撫順東露天礦采場火災辨識分析及防治方案

王 洋，劉廣新，李煥忠

（撫順礦業(yè)集團有限責任公司 東露天礦，遼寧 撫順 113003）

露天煤礦在生產(chǎn)作業(yè)中由于其自身工作環(huán)境的特殊性和開采條件的特殊性，存在許多的危險因素。其中，露天煤礦火災事故的預防和處理，是露天煤礦解決危險因素中的重要一項。煤礦火災防治應堅持以基礎理論研究為先導，以關鍵技術裝備研發(fā)為重點，以推廣應用為目的，不斷創(chuàng)新提高防火技術的有效性、適應性和經(jīng)濟性[1]。通過對撫順東露天礦采場火災因素辨識分析，結合生產(chǎn)實際采取可行有效的防治措施，可以提高采場火災事故的預防能力，實現(xiàn)撫順東露天礦采場火災事故可防可控。

1 東露天礦采場煤炭自燃情況

1）東露天礦采場煤炭自燃現(xiàn)狀調查。東露天礦自建礦以來，原煤生產(chǎn)及土方剝離工程中使用爆破工藝，對煤坑的邊墻煤幫產(chǎn)生一定的松動，進入空氣后，容易發(fā)生邊角煤層自燃現(xiàn)象。由于東露天礦在日偽時期遭受了十分嚴重地亂挖亂采現(xiàn)象，造成邊坡下面存在數(shù)量眾多的老井工采區(qū)或舊巷道，由此嚴重的威脅目前露天開采的安全[2]。隨著礦山發(fā)展規(guī)劃的實施，采掘深度的增加，揭露的井工舊巷、舊采跡越來越多，揭露的舊巷、舊采跡的煤炭與空氣中氧接觸后極易自燃。

2）東露天礦煤炭自然發(fā)火。礦井自燃火災是威脅煤礦安全生產(chǎn)、造成煤礦重特大事故的主要災害之一[3]。東露天礦煤層自燃傾向性等級為Ⅰ級，屬于容易自燃煤層，煤質發(fā)火期相對較短，約為30 d。

3）東露天礦防滅火系統(tǒng)現(xiàn)狀。東露天礦在坑下東部泵站的蓄水池內安裝1 臺潛水泵，在礦坑南幫鋪設1 排2 300 m 長，直位φ108 mm 的消火管路，消火管路上每100～150 m 安設1 個DN50 閥門，閥門上分別接上DN50 塑料管2 000 m，分別引至坑下采煤工作面火區(qū)和南幫煤壁火區(qū)的消火工作。

2 東露天礦采場火災辨識分析

從東露天礦作業(yè)環(huán)境的角度辨識分析，其采場火災危險因素分為內因火災和外因火災。辨識分析內因火災和外因火災發(fā)生的燃燒必要條件，煤炭發(fā)生自燃、著火等燃燒類型，及煤炭形成分解燃燒和陰燃的燃燒方式和特點，并采用現(xiàn)場定期巡視、火災風險管控、火災隱患排查、采場煤層揭露、案例經(jīng)驗總結等方法對采場火災進行辨識分析，確定了采場火災危險有害因素。

2.1 內因火災

2.1.1 內因火災分類

1）采場煤層自燃。可燃物在沒有外部火花、火焰等火源的作用下，由于受熱或自身發(fā)熱并蓄熱所產(chǎn)生的自然燃燒現(xiàn)象叫自燃[4]。2015 年12 月南幫E8400，+20 采場火區(qū)為煤炭松動爆破后未及時采裝，造成煤炭長時間裸露引發(fā)煤炭自燃，形成火區(qū)。

2）舊巷、舊采跡的煤炭自燃。2016 年10 月在西小坑煤炭采區(qū)+2 m 水平進行采煤作業(yè)時，揭露了大量的舊巷、老空區(qū)和舊采跡，隨著巷道的揭露以及采空區(qū)的塌陷，老空區(qū)內已氧化的煤得到充足的氧氣供應后形成了煤層自燃，且自燃向著隱蔽的縱深處擴展蔓延，逐漸發(fā)展成了大面積的高溫火區(qū)。

2.1.2 內因火災原因

煤是能自然發(fā)火的礦物，煤炭自燃形成的火災必須同時滿足3 個條件：①露天開采揭露出來的煤炭、舊巷、舊采跡的煤炭具有自燃傾向性，并呈破碎狀態(tài)堆積存在；②持續(xù)的通風供氧促使煤的氧化過程不斷發(fā)展；③煤氧化產(chǎn)生的熱量不斷積蓄，不能及時散熱，持續(xù)升高溫度。

2.2 外因火災

外因火災是由于外來熱源引起的火災，包括明火（如點火、吸煙、電焊、氣焊等）引燃的火災；油料（如柴油、維修用油等）在使用、運輸和保管時引起的火災；電氣設備（動力線、照明線、電動設備等）的絕緣損壞和性能不良、短路或過負荷引起的火災；炸藥在使用、運輸過程中引起的火災；機械作用（摩擦、震動沖擊等）引起的火災；雷擊造成的火災。在煤礦火災事故中，外因火災占重大惡性事故比例達到90%以上，且死于外因火災事故的人數(shù)占總數(shù)的65%。因此，絕不能由于外因火災的發(fā)生比率小而忽視其危險性[5]。

3 東露天礦采場火災防治方案

3.1 采場火災消火技術

堅持科技創(chuàng)新，探究防治煤礦火災危害的技術措施，是實現(xiàn)現(xiàn)代煤礦安全開發(fā)穩(wěn)定運行的技術保障[6]。采場火點消火途徑主要是熄滅采場火點燃燒中心的火源、降低溫度和隔絕氧氣，東露天礦采場采取綜合治理措施，消火方法分別采用水澆法、清除火根法、滲透法、隔絕空氣掩埋法等。

3.1.1 水澆法

水澆法是露天煤礦目前普遍使用的一種滅火方法，水進入火區(qū)起到冷卻、降溫的作用，同時阻止了礦物氧化反應的進行。利用露天煤礦采場內部防排水系統(tǒng)所匯集的水作為水源，通過泵站在采場內建立送水消火管路網(wǎng)絡，用消防水槍向火區(qū)噴灑注水，同時采用灑水車直接把水噴灑到火區(qū)。因此，其工藝可分為以下2 種：①用管路輸水：即水源（虹吸）-管路-消防水槍-火點；②灑水車運水：即水源-灑水車-水帶-火區(qū)。水澆法適用于消滅明火或火根在2 m 以內的范圍較小的火區(qū)，煤炭采場臨時出現(xiàn)的火點。水澆法的優(yōu)點是取材方便，降溫散熱效果好，成本低，見效快。水澆法工藝圖如圖1。

圖1 水澆法工藝圖

3.1.2 滲透法

滲透法是應用于采場工作面的暗火，其基本做法是根據(jù)所掌握的各火區(qū)范圍，以火區(qū)邊緣為界，挖建蓄水池。因為水有較強的滲透力，它可以穿過火物料的空隙，到達火區(qū)的燃燒中心，降溫、隔氧達到滅火的作用，同時水池沿火區(qū)的邊緣而挖建，可以阻止火區(qū)向橫向擴散。如2017 年年初東露天礦在西小坑火點上挖了1 座長20 m、寬10 m、深0.5 m 的蓄水池，將上部消火滲透水引入，通過近1 個月的時間，將該處暗火消滅。滲透法工藝為在火區(qū)周圍挖建蓄水池滲透，即火區(qū)-周圍挖建蓄水池-自流水（虹吸）-滲透。滲透法工藝如圖2。

圖2 滲透法工藝

3.1.3 清除火根法

清除火根法就是用水槍配合把已燃物料用機械設備運走，直至剝除火根進行滅火的方法。其適合于消滅火根淺、面積小、水不易到達的火區(qū)。優(yōu)點是消火徹底，不復發(fā)。如2019 年東露天礦南幫E8600、+30 m水平火點就是采用此方法進行了消火，清除火根運至排土場。東露天礦與西露天礦比鄰，且西露天礦已形成了1 個巨大的礦坑，到界的西露天礦坑為東露天礦排土提供了排土空間[7]。清除火根法工藝采用挖溝機、鏟車、大汽車，將火點的火消滅根除，即挖掘設備與水槍配合-火區(qū)-清除火根-散熱-運至排土場。消除火根法工藝如圖3。

圖3 消除火根法工藝

3.1.4 隔絕空氣掩埋法

隔絕空氣法就是在火區(qū)上部覆蓋0.5～1.0 m 的沙子阻火細碎物料，并用人工、設備進行填埋，達到隔絕氧氣滅火的目的。適合于小面積孤立的火區(qū)。缺點是消火不徹底易造成火區(qū)向四周發(fā)展。如2018 年東露天礦南幫E8400 坡面火區(qū)采用沙子進行了掩埋，掩埋量達100 m3左右。用近4 d 將此火區(qū)掩埋，消滅了該處火區(qū)。隔絕空氣掩埋法工藝如圖4。

圖4 隔絕空氣掩埋法工藝

3.2 采場火災預防措施

為了預防采場火災事故發(fā)生，并實現(xiàn)及時有效消滅坑下藍煙、明火等安全隱患，特制定如下預防措施：①從火源的來源方面考慮，必須及時處理生產(chǎn)過程中遺留的各種發(fā)火隱患[8]，加強坑下采場檢查和巡視，對坑下易發(fā)生自燃火災的物品，要立即清理干凈；②在坑下采場所有防火區(qū)設有“嚴禁煙火”等防火警示標志；③嚴格控制煤層爆破量，所爆破的煤量不得超過15 d 的生產(chǎn)量；④采場采裝工作面應將坡面松動的煤層及平盤上浮煤清理干凈；⑤運煤道路及煤場每天進行浮煤的清理及灑水降溫、除塵工作；⑥完善坑下采場消火系統(tǒng)，鋪設6 條虹吸自流水管路，并保證24 h 消火；⑦配備消火水車5 輛，以備邊遠采場無水源、火點小的火區(qū)消火使用。

3.3 采場火災消火作業(yè)安全措施

1）舊巷消火安全措施。東露天礦由于舊巷較多，坑下舊巷火區(qū)時有發(fā)生，為了確保完成消火作業(yè)和消火人員的人身安全，特制定如下安全措施：①發(fā)現(xiàn)有塌落的舊巷時，要用繩索圈定，掛上警示標志；②在處理新揭露的舊巷時，消火人員不能立即靠近洞口，防止被瓦斯熏傷。必須先用水將火的周圍冷卻后，再進行消火作業(yè)；③消火時作業(yè)人員要站在安全地點側面順風給水，防止被產(chǎn)生的煙氣和熱量所熏傷、燙傷或燒傷。

2）高段消火安全措施。在高段消火作業(yè)時，消火作業(yè)環(huán)境和周圍環(huán)境嚴重威脅消火人員的人身安全，為了確保完成消火作業(yè)和消火人員的人身安全，特制定如下安全措施：①水車必須停靠在距工作面坡底線10 m 以外的安全地帶，將水車的尾部朝向工作面，選擇好撤離火區(qū)的路線；②在高段消火作業(yè)時，一定要設置好安全監(jiān)護人員，上下各設置1 名監(jiān)護人員，確保作業(yè)人員的人身安全，瞭望工作面的變化情況，要隨時做好撤離的準備，保持不少于4 人1組作業(yè)，做好互相呼應；③高段消火時要從側面給水。將浮塊先清理干凈，然后由下至上逐漸推進；④在梯段較高、坡角較大的工作面消火時，應從其上方壓消防水槍消火，嚴禁將消防水帶或消防水槍放在浮塊上或大裂縫處，防止塌陷造成人員傷亡。

4 結語

通過對東露天礦采場煤炭自燃現(xiàn)狀和防滅火系統(tǒng)的調查，進一步辨識分析采場火災發(fā)生的原因，制定有效的采場火災防治方案和安全措施，科學采用消火技術，采取澆、滲、挖、埋等多種消火方法，有效遏制坑下采場火災的影響，保障了坑下采場的安全生產(chǎn)。