探究礦井火災(zāi)及其防治策略

張海峰,郭　燾（神華神東煤炭集團(tuán)榆家梁煤礦,陜西　神木　719300）

探究礦井火災(zāi)及其防治策略

張海峰,郭燾
（神華神東煤炭集團(tuán)榆家梁煤礦,陜西神木719300）

摘要:本文簡(jiǎn)述了礦井火災(zāi)的類型、特點(diǎn)及危害，介紹了礦井火災(zāi)的三個(gè)要素，一是熱源；二是可燃物的存在；三是氧氣的供給。分析了我國(guó)礦井火災(zāi)防治的現(xiàn)狀，并從內(nèi)因方面和外因方面提出了有針對(duì)性的防治策略。

關(guān)鍵詞：礦井火災(zāi) ；起因 ；危害 ；防治

0　引言

在煤礦生產(chǎn)中，礦井的火災(zāi)是重大災(zāi)害之一。礦井火災(zāi)的火勢(shì)發(fā)展非常迅速，而且火情復(fù)雜多變，對(duì)礦井的影響范圍很大，一旦發(fā)生通常都會(huì)造成財(cái)產(chǎn)、礦產(chǎn)資源的損失及人員的傷亡，更嚴(yán)重的是礦井火災(zāi)還會(huì)引發(fā)瓦斯爆炸，爆炸會(huì)擴(kuò)大災(zāi)害的范圍及程度，進(jìn)而給生產(chǎn)帶來(lái)更大程度的災(zāi)害。在煤礦生產(chǎn)中，為了時(shí)刻預(yù)防礦井火災(zāi)的發(fā)生，確保煤礦的安全生產(chǎn)，所以對(duì)礦井火災(zāi)詳細(xì)情況的掌握是非常重要的。

1　礦井火災(zāi)的概述、類型、特點(diǎn)及危害

1.1礦井火災(zāi)概述

礦井火災(zāi)發(fā)生的過(guò)程是一個(gè)具有很復(fù)雜物理化學(xué)變化的過(guò)程，礦井火災(zāi)往往發(fā)生在礦井巷道內(nèi)以及采空區(qū)內(nèi)，此外發(fā)生可以波及井下的火災(zāi)如地面井口的火災(zāi)也被歸于礦井火災(zāi)種類之一，礦井火災(zāi)是礦井的重大災(zāi)害之一。

1.2礦井火災(zāi)的類型

內(nèi)因火災(zāi)和外因火災(zāi)是礦井火災(zāi)根據(jù)起火原因來(lái)劃分的。內(nèi)因火災(zāi)一般發(fā)生在礦井內(nèi)的空氣非常有限的情況，也有內(nèi)因火災(zāi)發(fā)生在風(fēng)流較為暢通的地方，也必然是空間狹小和氧氣供應(yīng)不充分的燃燒的，內(nèi)因火災(zāi)發(fā)生、進(jìn)展的過(guò)程較慢。內(nèi)因火災(zāi)往往發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造破碎帶、煤柱、停采線、采空區(qū)、斷層、舊采區(qū)封閉不嚴(yán)或者掘進(jìn)冒頂?shù)炔课?。礦井下發(fā)生的火災(zāi)不同于其他情況下的火災(zāi)較容易被發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生的初期通常只能通過(guò)對(duì)礦井內(nèi)的空氣溫度的上升、空氣成分的細(xì)微變化及礦井內(nèi)空氣濕度的增大來(lái)被察覺發(fā)現(xiàn)。當(dāng)內(nèi)因火災(zāi)緩慢發(fā)展進(jìn)入到明火燃燒階段，燃燒的過(guò)程加劇，則會(huì)從起火部位產(chǎn)生大量的煤炭干餾生成物及大量煙氣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有光和熱產(chǎn)生時(shí)，才容易被我們發(fā)現(xiàn)。由上可知，雖然內(nèi)因火災(zāi)的發(fā)生進(jìn)展較慢，但是內(nèi)因火災(zāi)一旦發(fā)生其撲滅的難度非常大，燃燒過(guò)程產(chǎn)生的對(duì)人體有毒、有害的氣體也會(huì)給礦井下的相關(guān)人員帶來(lái)生命安全威脅，給礦井的安全生產(chǎn)帶來(lái)極大的影響和損失。

外因火災(zāi)通常是指由外來(lái)的熱源，諸如機(jī)電設(shè)備老化、瓦斯爆炸、機(jī)械之間的摩擦、放炮、焊接火花、電流短路等等原因而導(dǎo)致的礦井火災(zāi)，此外還包括由內(nèi)因火災(zāi)在處理過(guò)程中的不規(guī)范而引發(fā)的外因火災(zāi)，一般多發(fā)生在井底車場(chǎng)、井筒、石門及其它有機(jī)電設(shè)備的巷道內(nèi)，這些原因中又以膠帶輸送機(jī)引發(fā)的火災(zāi)最為嚴(yán)重，此種原因引發(fā)的火災(zāi)發(fā)展速度快、發(fā)生突然、涉及的面非常廣泛因此造成的損失非常嚴(yán)重。有統(tǒng)計(jì)資料顯示，國(guó)內(nèi)外所發(fā)生的眾多重特大煤礦事故中，每次事故死亡人數(shù)數(shù)以百計(jì)的大都屬于外因火災(zāi)。礦井火災(zāi)事故中外因火災(zāi)死亡人數(shù)所占的比重非常大。礦井外因火災(zāi)的發(fā)展速度快、時(shí)間短而且導(dǎo)致的后果非常嚴(yán)重。

1.3礦井火災(zāi)的特點(diǎn)及危害

礦井火災(zāi)的特點(diǎn)可以由三個(gè)特性來(lái)概括，一是破壞性；而是繼發(fā)性；三是災(zāi)難性；破壞性是由于礦井火災(zāi)發(fā)生時(shí)火焰及高溫?zé)熈髟谙锏乐辛鲃?dòng)，對(duì)巷道中的支護(hù)及相關(guān)設(shè)備造成的破壞，同時(shí)對(duì)礦產(chǎn)資源造成燃燒浪費(fèi)。繼發(fā)性是由于礦井火災(zāi)發(fā)生時(shí)，不僅僅會(huì)在初始起火位置出現(xiàn)燃燒過(guò)程，火災(zāi)發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的高溫?zé)熈魉?jīng)過(guò)的地方，當(dāng)有新鮮風(fēng)流同時(shí)匯入時(shí)，就可能有新的起火點(diǎn)即二次起火發(fā)生。災(zāi)難性是由于礦井火災(zāi)發(fā)生時(shí)往往會(huì)有大量的有毒、有害氣體產(chǎn)生，在井下會(huì)蔓延至整個(gè)巷道，從而對(duì)井下人員造成生命威脅，導(dǎo)致傷亡事故擴(kuò)大。井下人員的生命安全所受到最大的威脅便是礦井火災(zāi)所帶來(lái)的，主要原因就是井下空間相對(duì)較小，礦井供風(fēng)量非常有限，礦井之內(nèi)的巷道連通錯(cuò)綜復(fù)雜，當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生井下人員進(jìn)行避災(zāi)時(shí)會(huì)受到來(lái)自各種環(huán)境條件的影響及限制。當(dāng)井下發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的高溫?zé)熁?，起火部位及周邊的溫度非常高，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的大量熱量及燃燒產(chǎn)生的煙氣難以擴(kuò)散，在井下巷道通風(fēng)的時(shí)候，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)熈骺梢噪S巷道內(nèi)的風(fēng)迅速的傳到很遠(yuǎn)的地方，從而擴(kuò)大火災(zāi)發(fā)生的范圍及面積，使起火部位之外很遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)的人員也同樣受到高溫的損傷。與此同時(shí)，火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒所產(chǎn)生的煙霧還會(huì)阻擋人員的視線，降低空氣的能見度，繼而阻礙所有井下人員的安全撤離及后續(xù)滅火救援工作的進(jìn)行。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒會(huì)產(chǎn)生大量對(duì)人體有毒、有害的氣體以及煙、蒸汽等等，不單單會(huì)對(duì)人體的五官及呼吸系統(tǒng)造成強(qiáng)烈的窒息作用和刺激性，煙氣本身中還含有大量的一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等有毒、有害氣體，從而造成風(fēng)流中氧氣的濃度急劇下降，當(dāng)煙氣被井下人員吸入之后會(huì)造成井下人員出現(xiàn)窒息、中毒等傷亡事故的發(fā)生。當(dāng)?shù)V井中的火災(zāi)發(fā)展到某個(gè)強(qiáng)度時(shí)例如火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中又火風(fēng)壓的出現(xiàn)，就極有可能會(huì)使礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)流方向造成改變，進(jìn)而使燃燒產(chǎn)生的煙氣流動(dòng)不受控制，使得礦井內(nèi)的受災(zāi)面積及范圍進(jìn)一步加大，因此會(huì)造成更多的井下人員受到火災(zāi)燃燒產(chǎn)生的煙氣的傷害。此外，還會(huì)給井下相關(guān)人員的安全撤退帶來(lái)極大的危險(xiǎn)和更大的困難。當(dāng)?shù)V井中發(fā)生火災(zāi)時(shí)，井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)流紊亂，極有可能引發(fā)煤塵爆炸或者瓦斯爆炸的嚴(yán)重二次事故。

2　我國(guó)礦井火災(zāi)防治的現(xiàn)狀

2.1我國(guó)礦井火災(zāi)防治的現(xiàn)狀

有資料顯示，我國(guó)目前現(xiàn)有的煤礦中超過(guò)一半以上的均存在自燃發(fā)火的問(wèn)題，這其中有記載的可能會(huì)帶來(lái)自燃起火危險(xiǎn)的礦井約占總量的47%，礦井自燃發(fā)火又占總發(fā)火次數(shù)的94%。我們可以看出，目前我國(guó)的煤礦火災(zāi)預(yù)防治理所面臨的形勢(shì)十分嚴(yán)峻。因此，從上世紀(jì)50年代開始，為了找出最有效的防止礦井火災(zāi)發(fā)生的手段，大力推廣了黃泥灌漿防火技術(shù)；進(jìn)入到80、90年代，研制出了惰氣防滅火、礦井自燃發(fā)火預(yù)測(cè)系統(tǒng)、帶式輸送機(jī)火災(zāi)防治、快速高效堵漏風(fēng)等相關(guān)防火技術(shù)，同時(shí)還逐步形成了可以適應(yīng)高效采煤法和普通采煤法的綜合防治滅火技術(shù)。此外，由于我國(guó)對(duì)火災(zāi)的基礎(chǔ)理論研究較為滯后，關(guān)鍵的防滅火設(shè)備仍然不健全，防滅火技術(shù)還有待進(jìn)一步提高和完善。因此，我們所面臨的礦井防滅火工作還需要繼續(xù)進(jìn)行研究。

2.2礦井火災(zāi)的起因

2.2.1礦井火災(zāi)的基本要素

造成礦井起火的原因非常多，但是引發(fā)礦井起火的基本要素有三個(gè)：氧氣、熱源、可燃物三個(gè)要素，簡(jiǎn)稱“礦井火災(zāi)三要素”，是礦井火災(zāi)發(fā)生的必要條件。礦井火災(zāi)三要素缺一不可，必須同時(shí)都有，三者相互作用、配合，達(dá)到某一程度時(shí)才會(huì)引起礦井火災(zāi)的發(fā)生。礦井火災(zāi)三要素缺少任何一個(gè)要素，火災(zāi)就不可能發(fā)生，所以預(yù)防礦井火災(zāi)必須從控制和消除“三要素”入口。

（1）熱源。礦井火災(zāi)的熱源來(lái)源非常多，例如瓦斯爆炸、煤塵燃燒、電氣設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)故障產(chǎn)生的熱量、煤的自燃、放炮、焊接作業(yè)產(chǎn)生的明火及其他作業(yè)過(guò)程中的明火等等。由于熱源是礦井火災(zāi)發(fā)生的必要因素，當(dāng)有足夠的熱量和溫度的熱源產(chǎn)生時(shí)才具備引燃可燃物的條件。

（2）可燃物的存在。在礦井的生產(chǎn)過(guò)程中，所開采的煤炭本身就是可燃物。此外，井下的油料、采煤過(guò)程中所產(chǎn)生的煤塵、炸藥、相關(guān)設(shè)備等等都具有可燃性?？扇嘉锏拇嬖谑堑V井生產(chǎn)中火災(zāi)發(fā)生的基本條件。

（3）氧氣的供給。氧氣可以供給可燃物在燃燒過(guò)程中的燃燒所需，可燃物的持續(xù)燃燒需要有充足的氧氣供給。所以足量的空氣供給是維持燃燒并形成火災(zāi)必不可少的條件[1]。

2.2.2礦井火災(zāi)發(fā)生的原因

前文所述根據(jù)引發(fā)火災(zāi)的熱源的不同可將礦井火災(zāi)分為內(nèi)部原因和外部原因。

（1）礦井火災(zāi)發(fā)生的內(nèi)部原因主要是由于可燃物在空氣中受空氣的氧化，在積聚熱量之后引發(fā)的礦井火災(zāi)。因?yàn)闆]有外部原因而引起的火災(zāi)，因此也可以稱之為自燃火災(zāi)，是礦井火災(zāi)防治的重中之重。有數(shù)據(jù)顯示，超過(guò)八成以上的礦井火災(zāi)都屬于內(nèi)因火災(zāi)。由于內(nèi)因火災(zāi)所具有的特點(diǎn)，所以就現(xiàn)階段而言絕大多數(shù)的礦井滅火研究都是針對(duì)內(nèi)因火災(zāi)而開展進(jìn)行的，根據(jù)內(nèi)因火災(zāi)的所具有的特點(diǎn)展開相應(yīng)的防治滅火措施。

（2）外因火災(zāi)大多數(shù)情況是發(fā)生在中小型的礦井生產(chǎn)中，往往由于操作違規(guī)如違章使用明火或者是違章爆破等等原因造成，而在電氣自動(dòng)化和機(jī)械化程度均較高的礦井中，起火原因往往是由于機(jī)械設(shè)備的管理維護(hù)不到位，或者是在機(jī)電設(shè)備操作過(guò)程中不當(dāng)使用，造成機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)故障等等原因而引起的火災(zāi)。隨著礦井生產(chǎn)電氣自動(dòng)化程度的大大提升，由機(jī)電設(shè)備而引起的外因火災(zāi)數(shù)量也在呈大量上升的趨勢(shì)。此外，還有在生產(chǎn)中違反相關(guān)規(guī)定在井下違章放炮、吸煙等等而引發(fā)的外因火災(zāi)也偶有發(fā)生。由于外因火災(zāi)的發(fā)展速度非?？?，在救援與滅火過(guò)程中稍有延遲，將會(huì)給礦井帶來(lái)難以估計(jì)的損失，甚至是出現(xiàn)重大傷亡事故的情況。

2.3礦井火災(zāi)防治中存在的問(wèn)題

近年來(lái)隨著我國(guó)基礎(chǔ)行業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)礦井生產(chǎn)進(jìn)入到了發(fā)展的春天，與礦井安全相關(guān)的防滅火裝備與防滅火技術(shù)同樣發(fā)展迅猛。雖然發(fā)展的較快，但是就目前的情況來(lái)看防滅火技術(shù)及裝備仍然不能滿足礦井的防滅火要求，防滅火的技術(shù)和裝備仍需要不斷的進(jìn)行提高和完善，才有可能改變現(xiàn)有的防滅火局面。筆者認(rèn)為，現(xiàn)階段我國(guó)的礦井防滅火工作中存在的主要問(wèn)題有以下三個(gè)方面：第一方面，煤礦自燃起火階段的測(cè)定技術(shù)，目前還不能根本解決這一問(wèn)題。盡管我國(guó)就煤礦自燃起火階段的預(yù)測(cè)不論是理論上還是模擬，或是實(shí)驗(yàn)都進(jìn)行了很多的相關(guān)研究，也取得了很多重要的研究成果，同時(shí)也研制了一些專用的預(yù)測(cè)裝置，但是由于受現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，難以普及，相關(guān)技術(shù)有待提高。第二方面，監(jiān)測(cè)傳感器的穩(wěn)定性差、品種單一，精確度不高，性價(jià)比低，因此在一定程度上阻礙了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。第三方面，我國(guó)對(duì)世界性難題隱蔽火源探測(cè)進(jìn)行過(guò)重點(diǎn)研究，形成了諸如預(yù)埋溫度探頭測(cè)溫法、鉆孔測(cè)氣法、測(cè)氡法、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法及計(jì)算機(jī)數(shù)值推測(cè)法。但是由于種種原因的影響，上述方法的精確度還不是很高，因此對(duì)實(shí)際的防滅火工作作用有所限制。

3　　礦井火災(zāi)的防治

3.1礦井內(nèi)因火災(zāi)的防治應(yīng)做好以下三項(xiàng)工作：

（1）礦井的通風(fēng)系統(tǒng)及設(shè)備應(yīng)該適應(yīng)采礦環(huán)境及使用要求，然后依據(jù)開采順序及設(shè)計(jì)方案，選用與礦井相對(duì)應(yīng)的通風(fēng)方式。

（2）采用分區(qū)通風(fēng)，這一方法的優(yōu)點(diǎn)是可以降低整個(gè)礦井的阻力，提升礦井整體的通風(fēng)能力，而且可以減少漏風(fēng)和方便風(fēng)量的調(diào)節(jié)，當(dāng)?shù)V井內(nèi)因火災(zāi)發(fā)生時(shí)，分區(qū)通風(fēng)對(duì)于隔絕起火區(qū)域和穩(wěn)定風(fēng)流起到明顯的控制作用。

（3）做好預(yù)防性防滅火準(zhǔn)備工作，第一，用泥漿作為滅火的灌漿材料，所謂的預(yù)防性灌漿就是通過(guò)輸漿設(shè)備將泥漿（諸如黃土、水、砂子等按照規(guī)定比例混合）輸送到有可能發(fā)生自燃的區(qū)域，從而達(dá)到防止內(nèi)因火災(zāi)發(fā)生的目的，使用泥漿這一灌漿材料作為防止自燃火災(zāi)發(fā)生的較為有效的手段之一，因此這一防火方法在有條件使用該方法的礦井中應(yīng)用較為廣泛。第二，采用阻化劑進(jìn)行滅火，阻化劑是由幾種物質(zhì)或一種物質(zhì)的乳濁液或者溶液灌注到煤柱縫隙、采空區(qū)域等發(fā)生自燃可能性高的部位，通過(guò)降低煤的氧化能力，來(lái)達(dá)到減緩煤的氧化程度，此種方法最為簡(jiǎn)便、性價(jià)比高，很適合應(yīng)用于水土較為缺乏的礦井。第三，使用尾礦作為灌漿材料，此種方法較第一種方法制漿工藝非常簡(jiǎn)單易行，只需通過(guò)浮選之后過(guò)篩，無(wú)需過(guò)多工序便可作為防滅火的注漿材料。

3.2礦井外因火災(zāi)的防治應(yīng)做好以下兩項(xiàng)工作：

3.2.1防止火災(zāi)產(chǎn)生

第一，防止失控的高溫?zé)嵩串a(chǎn)生和存在，嚴(yán)格對(duì)高溫?zé)嵩春兔骰疬M(jìn)行管理。第二，嚴(yán)格禁止使用可燃性材料。第三，防止產(chǎn)生機(jī)電火花。第四，防止膠帶摩擦起火和防止摩擦引燃瓦斯。第五，防止高溫?zé)嵩春突鸹ㄅc可燃物作用。時(shí)刻預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。

3.2.2防止火災(zāi)蔓延

第一，在適當(dāng)?shù)奈恢媒ㄔ旆阑痖T，防止火災(zāi)事故擴(kuò)大。第二，在每礦井地面和井下都必須建造消防材料庫(kù)。第三、在每一礦井地面設(shè)置消防水池，在井下設(shè)置消防管路系統(tǒng)。第四，主要通風(fēng)機(jī)必須具有反風(fēng)系統(tǒng)或設(shè)備，反風(fēng)設(shè)施，并保持良好狀態(tài)。為了防范外因火災(zāi)的蔓延，防止火災(zāi)事態(tài)進(jìn)一步的擴(kuò)大，將已發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域盡量控制在一定范圍之內(nèi)，將火災(zāi)所造成的損失減小到最低。

3.3正確選擇開采、開拓方法

要盡量做到以下面兩個(gè)方面：第一方面，要根據(jù)礦井的實(shí)際情況采用合適的采煤方式。第二方面，不斷提高回采速度，提高回采率。

4　結(jié)語(yǔ)

礦井火災(zāi)的防治要以“預(yù)防為主、防治結(jié)合、綜合治理”為指導(dǎo)思想，來(lái)保證煤礦安全生產(chǎn)。不斷的采用先進(jìn)的防治火災(zāi)的設(shè)備和技術(shù)，從思想上和技術(shù)上有效降低礦井火災(zāi)發(fā)生的幾率。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局(煤礦安全監(jiān)察局)[J].事故快報(bào), 2012(01).

[2]羅云.安全經(jīng)濟(jì)學(xué)導(dǎo)論[M].北京:經(jīng)濟(jì)科學(xué)出版社,2013.

[3]林澤炎.人為事故預(yù)防學(xué)[M].哈爾濱:黑龍江教育出版社,2011.

作者簡(jiǎn)介：張海峰（1982-），男，陜西榆林人，碩士，工程師，研究方向：礦井通風(fēng)安全。