綜放開放采空區(qū)煤炭自燃防治技術

摘要：在當今社會經(jīng)濟快速發(fā)展的新形勢下，煤炭作為重要能源仍舊占據(jù)著主導地位，隨著開采過程中資源開采深度的增加，尤其是在各種復雜環(huán)境條件下，煤炭自燃等礦井災害問題日益突出。煤炭自燃是煤礦開采過程中的一種嚴重安全隱患，特別是在綜放開放采空區(qū)，由于空間大、通風條件差，煤炭自燃的風險更高，這也使綜放開放采空區(qū)煤炭自燃成為代表性的問題，嚴重影響了采煤效率及礦井安全生產(chǎn)，因此開展針對此類問題的深入研究具有重要的現(xiàn)實意義。文章聚焦于綜放開放采空區(qū)煤炭自燃問題針對性提出完整的應對方案，希望通過采用綜防（放？請確認）技術在根本上有效控制和預防井下自燃現(xiàn)象的發(fā)生，為礦業(yè)生產(chǎn)保駕護航。

關鍵詞：綜放開放采空區(qū)"""煤炭自燃"""防治技術""防治途徑

中圖分類號：TD752.2

Prevention"and"Control"Technology"of"Coal"Spontaneous"Combustion"in"Fully-Mechanized"Open"Goaf

YU"Pengcheng""CHEN"Xiaobing

（Sichuan"Research"Institute"of"Energy"and"Geological"Survey，Chengdu，Sichuan"Province，610000"China）

Abstract："In"the"new"situation"of"the"rapid"development"of"economy"and"society"nowadays，"coal"still"occupies"a"dominant"position"as"an"important"energy"source."With"the"increasing"depth"of"resource"exploitation"during"the"mining"process，"especially"under"various"complex"environmental"conditions，"mine"disasters"such"as"coal"spontaneous"combustion"are"becoming"increasingly"prominent."Coal"spontaneous"combustion"is"a"serious"safety"hazard"in"the"process"of"coal"mining."Especially"in"fully-mechanized"open"goaf，"due"to"large"space"and"poor"ventilation"conditions，"the"risk"of"coalnbsp;spontaneous"combustion"is"higher，"which"also"makes"coal"spontaneous"combustion"in"fully-mechanized"open"goaf"a"representative"problem，"seriously"affecting"coal"mining"efficiency"and"mine"safety"production，"so"it"is"of"great"practical"significance"to"conduct"in-depth"research"on"such"problems."This"article"focuses"on"the"problem"of"coal"spontaneous"combustion"in"fully-mechanized"open"goaf，"and"proposes"targeted"and"complete"solutions，"hoping"to"effectively"control"and"prevent"the"occurrence"of"underground"spontaneous"combustion"by"adopting"fully-mechanized"technology"fundamentally，"so"as"to"provide"support"for"mining"production.

Key"Words："Fully-mechanized"open"goaf;"Coal"spontaneous"combustion;"Prevention"and"control"technology;"Prevention"and"control"approach

由于煤礦開采深度增加及復雜工況環(huán)境井下火災及有害氣體會逐漸增多，煤炭自燃問題成為當前煤礦開采過程中的首要安全隱患，為了探索綜合性防治措施解決這些問題，降低災害事故率，保證煤礦企業(yè)經(jīng)濟運營穩(wěn)定，保障煤炭資源的安全，本文研究了三種綜放開放采空區(qū)煤炭自燃防治技術，并為促進技術發(fā)揮作用提出幾點建議。

1""綜放開放采空區(qū)煤炭自燃的危害

1.1"增長煤體在空氣中的暴露時間

由于工作面的單面產(chǎn)量較高，長壁工作面的走向長度較大使得工作面需要更長的時間來進行回采，這種現(xiàn)象導致回采時長超過煤層最短自然發(fā)火期。煤體在空氣中的暴露時間也隨之增加，進一步加重煤炭的氧化、燃燒和自燃等危險，給礦井生產(chǎn)安全帶來了更為嚴重的隱患，因此采取相應的措施來解決這個問題至關重要。面對如此嚴峻的挑戰(zhàn)，有關部門應當適時思考和制定相應的對策，例如優(yōu)化回采工藝流程、提升回收開采效率以及加強通風系統(tǒng)等。在優(yōu)化回采工藝環(huán)節(jié)中，可以采取諸如改良采煤技術與設備、加大煤體的噴水量、嚴格控制煤炭含濕量等具體方法，從而降低煤炭損耗率并提高其品質(zhì)。另外，提升回收開采效率同樣可以通過升級采煤機械性能、優(yōu)化巷道設置及減少支撐保護等途徑得以實現(xiàn)。至于加強通風系統(tǒng)，可行性方案包括加大通風流量、改善通風系統(tǒng)設計、增設安全屏障設施等等，旨在全方位提升安全生產(chǎn)的整體水準，阻止煤體的氧化、燃燒和自燃等潛在危機的發(fā)生。

1.2增加自燃火災風險發(fā)生概率

受到礦山壓力影響頂煤不得不承受著深重的負荷，由于這些壓力的持續(xù)施加導致頂煤的破碎度不斷增大，這個問題在分區(qū)綜合開采的特殊過程中變得更加顯著。礦山壓力的持續(xù)增強進一步促成了頂煤破碎程度的日益加重，并由此產(chǎn)生了大量的裂縫和間隙，這些間隙使上部遺留的采空區(qū)出現(xiàn)了嚴重的漏風情況，不僅加劇了采空區(qū)遺留煤炭的氧化程度，更是進一步地積累了大量的熱量。對于煤礦行業(yè)來說，尤其是在地下開采領域，礦井內(nèi)部的高溫高壓無疑給生產(chǎn)和安全兩大方面都帶來了巨大的挑戰(zhàn)，頂煤和漏風現(xiàn)象的存在無疑又進一步提升了自燃火災事故發(fā)生的風險，這些潛在的問題不僅僅增加了生產(chǎn)的成本，而且對生產(chǎn)安全構成了極大的隱患。因此，深入研究和開發(fā)有效的礦井通風技術以及頂煤穩(wěn)定控制策略就顯得至關重要，為了降低頂煤破碎程度及防止更多的漏風出現(xiàn)，以此來提高頂煤的穩(wěn)定性和緩解礦山壓力是改善頂煤破碎程度與預防漏風現(xiàn)象發(fā)生，進而降低自燃火災事件風險的重要措施[1]。

1.3"危害礦工的生命安全

煤炭自燃不僅是導致火災的重要因素，還會對礦工們生命安全造成巨大威脅。據(jù)新華社國際礦山安監(jiān)局調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國2020年發(fā)生煤礦自燃造成死亡事故122起、死亡225人，同比減少48起、91人，分別下降28.2%和28.8%（見表1）。煤炭中含有多種易燃氣體和化學物質(zhì)，這些物質(zhì)在長時間的儲存和運輸過程中，會帶來潛在的自燃風險，這種自燃風險是無法避免的，一旦發(fā)生自燃將會引發(fā)火災并迅速蔓延，不僅會嚴重破壞礦井的結(jié)構，還會釋放出大量有害氣體直接威脅礦工們的生命安全。不僅如此，煤炭自燃火災還可能會造成爆炸等風險，給煤炭生產(chǎn)企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟威脅。

1.4"危害生態(tài)自然環(huán)境

當煤炭開始發(fā)生自燃現(xiàn)象時會釋放出極其大量的有害氣體，其中覆蓋面廣泛且主要的污染物包括一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOx）、硫化氫（H2S）以及其余種類繁雜的有害氣體，這些氣體被散布于空氣之中，對自然生態(tài)環(huán)境帶來了極為嚴重的污染破壞，對生物多樣性構成了巨大的威脅，導致難以挽回的損害，這種量級和種類繁多的有害氣體排放已經(jīng)對大自然環(huán)境的修復工作造成了嚴重的阻礙。因此，如何解決煤炭自燃引發(fā)的氣體排放問題已成為一項緊迫而重要的任務，相關政府部門及相關組織機構亟需采取積極有效的手段來減輕此類排放對生態(tài)系統(tǒng)可能帶來的損害。針對此問題，應當實施一系列切實可行的措施來減少有害氣體的排放，諸如改進當前的燃燒技術，使得燃料利用更為高效節(jié)能，更加環(huán)保可持續(xù)，并且減少廢物的生成與排放，改善煤炭的儲存環(huán)境，降低其發(fā)生自燃的可能性，通過強化環(huán)保方面的監(jiān)督管理，推動煤炭產(chǎn)業(yè)的規(guī)范化發(fā)展，同時加大家長對于企業(yè)環(huán)保理念的宣傳教育力度，從而提高整個煤炭行業(yè)關于環(huán)保的認識與執(zhí)行能力，為保障生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)提供堅實的支持[2]。

2"煤炭自燃防治技術的積極價值

2.1"大幅度降低災害事故率

積極落實煤炭自燃防治技術有利于大幅降低煤礦火災發(fā)生概率，使礦工的人身安全得到切實保障。由此可見，運用相關技術能確保煤礦企業(yè)在安全環(huán)境中運營，削減因自燃引起的事故頻次，降低人身傷亡及資產(chǎn)受損風險。煤炭自燃防治技術用途甚廣既提供長效火災防護辦法，又能協(xié)助煤礦企業(yè)挖掘并消除可能存在的火險隱患，確保礦井內(nèi)部安全狀況。煤炭自燃防治技術不僅大大降低火災造成的無法衡量的損失，更為煤礦企業(yè)提供了更良好的生產(chǎn)環(huán)境，使之在安全且穩(wěn)健的環(huán)境里持續(xù)生產(chǎn)，為國家經(jīng)濟建設做出更大貢獻。

2.2"保證煤礦企業(yè)經(jīng)濟運營穩(wěn)定

煤炭自燃防治技術的應用使煤礦企業(yè)經(jīng)濟運營的穩(wěn)定性與可靠性得以明顯提升，通過控制自燃現(xiàn)象企業(yè)能更穩(wěn)定地進行煤炭采掘和供應，從而使生產(chǎn)效率顯著提高。這種現(xiàn)象不僅有助于維持煤炭市場供求平衡滿足國家和區(qū)域內(nèi)煤炭資源日益增長的需求，還能確保煤礦企業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標得以落實。煤炭自燃防治技術的成功應用助推煤礦企業(yè)經(jīng)濟運營的穩(wěn)定性和可靠性提升，技術的高效控制讓企業(yè)能更穩(wěn)定地從事煤炭開采和供應，從而顯著增加生產(chǎn)效益，不僅有利于維持煤炭市場供求平衡，還有利于滿足國家和地區(qū)對煤炭資源的增長需求。由此可見，煤炭自燃防治技術的使用不僅推動煤礦企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，還對國家和地方的經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生積極影響。

2.3"保障煤炭資源的安全開采

大量應用煤炭自燃防治技術可以有效地確保煤炭資源的安全開采，從而防止煤炭資源的浪費和損失[3]。煤炭儲存過程中的自燃問題給資源開發(fā)帶來了巨大的困擾，煤炭的自燃很容易導致資源的燃燒和損毀，同時也帶來了嚴重的經(jīng)濟損失。然而，借助于科學的自燃防治技術能夠?qū)崟r監(jiān)測和調(diào)控煤炭資源的自燃過程，從而有效地減少了資源的損失和浪費，進而實現(xiàn)了煤炭資源的全面保護和有效利用。這一系列的技術手段不僅可以使煤炭開采工作更為穩(wěn)定可靠，而且還能有力地支持煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，由此可見煤炭自燃防治技術的廣泛應用對于保障煤炭資源的可持續(xù)利用具有重要意義。

3"常見煤炭自燃防治技術分析

3.1"利用固化無機材料的防滅火技術

利用固化無機材料的防滅火技術主要是通過灌注黃泥漿、水砂漿、煤礦石泥漿、粉煤灰、石膏及廢棄水泥渣等填充物料至礦井中，從而達成諸多防滅火功能，其功能包含包覆煤體、切斷煤與氧氣的接觸、加固頂板、降低采空區(qū)間隙度和提升漏風阻力等多重效果，利用固化無機材料的防滅火技術在防滅火領域表現(xiàn)出顯著效用，但仍存在部分缺點。首先，利用固化無機材料的防滅火技術實施成本較高，因填充材料價格較貴且需人手和設備投入。其次，經(jīng)過脫水處理后填充物體積會大幅收縮，可能影響填充層穩(wěn)定性，且固化效果不均可能需排走大量脫水液體，給環(huán)境帶來不利影響。最后，對于頂煤和煤柱的自燃預防效果相對其他技術較差。相關部門應積極尋求替代方案以改善整體防滅火系統(tǒng)，雖然灌注無機固化材料防滅火技術在維護礦井安全上有一定價值，但仍需更多研究和改善從而解決現(xiàn)存問題并提升使用效能。

3.2"普瑞特防滅火技術

普瑞特防滅火技術是徐州吉安礦業(yè)科技有限公司聯(lián)合中國礦業(yè)大學共同開發(fā)的創(chuàng)新性防自燃技術產(chǎn)品，普瑞特防滅火技術集成了黃泥灌漿、惰性氣體、凝膠、阻化劑和三相泡沫等多類防滅火技術所長，具有更廣泛的擴散能力、更好的防復燃性能、更好的堆積特性和更高的漏風封閉效率。普瑞特防滅火技術克服了黃泥灌漿及一般泡沫易流失脫漿的弊端，將凝膠、黃泥灌漿、兩相泡沫、惰性氣體及阻化劑的防滅火優(yōu)點集于一身，具有極高的實際操作性和可靠性，因此在遏制自燃事故方面展現(xiàn)出廣泛的適用潛力[4]。

3.3"阻火劑防滅火技術與惰性氣體防滅火技術

阻火劑防滅火技術主旨在于通過采用阻火劑來抑制煤炭的氧化反應，從而有效避免自燃現(xiàn)象發(fā)生，惰性氣體防滅火技術則是通過向井內(nèi)注入無活性氣體（如CO2、N2等）消除氧氣，從而達到預防自燃的效果，惰性氣體滅火劑的技術性能應符合氬氣含量（體積分數(shù)）≥99.9%，水分含量（體積分數(shù)）≤50×10－4，氧含量（體積分數(shù)）≤50×10－4等規(guī)定。這種無活性氣體的注入不僅有效阻斷燃燒過程還能減緩燃燒速率，從而提供更可靠的安全保證。由于煤炭自燃需在特定氧氣濃度內(nèi)發(fā)生，無氧環(huán)境得以構建，從而為礦井的安全穩(wěn)定運行保駕護航，阻火劑防滅火技術與惰性氣體防滅火技術無疑是當下礦井滅火的一種關鍵且有效方式。

4"促進煤炭自燃防治技術發(fā)揮效力的途徑

4.1"創(chuàng)建煤炭自燃智能監(jiān)測預警系統(tǒng)

為了防范潛在的自燃威脅有必要構建一套高效率的煤炭自燃智能監(jiān)測預警系統(tǒng)，運用并積極融合各類高端技術和方法監(jiān)測煤自燃狀況，實時提供警示信號以便迅速采取應對措施。煤炭自燃智能監(jiān)測預警系統(tǒng)負責提升煤礦安全性，保障礦工作人員的人身安全，系統(tǒng)建設時會全方位考量煤炭質(zhì)量、存儲條件及環(huán)境溫度等多重因素以保證采集的數(shù)據(jù)精準無誤。此外，煤炭自燃智能監(jiān)測預警系統(tǒng)將導入人工智能和大數(shù)據(jù)分析等創(chuàng)新技術處理和分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，提高預警的精確度。通過建構并完善高效率的監(jiān)測預警系統(tǒng)保障煤礦開采安全性，為社會經(jīng)濟發(fā)展做出更大貢獻，應認識到系統(tǒng)建設過程的復雜性和難度，深入研究和分析已有監(jiān)測技術和工具的應用情況，緊密關注政策法規(guī)及標準規(guī)范的制定和更迭，滿足自燃危機特征與監(jiān)控需求。此外，還應加強對適應我國煤礦特點和自燃環(huán)境的監(jiān)測預防技術的研發(fā)力度，填補國內(nèi)在此領域的技術空缺，關注煤礦自燃可能帶來的環(huán)境污染和能源消耗等問題，積極推進節(jié)能降耗措施，助力煤礦行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4.2"強化礦工安全教育

提升礦工對煤炭自燃及其危險性的認識水平至關重要，有助于使礦工更清晰地了解潛在風險源，為確保礦工個體安全，指導其正確使用和操作防火設備至關重要。這能使礦工因工作受傷及發(fā)生事故的風險得以極大降低，企業(yè)應對工人進行專門的消防設備和器具的使用與操作教育，使礦工熟悉所有設備的正確用法，明確如何在緊急狀況下做出恰當反應，這不僅能提高礦工緊急事故應對技能，也能增強其面對潛在危險時的應變能力。因此，對于煤礦工人安全意識的培養(yǎng)及教育顯得至關重要，通過提升他們對煤自然燃燒及帶來災害的知識掌握，教導其正確使用和配置消防設備和器具有望在很大程度上減少其在工作環(huán)境中所面臨的危險及風險，此類培訓及教育不只是提高了礦工們的技術水平，同時還增強了他們抵御潛在危機的能力[5]。

4.3"強化井下通風管理，嚴格控制火災源頭

為確保井下通風管理的有效性必須采取一系列嚴格措施控制火災源頭，并利用多種有效通風方式保持井內(nèi)空氣暢通，有效地降低自燃的風險。首先，強調(diào)井下通風管理，加強各項管理手段并加大監(jiān)督力度，確保井下通風系統(tǒng)的正常運作。為此，企業(yè)可以采取更為嚴格的設備檢測制度，加強對通風設備的維護和保養(yǎng)，確保其最佳性能。企業(yè)還需加強通風巡邏頻次和力度，確保及時發(fā)現(xiàn)和處置通風問題，如部件堵塞等。其次，在火災源頭管理上，需嚴格遵循井內(nèi)的禁火規(guī)定，采取一切必要措施控制、監(jiān)視并管理火源的生成和使用，需要加強火源的搜尋和監(jiān)測，保證及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在的火源隱患。同時，也要提高員工對火源的認識和安全意識，加強員工培訓和教育，確保每個人都能正確使用和管理火源。最后，應積極改進通風方式，采取多種措施改善井下空氣流通狀況，采用更多的通風風機以提高通風效果，調(diào)整通風設備的布置，優(yōu)化通風線路，減少通風死角，使用涌流風機和向風引風道等輔助設備，增加通風氣流的強度和覆蓋范圍。

5"結(jié)語

綜上所述，綜放開采空區(qū)煤炭自燃防治是一項復雜而富有挑戰(zhàn)性的任務，相關部門應運用成熟的防治技術和科學的管理手段有效防治或最大限度地減少該區(qū)域內(nèi)煤炭自燃發(fā)火事故的發(fā)生，進而提升煤礦安全水平，確保礦井平穩(wěn)運行，這也使綜防技術作為一種全面的解決對策在相關工作中發(fā)揮出關鍵作用。此外，相關部門更應堅決執(zhí)行煤炭自燃防治政策，不斷探索創(chuàng)新的防治技術，提高防治效果，減輕防治負擔，為我國煤礦的長期發(fā)展做出更大貢獻。

參考文獻

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