礦井下火災防滅火新技術體系的實踐價值

＊許國平

（山西省中陽縣應急管理局 山西 033400）

礦井防滅火工作，在突發火災時，必須借助完善的控火工作機制，方可實現火災的控制。就實際而言，防滅火工作機制通常覆蓋煤礦各個工作單元，同時各個工作單元均需為防滅火體系預留一定的工作空間，確保其滅火工作順利實施。標準化的防滅火體系可在確定火災點位后，迅速反應并自動報警，為工作人員提供應對時間，減少煤礦企業的損失，在礦井防滅火技術的研究和實踐中，煤礦企業的防滅火技術水平將持續的提高，改進目前在技術應用中存在的不足問題，補充漏洞，降低火災事故所帶來的風險。由此可見積極探究煤礦井下防滅火工作技術研究對于提高煤礦生產安全性具有重要的現實意義。

1.煤礦井下巷道防滅火技術現狀

根據相關資料顯示，國內煤礦中存在自燃問題的煤礦數量約占總數的五成左右，受此問題影響，多數煤炭企業的經濟損失巨大，對于煤礦生產開采造成嚴重負面影響。煤礦火災的發生不僅影響了正常礦井開采作業進度，同時對礦井設備、技術人員等造成嚴重威脅[1]，因而針對煤礦防滅火建立完善的應急防火工作體系意義重大。目前，國內多數煤礦在吸收了多次防滅火經驗后，逐步引入了混合式防滅火技術，在滅火過程中同時采用均壓滅火、噴灑阻化劑、注漿、注氮等技術；借助巷道風門合理調整控制采空區和巷道中的壓力數值，經過長期的實踐應用后，均壓通風以及噴灑阻化劑等技術獲得較為廣泛的應用。此外，部分研究單位結合實驗研究數據，綜合中國煤種，研制了本地化煤礦防火專用藥劑，發現了硅酸鈉、氫氧化鈣等煤礦新型阻燃材料。在研究過程中，阻化壽命、阻化率是決定防火實際作用的關鍵因素之一，這兩項指標越高，其在防火阻火方面的整體效用越大。此外，氮氣填充技術也是常見的防火技術之一，通過惰性氣體阻燃作用，可有效降低煤體中的O2濃度，從而進一步降低煤炭自然的概率。該種防滅火技術現階段已經在國內北部多數煤礦獲得大規模應用，整體評價較高，實際阻燃效果較好。此外，凝膠防滅火技術通過多種惰性材料與水混合而成，其整體技術優勢較為明顯，在礦井防火作業中，可直接向火源點進行噴射作業，經過實踐驗證發現，其整體阻化、降溫效果較為明顯，可在短時間內迅速抑制火災，并阻止煤炭自燃，實踐應用價值較高[2]。

2.現階段我國煤礦井下巷道防滅火工作存在的問題

研究數據顯示，我國超過五成的煤礦出現自燃問題，由于自燃所造成的經濟損失較為嚴重，同時少數煤礦的年均自燃發火量達到數百次。就實際而言，煤礦火災以及礦井巷道火災危害極大，若缺少對應的防范措施則可能威脅工作人員的生命安全，造成資源以及設備的嚴重損失。煤炭自燃問題是導致煤礦火災的重要誘因之一，其基本形成原因多由于煤礦開采作業過程中對于周邊巖層產生較強應力，在出現采空區巖層坍塌、松動而導致煤層外露，進而增加了煤礦井下火災自燃的概率在實際工作中，若缺少完善的監督管理機制，則可能導致礦井出現頻繁自燃問題，嚴重時可能造成大面積火災，對煤礦生產和安全造成嚴重不良影響[3]。

3.煤礦火災防治技術發展的基本思路

現階段的防滅火工作理論研究中，主要是以防止明火點燃以及失控的高溫熱源問題為主，對爆破引火問題進行防范和治理，使用不燃性材料進行支護，所有的井下巷道支護都需要使用安全水平較高的不燃性材料。

（1）逐步完善防滅火理論，引入技術創新理念。由于煤炭自燃問題的形成原因多與外界環境因素以及開采作業相關，因此，在煤礦巷道作業方案優化以及采掘技術方面進行升級迭代對于防滅火工作意義重大。從理論層面積極落實礦井防滅火研究工作，可逐步推動防火和滅火技術的研究與發展。目前，多數礦井防滅火技術的產生與發展均依靠其它學科的基礎理論，且整體作用相當明顯，因此積極落實理論基礎研究工作，科研單位應加大力度，在理論層面實現突破。

（2）核心技術的研究與拓展。針對巷道自燃火災問題，首先應明確火災誘發因素，結合具體因素挑選合適的火災防控手段以及技術。在火災防滅設備研究中，各類設備的核心技術方向不盡相同，因此對于火災防控的效果也存在一定差異，因此為進一步提高礦井火災防控效果，在防滅火設備的核心技術方面也盡可能實現技術全覆蓋，綜合多種火災誘發原因，提高防滅火設備的應用范圍，以此提高滅火的效果。

（3）強化火災應急技術研究，降低危害范圍。在煤礦防滅火工作過程中，如何消除伴隨自燃而形成的各類毒害氣體，是防滅火工作的重點內容之一。由于井下空間基本處于全封閉狀態，空氣流通完全依靠通風系統，因此出現火災時，若通風系統工作出現問題，則將導致井下通風不暢，進而出現毒害氣體的聚集問題。因此，在防滅火工作研究過程中，相關單位應結合火災應急工作機制，深入研發通風系統的應急技術，確保其在突發火災中具備長期連續排除毒害氣體的基本功能，以此控制火災危害范圍。

（4）應用技術。煤礦作業過程中，防滅火是維持生產的必備技術之一，體系化的防滅火工作機制是保障突發情況下人員設備安全的主要手段之一。在防滅火技術引入時需結合采掘設備進行合理篩選，其技術工作特點應與采掘工藝相互融合，以免在工作過程中引發煤礦火災。在采掘工作中，應嚴密觀察開采作業中的漏風現象，結合多數防滅火工作經驗，漏風是導致火勢蔓延的重要原因。在火災出現擴散后，技術人員可采用噴射阻燃劑或凝膠等方式，進行氧氣隔絕，阻斷煤炭的氧化反應，減緩煤炭的升溫，以此控制自燃問題。針對歷史煤礦滅火經驗進行梳理后發現，煤礦滅火技術類型較多，其主要作用機制以及防控方式與環境相對應，因此在防滅火處理過程中，技術人員應結合具體環境以及火災自燃機制進行合理安排。經過實踐驗證發現，在不同煤礦環境下，均壓通風防滅火技術的適用范圍最廣且整體防滅火效果最為顯著。

4.煤礦井下巷道防滅火工作的技術以及材料應用

（1）復合漿體材料。①配方及添加劑。該類型防滅火材料的主要成分為黏土、砼、輔助劑以及纖維材料等，使用時將通過特定比例進行拌和，從而形成具有防火效果的復合漿體材料。其中，砼以及黏土等材料主要起到結構穩定作用，可增強復合漿體材料的強度，從而提升整體防火效果。在選用砼的過程中，應綜合考慮材料多項標準具體應包括無結塊、狀態穩定、性能穩定的425#普通水泥。黏土材料則是影響其整體防火功效的另一關鍵因素，因而在進行配合拌料的過程中應注意以下幾點內容：一是確保其中有機物總量低于4%；二是粒徑直徑需低于0.005mm。此外在諸多配料中添加劑對于復合漿體材料的作用較為明顯，具體包括：一是增加漿液粘滯力；二是增加溶質溶解度，其中的拌合料出現沉淀問題；三是增加漿體材料的滲透作用，使孔道填充更加完善，提高材料的強度及密度；四是可在防火滅火作業中快速發揮凝固作用。其中配料中的纖維材料則可在防火層形成后增強整體結構的韌性，避免在應力作用下出現結構開裂等問題。根據不同需求配置的復合漿體材料性能差異較大，具體表現為黏度、比重等數值差異，通過實踐分析發現，若要切實提高塑性強度及漿液粘滯力則應在材料配比過程中盡可能增加砼、黏土及添加劑的用量，在這三種材料中作用效果最為明顯的材料為添加劑。在記性復合漿體材料制備過程中，要切實提高整體材料強度，則應以1m3復合漿體添加8～10L添加劑為標準，砼則為0.4～0.5t，黏土漿比率則為1.15～1.20之間。

②復合漿體材料的實際應用。例如，某煤礦的煤層平均厚度為8m，在進行采煤作業后煤柱寬度為3.5m，且在作業周邊的采空區域存在漏風問題，針對此類問題則可采用復合漿體材料對漏風位置進行填充，同時結合其他防滅火材料進行整體控制。

（2）防滅火技術應用。就實際而言，為確保防滅火工作的實際效果，首先應確保采掘工藝科學合理，避免因采掘作業誤操作導致火災問題。其次，在采掘作業中，應詳細檢查工作面中的漏風現象利用紅外熱成像等新技術及時發現煤體發熱的地點和范圍并進行及時處理，避免出現空氣流動而加劇礦井火災。針對突發類型的火災，技術人員應通過注漿或注水等方式，阻止煤炭與氧化物質接觸，降低煤炭表面溫度，從而阻止燃燒。最后，在技術應用方面，煤炭企業也可結合實際需求引入注氮技術，通過惰性氣體的阻滯作用實現火勢控制，借助氮氣的隔絕作用可有效降低氧氣濃度，從消除氧化反應的必要條件，從而阻止氧化反應繼續，進一步降低火災的發生概率（如圖1）。

圖1 某型煤礦氮氣防滅火設備

（3）預防措施。在進行防滅火作業過程中，相關單位應積極開展地質勘查作業工作，針對防控區域內的井下巷道分布情況進行記錄與分析，確保防控工作安全高效。為實現上述目的，相關技術人員應在煤礦作業準備階段針對礦井防滅火技術設備的架設安裝做好工作規劃，同時，調取目標區域的地質結構歷史數據，對容易導致火災出現的主要影響因素開展調查以及評估，同時結合數據報告結果，及時調整對應的火災應急防控方案，結合勘探工作中的相關調查數據，可確保火災防控工作機制發揮應有效果，從而在面臨突發性火災問題時可在最短時間內實現火災的全面控制。在時間應用過程中，煤礦預防工作內容如下。首先，由于煤礦自燃問題與周邊環境密切相關，因此技術人員在設備調試以及技術選用方面需將技術指標與周邊環境的地質信息進行詳細比對，同時結合地質活動的歷史記錄數據極值同步調整對應的防控火技術設備。同時應人工進行勘察并詳細標記周邊區域煤層所處位置、周邊中空區域位置、地下水系分布等詳細數據，同時將上述信息進行整合并制圖，如此一來，則可確保在實際防控火工作中最大限度地發揮相關設備以及人員的作用。在初期防控火準備工作結束后，管理人員仍需對煤礦采掘作業設備進行對應調整，根據礦山環境圖，規劃合理的采掘作業路線，此外應確保作業路線周邊避免出現高應力巖層區域、松動區域、以及水系豐沛通區域。在規劃路線后，作業人員需根據采掘作業路線，進一步布置防火控火設備安裝路線，作業過程中也需結合其他勘察設備獲取周邊的環境數據，并隨時調整防火設備的安裝作業路線，確保安裝的防火作業設備符合相關防火標準要求，根據實際情況制定合理的安全防護措施，避免火災出現。

5.結語

綜上所述，切實提高煤礦開采作業的穩定性，降低自燃問題的出現概率，需針對人員、技術、制度進行多方面優化，如此一來，方可確保實際工作順利落實。此外，在安全防控方面，防火以及維護開采環境穩定是煤礦日常工作的重要內容之一，現階段，多數煤礦在處理自燃問題時多以傳統經驗為基礎，因此，在人才建設方面缺乏相關機制，對此，煤企管理單位應進一步強化管理人才的引入機制，拓展煤炭防控火工作機制的適用范圍。此外，為進一步鞏固防滅火體系的實際工作效果，管理部門也應在日常生活管理過程中積極落實防火防控規范制度，避免在日常采掘作業中出現違規行為操作，盡可能降低火災問題的出現。