煤礦井下采空區(qū)防滅火方法研究

摘要：采空區(qū)火災是礦井下較為常見的災害之一，為此，針對采空區(qū)火災的實際情況認真地分析了影響自然發(fā)火的因素，詳細地闡述了開采技術、有效的通風和監(jiān)測、預防性注漿、均壓防火、阻化劑防火、凝膠防滅火、氮氣等技術用來進行綜合防滅火工作收到了良好的效果，促進了礦井的安全生產。

關鍵詞：煤礦；采空區(qū)火災；綜合防滅火；探析

1.引言：

煤礦火災事故給礦工的生命財產造成了巨大的損失，而且在礦井火災中最為嚴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)遺煤自燃是一個緩慢發(fā)展的過程，在這個過程中人們通常在早期很難發(fā)現明顯的征兆，這就會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技術難題，本論文重點對防滅火常用技術進行了詳細闡述，已達到拋磚引玉的作用。

2.采空區(qū)發(fā)火原理

煤的自燃過程一般分為3個階段：（1）準備期；（2）自熱期；（3）燃燒期。煤的自燃準備期是指空氣與有自燃傾向性的煤炭相互接觸時不穩(wěn)定的羧基（-COOH）與羥基（-OH）氧化物就會形成，在煤炭的著火點降低、煤炭重量略有提高，化學特性變得活潑的前提下煤炭經過緩慢地氧化過程。煤的自燃期是指煤炭自燃在經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）等化學物質由不穩(wěn)定的氧化物分解而成。煤的氧化進程發(fā)展到一定程度集聚的熱量不能得到及時擴散，導致溫度上升到煤的著火點而使煤層自燃。然而在實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，因為除了煤炭本身的自燃傾向性以外，煤層的開采條件、煤層地質構造、通風方式、開拓方式都對煤層的自然發(fā)火危險程度具有重要的影響。

3.對煤層自然發(fā)火產生影響的因素分析

3.1煤的自燃傾向性

作為煤炭產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。并且它的強弱程度直接影響著煤層自然發(fā)火的危險程度。

3.2 煤層地質賦存條件

厚煤層、急傾斜煤層、地質構造破壞帶自然發(fā)火危險度高，主要因為厚煤層很難全部回采、余留大量浮煤和煤柱、回采時間長遠遠超過煤層的自然發(fā)火期（暴露的煤炭從接觸空氣到發(fā)生自燃的時間段）；急傾斜煤層、地質構造破壞帶容易煤炭自燃，煤層在擠壓、張拉的條件下產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)火危險性較小的情況多發(fā)生在煤柱留設少、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)生在巖巷進入采區(qū)的厚煤層開采時?；夭蓵r間的長短、煤炭回收率高低是采煤方法對煤炭自燃影響的外在表現。遺留煤炭越多的采煤方法越容易引起自然發(fā)火，在長壁式采煤方法中的留刀柱支撐頂板，留煤皮假頂，以及利用水力進行采煤的時候，均不利于防止自燃火災的發(fā)生。一個回采工作面回采速度慢，拖延的時間越長，煤層自燃的危險性就越大，控制災情的難度就越大。

3.4 通風方式

煤壁和煤柱裂隙以及采空區(qū)漏風是礦井通風影響煤炭自燃的外在表現，即使在漏風量非常小的情況下，長期的漏風將導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

4.1 提高開采技術

在長期的煤礦開采實踐中人們得出了一個重要結論，即在對于如何預防煤炭自燃火災發(fā)生中起決定作用的是科學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重的礦井預防煤炭自燃發(fā)火的基本要求。預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行回采，同時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在開拓機電硐室時首先應該選用現澆混凝土、錨網噴支護，普通巖石巷道開拓時首先選用錨索、錨網噴聯(lián)合支護的方式，同時盡量在煤層中布置軌道下山、運輸下山、回風下山；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械化裝備，同時為了簡單地布置巷道、提高回采率可以使用壁式采煤法。

4.2 有效的通風和監(jiān)測

一定要保證工作面的合理配風，同時要減少向采空區(qū)漏風，保證工作面運順采空區(qū)的頂板垮落，不能形成空頂。易發(fā)火地點安設一氧化碳監(jiān)測報警儀，礦井要建立火災束管監(jiān)測系統(tǒng)，作為早期預測礦井發(fā)火的主要手段。

①班長、瓦斯檢查員必須配備便攜式CO檢測報警儀，掘進工作面、回采工作面上隅角等地點必須吊掛CO傳感器；②定期用火災束管監(jiān)測系統(tǒng)結合人工取樣對井下易發(fā)火地點進行監(jiān)測化驗，分析可能出現的早期火情；③為了預防煤炭自燃我們在工作面回采時優(yōu)先選用“U”型通風方式，采用后退式開采方式；④預防煤炭自燃我們要將已經回采完畢的工作面及時構筑密閉墻，并加強密閉管理。

4.3 預防性注漿

預防煤炭自燃適用效果最好的一種手段就是預防性灌漿。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行攪拌混合在一起形成漿液，同時依靠井上下敷設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)，用來預防采空區(qū)煤炭自然發(fā)火的方法稱為預防性灌漿。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)流動填實采空區(qū)的裂隙，同時遺留在采空區(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，細小顆粒（粒徑小于1mm）占75%；9～14的塑性指數，2.4～2.8的相對密度，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)均壓防滅火技術通常用于指導滅火、調風、正確地選擇通風構筑物的位置和通風系統(tǒng)等通風防火工作，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)均壓措施主要有調節(jié)風門均壓、改變工作面通風系統(tǒng)均壓、風門與通風機聯(lián)合均壓、角聯(lián)支路風向隨相鄰支路風阻比而改變的原理均壓；閉區(qū)均壓防滅火技術的具體方法有：調節(jié)風門與主要通風機聯(lián)合均壓、并聯(lián)風門與調節(jié)風門聯(lián)合均壓、改造通風系統(tǒng)均壓和聯(lián)通管均壓、調壓通風機與調節(jié)風門聯(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的阻化劑時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，同時水在蒸發(fā)時吸收熱量，使煤體降溫，從而抑制煤的自熱和自燃，延長自然發(fā)火期的作用。

4.6 氮氣防滅火技術

氮氣的化學性質穩(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氣不容易與其它物質發(fā)生化學反應，正是利用它的這種特性來進行礦井的防滅火工作，其效果非常顯著。

結語

隨著采空區(qū)防火技術不斷進步和科學技術的發(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的本質所在。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，對采空區(qū)防火工作有極大的幫助，積極主動的采取防火措施、充分發(fā)揮人的主觀能動性是成功防止采空區(qū)遺煤自燃的關鍵。

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