煤礦井下采空區(qū)防滅火方法研究

摘要：采空區(qū)火災(zāi)是礦井下較為常見的災(zāi)害之一，為此，針對(duì)采空區(qū)火災(zāi)的實(shí)際情況認(rèn)真地分析了影響自然發(fā)火的因素，詳細(xì)地闡述了開采技術(shù)、有效的通風(fēng)和監(jiān)測(cè)、預(yù)防性注漿、均壓防火、阻化劑防火、凝膠防滅火、氮?dú)獾燃夹g(shù)用來進(jìn)行綜合防滅火工作收到了良好的效果，促進(jìn)了礦井的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：煤礦；采空區(qū)火災(zāi)；綜合防滅火；探析

1.引言：

煤礦火災(zāi)事故給礦工的生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失，而且在礦井火災(zāi)中最為嚴(yán)重的是回采工作面的采空區(qū)遺煤自燃的情況，由于采空區(qū)遺煤自燃是一個(gè)緩慢發(fā)展的過程，在這個(gè)過程中人們通常在早期很難發(fā)現(xiàn)明顯的征兆，這就會(huì)給礦井的防滅火工作帶來許多不利條件和環(huán)節(jié)，如何克服上述困難是困擾礦井防滅火工作的一個(gè)技術(shù)難題，本論文重點(diǎn)對(duì)防滅火常用技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，已達(dá)到拋磚引玉的作用。

2.采空區(qū)發(fā)火原理

煤的自燃過程一般分為3個(gè)階段：（1）準(zhǔn)備期；（2）自熱期；（3）燃燒期。煤的自燃準(zhǔn)備期是指空氣與有自燃傾向性的煤炭相互接觸時(shí)不穩(wěn)定的羧基（-COOH）與羥基（-OH）氧化物就會(huì)形成，在煤炭的著火點(diǎn)降低、煤炭重量略有提高，化學(xué)特性變得活潑的前提下煤炭經(jīng)過緩慢地氧化過程。煤的自燃期是指煤炭自燃在經(jīng)歷了第一階段的潛伏期后其氧化速度迅速提高，二氧化碳（CO2）、水（H2O）、一氧化碳（CO）等化學(xué)物質(zhì)由不穩(wěn)定的氧化物分解而成。煤的氧化進(jìn)程發(fā)展到一定程度集聚的熱量不能得到及時(shí)擴(kuò)散，導(dǎo)致溫度上升到煤的著火點(diǎn)而使煤層自燃。然而在實(shí)際工作中并不是煤層自燃傾向性越高的煤礦越容易發(fā)火，因?yàn)槌嗣禾勘旧淼淖匀純A向性以外，煤層的開采條件、煤層地質(zhì)構(gòu)造、通風(fēng)方式、開拓方式都對(duì)煤層的自然發(fā)火危險(xiǎn)程度具有重要的影響。

3.對(duì)煤層自然發(fā)火產(chǎn)生影響的因素分析

3.1煤的自燃傾向性

作為煤炭產(chǎn)生自燃的基本條件煤的自燃傾向性是由煤炭處于日常溫度條件下的氧化能力所決定的，它是煤炭的一種自然屬性。并且它的強(qiáng)弱程度直接影響著煤層自然發(fā)火的危險(xiǎn)程度。

3.2 煤層地質(zhì)賦存條件

厚煤層、急傾斜煤層、地質(zhì)構(gòu)造破壞帶自然發(fā)火危險(xiǎn)度高，主要因?yàn)楹衩簩雍茈y全部回采、余留大量浮煤和煤柱、回采時(shí)間長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過煤層的自然發(fā)火期（暴露的煤炭從接觸空氣到發(fā)生自燃的時(shí)間段）；急傾斜煤層、地質(zhì)構(gòu)造破壞帶容易煤炭自燃，煤層在擠壓、張拉的條件下產(chǎn)生了大量的裂隙為破碎的煤體吸收氧氣、發(fā)生氧化創(chuàng)造了有利的條件。

3.3 開拓開采條件

自然發(fā)火危險(xiǎn)性較小的情況多發(fā)生在煤柱留設(shè)少、切割煤層較少的石門、巖巷開拓的環(huán)節(jié)。方便打鉆注漿滅火的情況發(fā)生在巖巷進(jìn)入采區(qū)的厚煤層開采時(shí)?；夭蓵r(shí)間的長(zhǎng)短、煤炭回收率高低是采煤方法對(duì)煤炭自燃影響的外在表現(xiàn)。遺留煤炭越多的采煤方法越容易引起自然發(fā)火，在長(zhǎng)壁式采煤方法中的留刀柱支撐頂板，留煤皮假頂，以及利用水力進(jìn)行采煤的時(shí)候，均不利于防止自燃火災(zāi)的發(fā)生。一個(gè)回采工作面回采速度慢，拖延的時(shí)間越長(zhǎng)，煤層自燃的危險(xiǎn)性就越大，控制災(zāi)情的難度就越大。

3.4 通風(fēng)方式

煤壁和煤柱裂隙以及采空區(qū)漏風(fēng)是礦井通風(fēng)影響煤炭自燃的外在表現(xiàn)，即使在漏風(fēng)量非常小的情況下，長(zhǎng)期的漏風(fēng)將導(dǎo)致兩巷和工作面斷層、變薄帶跳面的地方極易發(fā)生自燃。

4.防止礦井采空區(qū)自燃的技術(shù)

4.1 提高開采技術(shù)

在長(zhǎng)期的煤礦開采實(shí)踐中人們得出了一個(gè)重要結(jié)論，即在對(duì)于如何預(yù)防煤炭自燃火災(zāi)發(fā)生中起決定作用的是科學(xué)合理的開采方法與開拓系統(tǒng)。以最大的回采率、最小的煤層暴露面、容易隔離的采空區(qū)、最快的回采速度來要求開采和開拓方式是煤炭自燃嚴(yán)重的礦井預(yù)防煤炭自燃發(fā)火的基本要求。預(yù)防采煤工作面采空區(qū)遺留煤炭自燃的開采開拓方法主要有采用巖石集中巷和巖石上山、區(qū)段巷道采用重疊布置、區(qū)段巷道分采分掘布置、高效快速無煤柱的采煤方法。

①為了盡一切力量預(yù)防煤層自燃，通常我們可以采用加快工作面回采速度、以后退式開采方式進(jìn)行回采，同時(shí)為了使煤柱的損失降到最低回采工作面可以采用條帶布置方式；②在開拓機(jī)電硐室時(shí)首先應(yīng)該選用現(xiàn)澆混凝土、錨網(wǎng)噴支護(hù)，普通巖石巷道開拓時(shí)首先選用錨索、錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)的方式，同時(shí)盡量在煤層中布置軌道下山、運(yùn)輸下山、回風(fēng)下山；③為了保證有較高的防火安全性我們可以加快回采速度與使用機(jī)械化裝備，同時(shí)為了簡(jiǎn)單地布置巷道、提高回采率可以使用壁式采煤法。

4.2 有效的通風(fēng)和監(jiān)測(cè)

一定要保證工作面的合理配風(fēng)，同時(shí)要減少向采空區(qū)漏風(fēng)，保證工作面運(yùn)順采空區(qū)的頂板垮落，不能形成空頂。易發(fā)火地點(diǎn)安設(shè)一氧化碳監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，礦井要建立火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，作為早期預(yù)測(cè)礦井發(fā)火的主要手段。

①班長(zhǎng)、瓦斯檢查員必須配備便攜式CO檢測(cè)報(bào)警儀，掘進(jìn)工作面、回采工作面上隅角等地點(diǎn)必須吊掛CO傳感器；②定期用火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合人工取樣對(duì)井下易發(fā)火地點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)化驗(yàn)，分析可能出現(xiàn)的早期火情；③為了預(yù)防煤炭自燃我們?cè)诠ぷ髅婊夭蓵r(shí)優(yōu)先選用“U”型通風(fēng)方式，采用后退式開采方式；④預(yù)防煤炭自燃我們要將已經(jīng)回采完畢的工作面及時(shí)構(gòu)筑密閉墻，并加強(qiáng)密閉管理。

4.3 預(yù)防性注漿

預(yù)防煤炭自燃適用效果最好的一種手段就是預(yù)防性灌漿。通常情況下我們把粉煤灰或黃土等不燃性材料和水按照一定的配比進(jìn)行攪拌混合在一起形成漿液，同時(shí)依靠井上下敷設(shè)的輸送漿液的管路把漿液輸送到很有可能發(fā)生煤炭自然發(fā)火的采空區(qū)，用來預(yù)防采空區(qū)煤炭自然發(fā)火的方法稱為預(yù)防性灌漿。降低采空區(qū)遺留煤炭的溫度并且將氧氣和煤炭隔離開來是預(yù)防性灌漿的重要作用。把地面制好的漿液通過輸送管路送到工作面采空區(qū)，漿液緩慢地向采空區(qū)流動(dòng)填實(shí)采空區(qū)的裂隙，同時(shí)遺留在采空區(qū)的煤炭被漿液包裹起來將阻止氧氣與遺留煤炭的進(jìn)一步氧化，由于漿液的存在加大了采空區(qū)遺留煤炭的含水量從而進(jìn)一步抑制了遺留煤炭的氧化發(fā)熱的過程。一般選擇粒徑不大于2mm，細(xì)小顆粒（粒徑小于1mm）占75%；9～14的塑性指數(shù)，2.4～2.8的相對(duì)密度，25%～30%的含砂量，25%～30%的膠體混合物等不助和不可燃性材料做漿材。

4.4 均壓防火

均壓防火技術(shù)既適用于火區(qū)的防滅火工作，又可用于采空區(qū)防止遺煤自燃。開區(qū)均壓防滅火技術(shù)通常用于指導(dǎo)滅火、調(diào)風(fēng)、正確地選擇通風(fēng)構(gòu)筑物的位置和通風(fēng)系統(tǒng)等通風(fēng)防火工作，又適用于抑制采空區(qū)遺留煤炭的自燃和自熱的發(fā)展。均壓技術(shù)如果掌握得好還能用之控制采掘工作面瓦斯涌出，主要的方法有開區(qū)均壓防火和閉區(qū)均壓防火。 開區(qū)均壓措施主要有調(diào)節(jié)風(fēng)門均壓、改變工作面通風(fēng)系統(tǒng)均壓、風(fēng)門與通風(fēng)機(jī)聯(lián)合均壓、角聯(lián)支路風(fēng)向隨相鄰支路風(fēng)阻比而改變的原理均壓；閉區(qū)均壓防滅火技術(shù)的具體方法有：調(diào)節(jié)風(fēng)門與主要通風(fēng)機(jī)聯(lián)合均壓、并聯(lián)風(fēng)門與調(diào)節(jié)風(fēng)門聯(lián)合均壓、改造通風(fēng)系統(tǒng)均壓和聯(lián)通管均壓、調(diào)壓通風(fēng)機(jī)與調(diào)節(jié)風(fēng)門聯(lián)合均壓等

4.5 阻化劑防火

通常情況下在容易氧化的煤體表面上存在大量的吸水性很強(qiáng)的阻化劑時(shí)就能夠在其外表形成含水液膜從而隔離了氧氣與煤炭的接觸，起到阻止氧化的作用，同時(shí)水在蒸發(fā)時(shí)吸收熱量，使煤體降溫，從而抑制煤的自熱和自燃，延長(zhǎng)自然發(fā)火期的作用。

4.6 氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)

氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定是一種無毒、無味、無色、無嗅的氣體，在正常溫度和正常壓力下氮?dú)獠蝗菀着c其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，正是利用它的這種特性來進(jìn)行礦井的防滅火工作，其效果非常顯著。

結(jié)語

隨著采空區(qū)防火技術(shù)不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。抑制煤的氧化過程，使采空區(qū)遺留煤炭緩慢氧化無是各種防滅火技術(shù)的本質(zhì)所在。合理地選擇防滅火方法并掌握煤層的自燃傾向性和自燃發(fā)火期，對(duì)采空區(qū)防火工作有極大的幫助，積極主動(dòng)的采取防火措施、充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性是成功防止采空區(qū)遺煤自燃的關(guān)鍵。

作者簡(jiǎn)介：李越海，男，1973年出生，助理工程師，現(xiàn)工作于龍煤新疆礦業(yè)公司富城煤礦，主要從事礦井通風(fēng)技術(shù)及管理工作。