Y 型通風(fēng)綜合防滅火技術(shù)研究

吳 健

（汾西礦業(yè)集團(tuán)通風(fēng)管理部，山西 介休 032000）

引言

煤炭是我國(guó)重要的資源開(kāi)采和消耗形式，即使在國(guó)家不斷調(diào)整資源結(jié)構(gòu)的當(dāng)下，煤炭在我國(guó)資源需求總量中的比例仍然居高不下。在煤炭開(kāi)采過(guò)程中遺煤自燃、瓦斯爆炸造成的礦井事故頻發(fā)，對(duì)煤礦安全、高效開(kāi)采造成了巨大的阻力，綜合防滅火技術(shù)是資源領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)化的重要方向，是降低礦井事故資源浪費(fèi)程度、經(jīng)濟(jì)損失量、人員傷亡數(shù)量的關(guān)鍵。隨著我國(guó)煤炭開(kāi)采深度的不斷增加，瓦斯治理問(wèn)題、遺煤自燃問(wèn)題日益突出，治理技術(shù)的優(yōu)化和應(yīng)用已經(jīng)迫在眉睫。Y型通風(fēng)綜合防滅火技術(shù)作為一種能夠治理高濃度瓦斯、降低遺煤自燃可能性的技術(shù)，其應(yīng)用和針對(duì)性研究是煤礦安全生產(chǎn)領(lǐng)域的重點(diǎn)。

1 Y 型通風(fēng)系統(tǒng)概述

在采礦深度較淺的我國(guó)煤礦礦井中，U 型通風(fēng)系統(tǒng)是最常見(jiàn)的通風(fēng)手段。這種通風(fēng)系統(tǒng)不僅建設(shè)簡(jiǎn)單、成本較低，而且面對(duì)瓦斯?jié)舛容^低的淺層煤礦礦井時(shí)基本可以滿(mǎn)足安全開(kāi)采的需求，被全國(guó)范圍內(nèi)的煤礦企業(yè)所采用。但這種“一進(jìn)一出”的U 型通風(fēng)系統(tǒng)存在一定的技術(shù)難點(diǎn)，首先就是漏風(fēng)通道多，有部分流入的風(fēng)流會(huì)進(jìn)入到采空區(qū)，導(dǎo)致采空區(qū)上隅角區(qū)域聚攏大量的瓦斯，一旦瓦斯?jié)舛瘸^(guò)安全限值就有可能引發(fā)礦井安全事故；其次是風(fēng)流流出時(shí)有較大可能推動(dòng)部分采空區(qū)的瓦斯進(jìn)入到工作巷道，導(dǎo)致巷道內(nèi)的瓦斯接近或超出安全限值。U 型通風(fēng)系統(tǒng)在淺層煤礦、低瓦斯工作狀態(tài)下有一定的適用性，但隨著煤礦開(kāi)采深度的不斷擴(kuò)大，瓦斯涌出量的不斷增大，U型通風(fēng)系統(tǒng)越來(lái)越不適用。為了改變這種U 型通風(fēng)系統(tǒng)的不足，煤礦開(kāi)采領(lǐng)域開(kāi)始嘗試改建Y 型通風(fēng)系統(tǒng)，解決上隅角區(qū)域瓦斯聚攏問(wèn)題，減少瓦斯流入工作面的量，綜合優(yōu)化煤礦礦井開(kāi)采工作面的通風(fēng)效果和安全程度[1]。但在實(shí)際應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)，這種Y 型通風(fēng)系統(tǒng)同樣存在一些問(wèn)題。首先，Y 型通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)量更大，漏風(fēng)的可能性更高，漏風(fēng)加大了采空區(qū)遺煤自燃的可能性；其次，Y 性通風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)抽采的方式來(lái)降低瓦斯進(jìn)入巷道的量，同時(shí)加大了采空區(qū)氧化帶的范圍，但如果想要控制采空區(qū)遺煤自燃的可能性就需要降低抽采量，又會(huì)出現(xiàn)瓦斯進(jìn)入巷道的問(wèn)題。因此，應(yīng)用Y 型通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)煤礦需要做好瓦斯問(wèn)題和遺煤自燃問(wèn)題的平衡，同時(shí)考慮兩方面的安全隱患，提高煤礦開(kāi)采過(guò)程的安全和效率。

2 Y 型通風(fēng)系統(tǒng)存在的特征

2.1 火災(zāi)災(zāi)害特征

Y 型通風(fēng)系統(tǒng)相較于U 型通風(fēng)系統(tǒng)多了很多應(yīng)用抽采的部分，抽采是Y 型通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)對(duì)瓦斯問(wèn)題的重要方式。也由于Y 型通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用了多種抽采形式，所以Y 型通風(fēng)系統(tǒng)在采空區(qū)漏風(fēng)方面也比U 型通風(fēng)系統(tǒng)表現(xiàn)得更嚴(yán)重，給采空區(qū)遺煤自燃創(chuàng)造了條件。燃燒需要可燃物、氧化劑、點(diǎn)火源作為基礎(chǔ)，采空區(qū)遺煤就是可燃物，空氣就是最常見(jiàn)的氧化劑，在漏風(fēng)嚴(yán)重的情況下采空區(qū)遺煤獲得更大的氧化條件，氧化產(chǎn)生的熱量又難以被帶走的情況下，遺煤自燃的幾率大幅度增加。所以，Y 型通風(fēng)系統(tǒng)的火災(zāi)災(zāi)害主要以遺煤自燃為主，且控制難度較大。

2.2 瓦斯?jié)舛忍卣?/h3>

Y 型通風(fēng)系統(tǒng)在優(yōu)化和應(yīng)用過(guò)程中充分考慮了瓦斯安全問(wèn)題，盡可能將煤礦礦井中瓦斯聚攏區(qū)域的瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩拗抵?，以期保證煤礦開(kāi)采過(guò)程的瓦斯安全。根據(jù)實(shí)際測(cè)量可知，Y 型通風(fēng)系統(tǒng)中的采空區(qū)深部基本是負(fù)壓區(qū)域，瓦斯在高低壓的影響下從上隅角區(qū)向負(fù)壓區(qū)流動(dòng)，上隅角區(qū)的瓦斯?jié)舛鹊玫接行Э刂?；采空區(qū)深部如果密閉效果理想，則可在此處埋設(shè)管道對(duì)瓦斯進(jìn)行抽采，既能夠保證采空區(qū)內(nèi)的瓦斯?jié)舛劝踩?，避免采空區(qū)瓦斯向工作面流動(dòng)，又能夠?qū)⑼咚钩椴沙鰜?lái)作為資源進(jìn)行利用。而且，Y 型通風(fēng)系統(tǒng)在進(jìn)風(fēng)區(qū)域的通風(fēng)量較大，即使有部分瓦斯進(jìn)入工作面也能夠很快被進(jìn)風(fēng)稀釋?zhuān)冀K保持在安全限值以下。

3 Y 型通風(fēng)系統(tǒng)中火災(zāi)防治技術(shù)的應(yīng)用策略

遺煤自燃是Y 型通風(fēng)系統(tǒng)中常見(jiàn)的火災(zāi)事故發(fā)生原因，還是引發(fā)瓦斯爆炸問(wèn)題的源頭，想要有效地防治采空區(qū)燃煤自然需要從切斷其燃燒條件、監(jiān)控采空區(qū)遺煤狀態(tài)入手，做到防治結(jié)合。

3.1 Y 型通風(fēng)系統(tǒng)中的火災(zāi)監(jiān)控預(yù)防策略

采空區(qū)遺煤自燃會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)環(huán)境因素變化，比如溫度上升、釋放出特殊氣體等，火災(zāi)監(jiān)控預(yù)防策略主要以溫度、特殊氣體為監(jiān)測(cè)目標(biāo)，通過(guò)這些因素的變化來(lái)判斷是否已經(jīng)存在遺煤自燃的條件，為后續(xù)的火災(zāi)治理創(chuàng)造有利條件。

3.1.1 溫度探測(cè)

采空區(qū)遺煤氧化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生熱量，熱量聚集到一定限度會(huì)引發(fā)自燃。雖然采空區(qū)的遺煤自燃非常隱蔽，但只要發(fā)生就會(huì)出現(xiàn)溫度升高的環(huán)境變化。由此可見(jiàn)，溫度監(jiān)測(cè)是煤礦礦井開(kāi)采過(guò)程中預(yù)防火災(zāi)和監(jiān)控火災(zāi)出現(xiàn)的重要手段。常見(jiàn)的探測(cè)儀器包括紅外探測(cè)儀、溫度傳感器等。這些探測(cè)溫度的設(shè)備和系統(tǒng)不僅能及時(shí)采集采空區(qū)溫度的變化，還能夠?yàn)橄麥缁馂?zāi)源頭指明方向。紅外探測(cè)儀能夠?qū)Σ煽諈^(qū)遺煤實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、非接觸監(jiān)測(cè)，但監(jiān)測(cè)范圍較小，對(duì)深度大、范圍廣的煤礦采空區(qū)覆蓋效果不理想。溫度傳感器能夠?qū)Σ煽諈^(qū)實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)采集，為觀測(cè)溫度隨時(shí)間變化提供數(shù)據(jù)，但同樣存在監(jiān)測(cè)范圍小的問(wèn)題，覆蓋采空區(qū)需要較多的傳感器共同工作，成本較高。

3.1.2 特殊氣體探測(cè)

特殊氣體是指煤炭燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的、產(chǎn)量與煤炭燃燒階段有關(guān)系的氣體，比如一氧化碳、氡等。一氧化碳是采空區(qū)遺煤自燃會(huì)釋放的氣體，且隨著遺煤環(huán)境溫度的升高而出現(xiàn)明顯的變化，能夠反映出遺煤氧化和燃燒的程度，用于輔助監(jiān)控采空區(qū)遺煤火災(zāi)。氡是一種放射性的惰性氣體，遺煤自燃過(guò)程中溫度的變化與氡的析出率成正比，可幫助監(jiān)測(cè)人員掌握采空區(qū)是否出現(xiàn)自燃現(xiàn)象、自燃溫度和范圍。但由于整個(gè)煤礦礦井內(nèi)存在通風(fēng)系統(tǒng)，空氣整體處于流動(dòng)狀態(tài)，把握特殊氣體的運(yùn)移規(guī)律是正確應(yīng)用特殊氣體探測(cè)遺煤自燃位置、范圍、趨勢(shì)的關(guān)鍵。

3.2 Y 型通風(fēng)系統(tǒng)中的滅火策略

對(duì)照燃燒條件可知，煤礦采空區(qū)遺煤自燃的滅火關(guān)鍵在于切斷空氣與遺煤的接觸，減緩遺煤氧化、燃燒的速度；降低采空區(qū)遺煤溫度，消滅“點(diǎn)火源”。

3.2.1 灌漿滅火技術(shù)

灌漿滅火技術(shù)就是一種切斷空氣與遺煤接觸的滅火技術(shù)，在眾多新型防滅火技術(shù)被開(kāi)發(fā)應(yīng)用的今天仍然有應(yīng)用空間。灌漿滅火技術(shù)的關(guān)鍵在于配制好的灌漿材料，這種灌漿材料能夠填充自燃位置，切斷遺煤與空氣的接觸，消滅燃燒條件中的氧化劑；因?yàn)槭褂玫搅怂粌H能夠使遺煤保持濕潤(rùn)，消滅已有的火苗，還能夠降低遺煤的溫度，使其下降到自燃溫度以下。目前，很多煤礦礦區(qū)都采用水與矸石、尾礦、電廠(chǎng)飛灰來(lái)制作灌漿材料，一方面能夠降低黃土的使用對(duì)資源的浪費(fèi)，還能夠使煤礦開(kāi)采、生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢棄物得到有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)資源的再利用。

3.2.2 惰性氣體滅火技術(shù)

惰性氣體滅火技術(shù)主要指氮?dú)?，這種滅火技術(shù)已經(jīng)在消防領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，關(guān)鍵就在于降低周?chē)h(huán)境中的氧氣含量，切斷燃燒條件中的氧化劑一環(huán)。在應(yīng)用氮?dú)鉁缁鸬倪^(guò)程中不僅能夠通過(guò)降低氧氣含量來(lái)阻斷燃燒現(xiàn)象的發(fā)生，還能夠形成高壓區(qū)阻止通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)流帶來(lái)新的氧氣，還能夠降低易爆氣體瓦斯在空氣中的濃度，而且不影響煤礦開(kāi)采工作的后續(xù)開(kāi)展。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，起火地點(diǎn)若位于密閉性較差或處于采空區(qū)深處，諸如氮?dú)膺M(jìn)行滅火的速度和效果都比較差，這種滅火技術(shù)需要視情況使用。

3.2.3 均壓防滅火技術(shù)

均壓防滅火技術(shù)是一種借助煤礦通風(fēng)系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)防火、滅火的技術(shù)，即通過(guò)控制采空區(qū)風(fēng)流流向來(lái)打造接近完全密封的狀態(tài)，使采空區(qū)遺煤在嚴(yán)重缺少空氣的情況下停止氧化和燃燒。均壓技術(shù)在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用，有成本低、效果好的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)的漏風(fēng)情況有較高的要求[2]。若采空區(qū)風(fēng)壓差無(wú)法盡可能縮小，或漏風(fēng)阻力無(wú)法快速提升至最大，均壓防滅火技術(shù)的應(yīng)用效果就會(huì)大打折扣。

4 結(jié)語(yǔ)

Y 型通風(fēng)系統(tǒng)是目前我國(guó)煤礦常用的通風(fēng)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也有劣勢(shì)。采空區(qū)遺煤自燃就是Y 型通風(fēng)系統(tǒng)安全事故發(fā)生的常見(jiàn)原因，綜合應(yīng)用防滅火技術(shù)十分有必要。為Y 型通風(fēng)系統(tǒng)搭配火災(zāi)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)設(shè)備，搭配各種防滅火技術(shù)，能夠有效提升煤礦開(kāi)采的安全程度和效率。