是如何有針對性地預防和撲滅內部火災。

2 礦井火災隱患

2.1 礦山正常生產中斷

如果采空區的煤柱發生內部火災,通常需要很長時間才能完全撲滅。目前的常規做法是完全隔離火區。這樣做的后果是煤炭將被凍結,正常開采將無法繼續。特別是發生內火的煤礦,即一側一礦一井,則整個煤礦封閉,無法開采。

2.2 嚴重的經濟損失

地下有許多易燃易燃物質,一些非常小的火源也會導致火勢蔓延,潛在地危及地下采礦和運輸設備等設備。

2.3 環境污染

我國一些煤礦區容易發生明火。當發生大火時,燃燒時間會很長。如果消防措施不完善,或者專業工具不夠,消防技術落后,那么火災問題就很難立即處理。它會破壞煤炭資源,有害氣體難以驅散和去除,降低空氣質量,容易造成酸雨或溫室效應。

3 礦山消防措施

礦井防火的基本原則是"先防同時滅火"。由于各種原因,可分為外部防火措施和內部防火措施。

3.1 戶外防火措施

（1）防止形成火源:①井口室和通風機房半徑20m 范圍內不可使用明火。②在井下進行電焊和氣接頭時,都需要建立專門的、可靠的保護措施。③在煤礦使用允許使用的安全炸藥時,必須嚴格遵守爆破規定,禁止明火或電線爆破。④使用性能較好的礦用防爆設備,電纜安裝必須遵守《煤礦安全規程》以防止產生火星,保護系統須配備齊全,且不得在地下使用燈泡和電爐。⑤設備需要靈巧安全可靠,并達到防止因碰撞而形成火花的要求。

（2）防火門:鐵質防火門進風口設有門,可將井口緊緊關閉。易于關閉的井口可防止井口附近的地面和地下發生火災。在每個生產水平進風口與地下車庫的交界處,應安裝兩扇防火門,以便在一個機翼發生火災時,能夠迅速切斷空氣供應并控制火勢;門。

（3）消防器材和消防器材的安裝:按照規定建立地下消防物資庫,存放消防物資和工具,并定期檢查更換。

（4）安裝消防供水系統:每個礦井必須建一個地上水池來儲存消防用水。所有主要地下隧道和礦山巷道均應鋪設消防水管,并按一定距離安裝。

3.2 內部防火措施

（1）減少各種火災隱患:①采礦技術:選擇正確的礦山開發方式,合理組織礦區;選擇正確的采煤方法和開采程序;著眼于高位,提高挖礦速度,加快挖礦速度,不挖亂分配的階段。房間和礦區之間的煤塊;預防性固井、注入緩蝕劑和惰性氣體等。②通風技術:選擇合理的通風方式,設置適當控制氣流的手段,采取等壓措施防止礦區火災,加強通風防火管理。

（2）及時預報預報:掌握山火征兆,及時做好火災預報預報,預防山火初發階段。

（3）及時處理:采礦過程中的各種火災隱患必須及時消除,減少自燃的可能性。比如加強廢棄物管理,及時補充煤渣,及時進行高溫處理。

3.3 井口防滅火措施

根據我國頒布的礦山安全規程規定內容，井口堅決執行以下措施：一是進、回風井口附近20 米內禁止吸煙、生火或利用火爐取暖，不得堆積干柴、木板等易燃物品。二是井口房內和井下不得進行電焊、氣焊和噴燈焊接等作業。如果必須在井口房內、井下主要硐室和主要進風井巷內進行電焊、氣焊和噴燈焊接等工作，每次必須制定安全措施，由礦長批準。三是井口設置專職檢身員，必須攜帶自救器，嚴禁帶煙火下井，嚴禁穿化纖衣服入井。四是井口房必須用不燃性材料建筑。

4 全礦井防滅火措施

4.1 灌漿系統

礦井地面修建灌漿站1 個，配套灌漿水池容積為2000m3，灌漿水泵房內安設兩臺型號為150D—30*5 的水泵，揚程為150m ；流量為155m3/h ；轉速為1480r/min。礦井地面現有灌漿立眼1 個，深220m，使用φ159×10mm 無縫鋼管。

4.2 注氮系統

礦井現采用井下移動式制氮機組，井下共有注氮硐室2 個。

一號氮氣站共安設3 臺制氮機，其中1 臺DM-1000 型、2 臺DM-500 型制氮機，一號氮氣站總額定流量為2000m3/h ；二號氮氣站共安設8 臺制氮機，其中6 臺DM-1000 型、2 臺DM-500型制氮機，二號氮氣站總額定流量為7000m3/h，礦井總額定流量9000m3/h，一號、二號氮氣站采用聯合注氮，管網覆蓋整個一采區。

4.3 煤層自燃預測預報系統

一是束管監測系統，礦井采用SG-2003 型礦井自燃火災束管監測系統，可隨時掌握工作面采空區、掘進工作面及主要進、回風大巷氣體變化情況。其中綜放工作面布置5 個測點，每個綜掘工作面布置2 個測點，一采區運輸下山、輔運下山、回風下山各布置1 個測點。二是人工檢測，在井下主要地點布置人工測點，由專人直接在測點進行氣體和溫度檢測，并每7 天進行取樣化驗分析。

5 采面防滅火措施

5.1 采面開采期間防滅火

老塘防火采取以埋管注漿為主，束管預測、對工作面上下端頭壘設絲袋閉、下隅角埋管注氮、合理配給風量等輔助綜合防治自燃發火方法。

采面束管監測監控。礦井采用SG-2003 礦井自燃火災束管監測系統對工作面采空區氣體變化情況進行監測，隨時掌握采空區氣體變化情況。一是礦用自然發火束管監測系統主干束管（16 芯）→采面回風順槽（5 芯）→采煤工作面上隅角及工作面老塘側。二是為及時準確地掌握老塘氣體成份變化情況，進行老塘三帶劃分，開采前，在工作面上隅角、120# 支架、80# 支架、40# 支架及下隅角各埋設1 個束管采樣頭，總計埋設束管采樣頭5 個，工作面埋設束管需穿入2 寸鐵管內，以防止束管被壓壞，束管頭由工作面上隅角引出至束管監測機房主干管路匯接，隨工作面推進進行老塘三帶劃分。根據老塘三帶劃分情況，確定監測束管埋設距離。三是通防部門定期派專人對束管監測進行全面檢查，發現問題及時匯報處理，確保束管監測數據準確、可靠，井下束管化驗室每天對工作面老塘氣體進行抽取氣樣化驗，監測數據結果形成日報表，及時報相關領導審閱。四是由于抽放管路抽采時負壓的作用，會容易導致向采空區漏風，增大采空區內的自然發火隱患，要根據束管監測監控數據及時調整抽放量，消除自然發火隱患。

圖1 礦井下防火措施流程

5.2 采面注氮系統

礦井現采用井下移動式制氮制氮機組，根據《礦井防滅火專項設計》要求：一是氮氣釋放口應高于底板，以90°彎拐向采空區，與工作面保持平行。二是井下注氮管路采用￠ 108mm 鐵管和￠ 159mm 鐵管兩種管路。采面注氮管使用單趟￠ 108mm鐵管與主干￠ 159mm 注氮管路進行匯接，沿工作面運順皮帶里幫鋪設至下隅角，預先在埋設位置設置三通，從三通上接出彎頭進行注氮，釋放口間距一般在30m ～ 50m 之間。

回采工作面注氮量計算：Qn=60Q0（C1-C2）/（CN+C2-1）。

一號氮氣站注氮量和二號氮氣站注氮量，都滿足需求。

圖2 氮氣站注氮設備

圖3 三號制氮機

5.3 采面上、下隅角老塘堵漏

采空區的主要漏風通道為采空區的上、下隅角，做好上、下隅角堵漏對采空區防火至關重要，根據防火經驗，加強上、下隅角的堵漏能夠阻斷上、下隅角漏風通路。

5.3.1 進、回風側老塘強制放頂

采煤隊要提前將運回順頂板的錨索和托盤回收，有助于老塘冒落。采煤隊要提前將運回順頂板的錨索、錨桿和托盤回收，有助于老塘冒落。回風順槽、運輸順槽頂板和幫的錨索、錨桿、托盤隨回采在支架前方小于0.6m、距頂板不超過0.8m 的進行回收、不得進入老塘。回收時不得超前回收，如果煤幫及頂板破碎，不許回收。如回收錨索、錨桿托盤后老塘仍不冒落，由采煤隊采取措施進行強制放頂，務必保證老塘冒落。

5.3.2 工作面上、下隅角壘絲袋閉

采煤工作面上、下隅角每推進1.2m 各壘絲袋閉一道，壘絲袋閉時必須將兩側鐵網破開，要保證絲帶閉嚴密，防止向采空區漏風，絲帶閉出現破損必須立即修復，且絲袋閉不能重復使用，此項工作由采煤單位負責，通防部門負責現場監督。

5.4 預防性灌漿

灌漿防滅火是目前我國礦井采用比較多的一種預防煤炭自燃的方法。灌入的砂漿能夠吸熱降溫，將煤體進行包裹，隔絕氧氣，同時能夠填充空隙，在采空區形成1 層隔離帶，降低漏風。灌漿材料采用排土場的露天沙較為方便，其物理性質滿足要求。

（1）灌漿管路布置：井下灌漿管路一趟從立眼經回風總排總排至五川，使用φ108×4mm 無縫鋼管；另一趟管路從立眼經行人下山至五川，使用φ108×4mm 無縫鋼管。工作面回風順槽灌漿管路采用φ108×4mm 無縫鋼管與主干灌漿管路匯接。未開采前在工作面開切眼上隅角絞車窩子埋設第一組Ф108mm 注漿高頂管，工作面推進20m 時，可進行第一次注漿。以后每間隔30m 在工作面上隅角埋設一組Ф108mm 注漿高頂，埋入采空區20m 時進行一次注漿，高頂管埋入50m 后做廢，兩趟管路交替埋入。根據工作面實際情況，隨時對老塘埋管及上隅角注砂段進行灌漿，灌漿注砂時，可根據現場實際情況加入適量阻化劑。

（2）每個灌漿段所需灌漿量：Q砂=KxLxHxM=1.2×4.0×4.0×3.0=57.6m3。式中：Q砂—灌漿用砂量m3，K—灌漿系數取1.2，L—灌漿長度m，H—灌漿寬度m，M—高度3.0m。Q水=KxQ砂/C=1.1×57.6÷0.33=192m3。式中：Q水—灌漿用水量m3，Q砂—灌漿用砂量m3，K—系數1.1，C—灌漿用水量與用砂量比例，取3 ：1。

（3）防止潰漿、透水安全措施。①采煤隊提前在工作面運、回順低洼點處施工水泵窩子，安設水泵，在灌漿前施工排水溝至水泵窩子，灌漿期間進行排水。②上、下隅角要打設好絲袋閉，壘絲袋閉時必須破網，將絲袋閉壘好后塞嚴塞實。③灌漿時砂量要均勻適度，切忌砂量忽大忽小。④加強對工作面注漿情況的觀測，工作面或上隅角煤幫若出現砂漿流出，灌漿人員立即通知地面停止注漿。

（4）人工檢測：在采面上隅角、架間各布置1 個人工防火觀測點，每班由瓦檢員對測點風流中的O2、CO、CH4和溫度進行檢測，發現問題及時匯報處理，并每7 天進行一次取樣化驗分析。

5.5 運輸順槽、回風順槽巷道防滅火

一是采面運、回順巷道為煤巷，全部為褐煤，褐煤的特點是水分大，燃點低，容易自燃，在兩順每隔200m 設一個防火檢查點及采面上隅角、架間設置自燃發火觀測點，掛好標志牌，通風隊安排專人進行防火檢查，發現問題及時匯報、處理。二是對皮帶拖輪及時維護，皮帶下浮貨及時清理，防止因摩擦引起火災。三是采面運、回風順槽消防清水管路每間隔50m 出一個分歧和閥門，每個分歧接設一根防火高壓膠管，每根高壓膠管長度不小于25m，發現發火隱患及時處理。

5.6 采面回采結束后自燃發火防治

采面回采后撤除期間對工作面進行頂管灌漿工作，保證撤除期間防治自然發火工作。采面撤除結束后，對采面兩順及外圍不使用巷道進行永久性封閉工作。采面回采結束后必須在45 天內對采面進行永久性封閉（不包含外圍巷道）。

6 掘面防滅火措施

一是施工單位對所負責的掘進面的掘進巷道電纜、機電設備進行檢查，嚴禁失爆、短路，杜絕電器設備引起的火災。二是掘進面配電點必須設置2 個8kg 干粉滅火器，2 個防火桶，1 把防火鎬,1 把防火斧，一把防火鉤，2 個充沙量不少于0.2m3 沙箱，每個沙箱配置一把消防鍬，沙袋數量能夠布滿沙箱表面積的2/3 以上。三是確保供水管路水量充足，管路末端水壓不低于0.6MPa，管路必須延至距工作面10m 處，管路每50m 設Φ25mm分歧和閥門，分歧上安設備用的Φ25mm 高壓膠管，長度為25m～ 30m。四是掘面要加強錨網支護, 巷道網兜浮煤要及時清理。如巷道出現高冒區，要及時噴漿，采取相應措施進行支護，并向此處打孔注水泥漿處理，防止漏風供氧蓄熱引起自燃發火。并設檢查點加強檢查。五是人工檢測：在掘進工作面回風巷道內布置1 個人工防火觀測點，每班由瓦檢員對測點風流中的O2、CO、CH4 和溫度進行檢測，發現問題及時匯報處理，并每7 天進行一次取樣化驗分析。

7 外圍巷道、硐室防滅火措施

一是在井底車場附近設置消防材料庫，配齊防火物品。二是井下不用的坑木（包括老料）和廢舊雜物等易燃物品，及時清理上井。三是對井下巷道設置自燃發火觀測點掛好標志牌及防火檢查點，通風隊安排專人進行防火檢查，發現問題及時進行打孔注水降溫，然后根據檢查情況對巷道錨噴，注水泥漿封堵裂隙措施進行處理。四是對井下所有密閉每7 天進行1 次循環檢查，檢查密閉完好情況，發現問題及時使用河沙、水泥封堵裂隙；對閉內CH4、O2、CO 等氣體濃度進行檢測并取樣，進行化驗分析，發現問題及時采取調整氮氣流量、對閉內措施管進行注水、注漿措施進行處理。五是在一采區下段運輸下山、輔運下山、下段行人下山和回風下山內各布置1 個人工防火觀測點，每天由專人對測點兩幫、頂板及風流中的CO、CH4和溫度進行檢測，發現問題及時匯報處理，并每7 天進行一次取樣化驗分析。

6 結語

本文分析了采礦區火災的特點，總結了我國礦山安全常用的防火控制措施，同時設計了典型礦區建設具有一定運行可行性的防災控制體系的思路，為礦山安全生產提供一定借鑒同時，本文對于推進采礦防火，實現安全生產也具有重要的指導意義。