院企合作“雙重”火災防治創新管理體系

胡 雷，謝先明

（四川芙蓉集團實業有限責任公司，四川 宜賓644002）

火與瓦斯耦合災害是現階段我國礦井災害預防的重點，川煤集團芙蓉公司所在的川南礦區是國內知名的瓦斯、火災災害突出區域，所轄4 對礦井（白皎、杉木樹、珙泉、新維）均屬易自燃煤層群開采，發火期一般為3～6 個月，最短僅有15 d[1-3]。開采40 余年至今已發生煤層自然發火266 次，近10 年百萬噸發火率為1.84，在處理火區過程中發生瓦斯爆炸64次，自燃火災事故嚴重威脅礦井安全生產[4-7]。川煤集團芙蓉公司煤層自然發火災害，嚴重制約了礦井安全生產，從開采至今，因煤炭自然發火導致的直接經濟損失高達上千萬元，傷亡人數多達幾十余人，2016 年以前，年均發生火災事故2～4 次，雖在火災治理上總結出一整套技術與管理辦法，但基本停留在常規預防性手段，技術創新、管理創新仍處于停滯階段，導致無法真正掌握火災事故“可防可控”、“零火災”的技術和管理辦法，火災事故導致企業無法生存[8-10]。借鑒“校企合作”成功管理模式之上，芙蓉公司開拓創新，引進一種升級版的合作模式“院企合作雙重創新管理模式”，即充分利用川煤集團芙蓉公司與煤科集團沈陽研究院有限公司（簡稱沈陽院）各自優勢，共謀發展，共創雙贏，雙方共同組建“川南礦區防滅火技術研究院”。自2016 年1月1 日開展工作以來，雙方相繼開展了防滅火基礎實驗室建設、現場數據采樣、防滅火專家會診、防滅火日常預防性管理、自然發火監測分析、自燃隱患應急處理、開采防滅火危害程度評估、專項防滅火技術措施與方案制訂、火災治理新技術項目研究，通過“產學結合、院企合作”模式，發揮研究院和企業的各自優勢，培養出一批“理論+實踐”雙優復合型人才，總結出一套火災“雙重”預防管理辦法。

1 體系概況

1）體智資源的相互轉換與利用。院企合作“雙重”火災防治體系意在通過煤炭企業與煤炭科研院共同成立獨立的礦井火災預防管理機構，介入礦井的技術與現場管理，將研究院的“智力”資源通過合作流向企業，并與企業的實踐操作、現場管理相結合，實現技術和管理的新組合；企業的“體力”資源產生的經驗數據通過合作回流研究院，通過反復提煉、創新，實現防火技術的再升級。

2）雙重管理。現場S+研究R“雙重”管理方式，“SR”雙重管理核心主要體現在“兩位一體”的管理模式：“兩位”指企業著重負責礦井火災治理的現場管理、日常預防性措施的落實、執行，科研院所著重負責災害防治過程中一切技術研究、技術創新工作；“一體”指共同成立的獨立管理機構指派專門機構、專門人員既要承擔技術研究所需的大量數據收集、化驗、分析，火災防治措施的制定、方案優化及技術總結等；承擔監督礦井火災防治措施現場落實情況，指導礦井火災防治技術工作的開展。

3）雙重防治機制。管理M+技術T“雙重”預防機制，“MT”雙重防治的核心是通過“院企”合作，指導建立礦井發火防治的火災防治管理體系和技術體系，“MT”雙重體系框架如圖1。“管理體系”是指建立“3+3”管理體系，核心是建立以礦、部（科）、區（隊）的三級管理模式，建立以礦長為主體負責人的層級責任體系，以總工程師為主體負責人的技術管理保障體系，以安全副礦長為主體負責人的監督檢查體系的3 層管理體系；“技術體系”是指以“超前監測、合理預防、應急處理”為核心，以預防為主，突出以均壓通風防火為基礎，以色譜監測預報、注漿（膠）包裹、常規氮氣惰化采空區、液態CO2（液氮）等工藝為核心的技術體系。

2 雙重火災防治體系

“產+研”結合是技術創新重要途徑，是管理創新重要依托，是制度創新重要形式。院企合作“雙重”火災防治體系是一項系統工程，構建一套完整火災防治系統，主要借助多方合力，多措并舉。

2.1 成立機構搭建“院企”合作平臺

川煤集團與沈陽煤科院合作成立川南礦區防滅火技術研究院，機構設置成員包括川煤集團、芙蓉公司、沈陽煤科院相關人員共計12 人，以礦井自然發火防治技術服務與科研為主要工作內容，并以川煤集團芙蓉公司的白皎、珙泉、杉木樹、新維煤礦等4對礦井為重點服務礦井，針對重點服務礦井采取定人定礦現場跟蹤服務，查找分析煤礦防滅火方面存在的問題，并全程參與礦井的現場管理，隨時掌握礦井的實際情況，提出經濟合理的解決方案，并對提出的防滅火方案等技術資料負責；參與礦井防滅火專題會議，提供相應的防滅火建議，指導礦井防滅火方案的落實，確保問題及時得到有效解決。

2.2 創新形成礦井“三位一體”多維管理模式

形成了“主管業務部門+研究院+煤礦”多維監督管理模式，三者均要監督現場防滅火措施的執行情況，每月不定情開展防滅火專項督查；同時在側重點上又有一定的劃分，主管業務部門主要負責審定防滅火治理方案及措施、監督措施在日常過程中落實；研究院主要負責指導制定防滅火方案及措施、主持防滅火技術研究并形成技術成果，收集、整理、分析氣體敏感性數據及其他技術數據；煤礦負責在現場執行防滅火方案及措施、參與防滅火措施的制定、協助研究院開展井下防滅火技術研究。三者既有獨立的個體，又是合體；既有平行作業，又有交叉作業；既有相互監督制約，又有通力合作。

2.3 創新火災治理核心技術管理要領

通過收集近幾十年芙蓉礦區發火征兆、發火特征等，結合煤礦自身特點建立煤礦防滅火技術管理體系，形成了礦井火災防治指南；結合現場實際情況的防滅火指標系統，建立完善的防滅火預測預報指標體系和煤層自然發火的防治體系。制定和完善安全有效、經濟合理的各礦井及采掘工作面的防滅火技術方案，形成“一礦一策、一面一策、一層一策”的防滅火技術方案。

2.3.1 超前監測

以監控系統為平臺，采用“束管監測+人工檢測”的方式，形成監測監控網絡。監控系統平臺指在“工作面、工作面巷道、重點密閉前、采區回風流、礦井總回風流等地點設置一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、甲烷傳感器”，實時監控數據上傳至監控平臺系統，對井下發火氣體指標及溫度進行全程監控。

1）束管監測指在利用色譜束管系統，利用預埋束管，通過束管采取氣樣，送地面進行色譜化驗實時監控井下氣體情況。

2）人工檢測是指人工巡檢，每班派專人對巷頂與巷幫、工作面隅角、架間、采空區密閉內、專用探火孔或觀測孔等地點進行巡回檢查，其中：架間至少每5 架檢查1 次。檢查內容主要是氣體與溫度參數。老空區密閉正常情況下，至少每星期人工取樣化驗1 次，出現異常狀況時，取樣頻次適當加密。

2.3.2 分級管控

根據超前監控數據的情況，結合井下實際情況，建立以CO 和C2H4為主，O2為輔的發火敏感性指標，形成3 級分級管控機制。第1 級“征兆”期（處于煤自然發火氧化過程的緩慢氧化階段）指標現象：0＜CO 濃度≤17×10-6；第2 級：“發展”期（處于煤自然發火氧化過程的加速氧化階段）指標現象：17×10-6＜CO 濃度≤415 ×10-6；第3 級：“危險期”（處于煤自然發火氧化過程的激烈氧化階段）指標現象：415 ×10-6＜CO 濃度≤直至出現C2H4或發現明火。

2.3.3 合理預防

合理配風、系統均壓：在采掘工作面作業、采空區密閉設置時優先考慮系統均壓，采煤工作面主要通過合理設置設施、分配風量、進出風壓調整，采空區密閉主要通過增強設施施工質量、位置盡量在同一壓差側等措施；注氮惰化：采煤工作面回采前均必須建立注漿和注氮系統，合理選配注氮機和注氮管型。優化工藝、強推快采：選擇合理的采煤工藝，配備完備的機械配材，充足的勞動力，實現合理生產組織，保證快速推進。采取強化回采工作面防火管理措施：應用進風側開豁口、懸空密閉、擋風簾、清浮煤等成熟管理技術。

2.4 “院企”合作解決火災治理瓶頸

根據芙蓉礦區火災治理的產生因數及治理難點，劃分為5 種類型：

1）極近距離、易自燃煤層群賦存條件下開采受上覆老空區與上覆火區威脅嚴重的火災治理，如珙泉煤礦2273 采煤工作面。

2）火與瓦斯耦合災害比較嚴重，受瓦斯治理影響，工作面推進速度緩慢，煤體氧化充分，采空區浮煤自然發火威脅大的火災治理，如杉木樹煤礦S3062 工作面。

3）大范圍多層采空區漏風復雜，漏風源及漏風通道難以掌握，采區范圍內出現氧化自熱高溫點下的火災治理，如白皎煤礦2274 工作面。

4）近距離煤層群開采，高位遺煤自然發火的火災治理，如新維煤礦8102 工作面。

5）自然發火封閉工作面啟封后復燃，高瓦斯賦存條件下極易引起瓦斯爆炸等次生災害火災治理，如杉木樹煤礦N3022 工作面及采空區。

6）沿空切巷采煤工藝形成大范圍采空區，回采期間極易受臨近采空區自然發火影響下的火災治理，如白皎煤礦2444 工作面。

針對以上6 種礦井火災治理難點，2016—2018年，“院企”合作共計回采的30 個具有自然發火威脅的工作面，未發生1 起因煤炭自然發火封閉工作事故，2009—2018 年芙蓉集團礦井發火及百萬噸發火率指標分析情況如圖2。

圖2 2009—2018 年芙蓉集團礦井發火及百萬噸發火率指標分析圖Fig.2 Analysis chart of mine fire and million ton fire rate index of Furong Group from 2009 to 2018

3 防治體系效果分析

3.1 取得的社會效益

1）2016—2018 年，杜絕了因自然發火而封閉采煤工作面事故，礦井連續3 年百萬噸發火率為0 次，同比每年減少2～4 次。確保礦井正常安全生產，工作面回采過程中有了安全保障，大大降低了采煤工作面采空區發火和瓦斯爆炸安全風險；確保了礦井正常采掘接替和實現了有序生產。企業未出現安全事故，企業建立良好社會形象。

2）提煉、總結出大量科研成果，并在同類礦井中推廣應用。研究成果“川南礦區沿空切巷條件下三高極近距離煤層群自然發火防治關鍵技術與工藝研究”，評價咨詢專家組認為該成果整體達到了國際先進水平，并榮獲2017 年度四川省科技進步“二等獎”；研究成果“礦井自燃火災災變多源誘發機制與防滅火關鍵技術工藝”，榮獲2018 年度四川省科技進步“三等獎”。

3.2 取得的經濟效益

2016—2018 年，杜絕了因自然發火而封閉采煤工作面事故，企業收到了良好的經濟效益。2013年—2015 年3 年期間，因火災治理不到位導致封閉工作面8 個，平均每年發火封閉工作面2.7 次，每次因治理造成的材料費、人工費、電費、水費等直接經濟損失約為550 萬元/面。2016—2018 年3 年期間，環比節約損耗4 400 萬元，3 年院企合作經費支出450 萬元，取得直接經濟效益3 950 萬元。

2016—2018 年間，共計安全回采自然發火威脅工作面30 個，均實現了高效、快速推進；未因煤層自然發火導致煤炭資源損失，累計安全回采煤炭資源450 萬t，按300 元/t 原煤均價，累計產生間接經濟效益135 000 萬元。

4 結 語

研究院所與煤炭企業發揮各自優勢，火災防治技術體系涵蓋預測預防、預防治理到應急處理等礦井火災防治全過程，夯實礦井技術基礎。火災防治管理體系覆蓋礦井采前管理、回采跟蹤管理與采后封閉管理全流程，以技術體系相聯動，以現場S+研究R“雙重”管理方式為核心，運用管理M+技術T“雙重”預防機制，保障了礦井安全生產。