均壓防滅火技術在煤礦的實踐與應用探討

（山西潞安化工集團左權佳瑞煤業(yè)有限公司 山西 032600）

礦井火災是煤礦井下的重大自然災害之一，要采用均壓防滅火技術和方法，利用平衡漏風壓差技術實現(xiàn)防滅火目的，較好地防治煤炭自然發(fā)火的現(xiàn)象，通過均衡通風進出口兩端的風壓，減少漏風量，避免煤炭自然發(fā)火的現(xiàn)象。

1.礦井主要防滅火技術概述

(1)注漿防滅火技術

將黏土、粉煤灰、矸石和砂等固體材料進行細化，使之成為不燃性注漿原料，與水進行適當比例的配制，使其成為懸浮液，通過靜壓或動壓的作用，將其通過管路或孔道進行水力輸送，遏制煤炭氧化的現(xiàn)象，對已經(jīng)自燃的煤體進行撲滅搶救。從該技術的應用原理來看，主要是通過漿體材料包裹煤體，通過隔氧和降溫等措施防止煤的氧化，并對已經(jīng)自燃的煤炭進行降溫和滅火。

(2)采空區(qū)灑水防火技術

可以在回采工作面放頂前用水遍灑放頂步距條帶，也可以在放頂后向采空區(qū)注水，適用于分層開采厚或特厚易燃煤層的防火，使坍落的矸石潤濕膨脹之后形成再生頂板，有效覆蓋浮煤，減少漏風和氧化的現(xiàn)象。

(3)充填堵漏防滅火技術

將不燃性材料的水溶液注入破碎煤體，在靜壓或充填泵提供的動壓條件下，使之產(chǎn)生化學物理變化，形成黏稠的漿液或膠體，對煤體縫隙進行密實充填，避免煤層漏風氧化。同時，在該技術的應用下，還可以利用化學物質(zhì)的滲透作用，采用高強度復合硅酸鹽發(fā)泡材料進行快速堵漏，使之與破碎煤體進行黏附，形成阻氧膜，惰化煤炭的氧化性能，達到防滅火的效果。

(4)惰氣防滅火技術

主要是在現(xiàn)場采用純度高、安全性好的氮氣，利用不能助燃的氣體進行礦機防滅火，有效防止煤炭自然發(fā)火的現(xiàn)象。

(5)阻化劑防滅火技術

阻化劑也即阻氧劑，通常采用氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂、水玻璃等無機鹽類化合物，將其噴灑于采空區(qū)的浮煤上，吸附空氣中的水分，阻塞煤體表面的孔隙，阻止煤炭氧化和自燃的現(xiàn)象。

(6)凝膠防滅火技術

可以利用凝膠混合液體進行煤礦采空區(qū)的防滅火，利用其降溫吸熱、堵漏風、阻化作用和良好的滲透性，傾注于有自燃傾向的煤層之中，實現(xiàn)對采空區(qū)高、中、低位火源或浮煤的大范圍、全方位覆蓋，形成固結的凝膠層，有效隔絕氧氣，防止煤體出現(xiàn)氧化。

(7)三相泡沫防滅火技術

三相泡沫主要包括有固態(tài)不燃物、惰性氣體和水這三相防滅火介質(zhì)，可以根據(jù)鉆孔內(nèi)一氧化碳濃度的最大位置，判定火點范圍和具體位置，采用注水降溫和向發(fā)火點注三相泡沫的方式，降低煤體的溫度，提高煤體的濕度。

(8)均壓防滅火技術

在不影響工作面作業(yè)的前提下，通過降低采空區(qū)漏風區(qū)域兩端風壓差的方式，減少向采空區(qū)漏風供氧，有效增強密封區(qū)域的氣密性，加速密閉區(qū)域的大氣惰化，有效抑制和窒息煤炭的自燃。

2.均壓防滅火技術的應用分析

要充分考慮火區(qū)或采空區(qū)特點，合理選擇均壓防滅火措施和策略，改變通風系統(tǒng)內(nèi)的壓力分布，降低漏風通道兩端的壓差，將漏風時間控制在煤層自然發(fā)火期以內(nèi)。

(1)采空區(qū)漏風影響因素

①地面大氣壓力的變化。采空區(qū)內(nèi)氣壓與外界大氣壓力有密切的聯(lián)系，當外界大氣壓力升高時，采空區(qū)內(nèi)的新鮮空氣和污濁空氣呈互換關系，表現(xiàn)為新鮮空氣多而污濁空氣少的狀態(tài)；當外界大氣壓力下降時，采空區(qū)內(nèi)的新鮮空氣滲入量減少，污濁空氣漏出采空區(qū)的速率上升。由此可見，外界大氣壓的變化會使采空區(qū)漏風出現(xiàn)類似“呼吸”的供氧現(xiàn)象，不利于采空區(qū)的防滅火。

②通風壓力的變化?；饏^(qū)進、回風側密閉墻兩端的風壓差與火區(qū)并聯(lián)分支的通風阻力一致，當并聯(lián)分支的風阻或風量發(fā)生變化時，會導致火區(qū)兩側的壓差發(fā)生改變。

③火區(qū)火勢的發(fā)展情況。采空區(qū)火勢發(fā)展持續(xù)蔓延時，則區(qū)內(nèi)的氣體溫度和壓力相應上升；當采空區(qū)火勢得到控制時，氣體溫度和壓力也相應下降?？梢?，采空區(qū)內(nèi)的氣體壓力和漏風風量與火勢發(fā)展情況有密切關系。

④火風壓。當?shù)V井發(fā)生火災時，空氣溫度增高而產(chǎn)生浮升力，由此形成的火風壓會增大自然風壓。

(2)均壓防滅火的具體措施

①開區(qū)均壓防滅火措施的應用

當煤礦井下實施均壓技術的區(qū)域處于未封閉狀態(tài)時，即可以實施如下開區(qū)均壓防滅火措施：A.調(diào)節(jié)風窗。可以在工作面的回風巷內(nèi)安裝調(diào)節(jié)風窗，使之在工作面采空區(qū)內(nèi)形成并聯(lián)漏風方式，降低工作面與采空區(qū)之間的壓差。B.風機調(diào)壓。在風路上安裝帶風門的風機，通過風機產(chǎn)生的增風作用，改變風路的壓力分布狀態(tài)，有效提高風路的壓力。通常來說，將調(diào)壓風機安裝于進風巷以內(nèi)，使調(diào)壓前后的壓力坡度線產(chǎn)生改變。C.風機與調(diào)節(jié)聯(lián)合風窗?？紤]到工作面采空區(qū)內(nèi)部漏風通道的復雜性，可以將輔助通風機和調(diào)節(jié)風窗分設于工作面進風巷和回風巷，通過聯(lián)合調(diào)壓的方式降低兩點之間的壓差，避免漏風進入工作面。并使風窗增加的風阻與風機壓力保持相等，較好地維持調(diào)壓風路中的風量。

對于單一工作面來說，其漏風及均壓措施主要通過采取減小距離的方式，使漏風風流盡可能少地流經(jīng)后部采空區(qū)，可以在回風巷安裝調(diào)節(jié)門的方式，減少風量，提高其風壓。并適當縮短工作面的長度，或?qū)⑤^長的工作面通風方式加以改變，使之成為一種“E”型的通風形態(tài)，采用上下兩巷進風、中間巷回風或中間巷進風、上下兩巷回風的方式，調(diào)節(jié)工作面進回風端點的壓差，減少漏風采空區(qū)的風量，進行合理的調(diào)壓。

②閉區(qū)均壓防滅火措施的應用

當煤礦井下實施均壓技術的區(qū)域處于封閉狀態(tài)時，可以采用閉區(qū)均壓防滅火措施，根據(jù)均壓裝置的不同可以分為以下防滅火措施：連通管-氣室均壓技術；風機-氣室均壓技術，結合單側氣室和雙側氣室實施防滅火措施，具體來說，單雙側氣室連通均壓技術是由連通管實現(xiàn)短路分流，能夠保持火區(qū)漏風方向的恒定，然而無法使火區(qū)兩側漏風壓差為零，體現(xiàn)出安全可靠、便捷化的管理優(yōu)點，其缺陷在于均壓范圍小、受大氣影響較大、連通管成本較高。風機-氣室均壓技術則是將均壓風機直接安裝于氣室墻上，調(diào)節(jié)火區(qū)壓力并使之均衡，體現(xiàn)出均壓范圍大、密閉墻構筑質(zhì)量要求不高、可能使火區(qū)漏風壓差為零的優(yōu)點，然而其不足之處在于要求風機有較高的防爆性能，管理難度較大。

3.工作面漏風檢測

(1)SF6漏風檢測技術

在需要檢測的井巷風流中的漏風源處連續(xù)穩(wěn)定地釋放固定量的SF6示蹤氣體，進行氣體采樣和定量判斷，獲悉漏風方向、漏風量的變化情況，較好地把握漏風的規(guī)律特點。

具體的漏風檢測方法為：在局部正壓漏風的巷道中，將釋放裝置放于漏風點的進風側，連續(xù)定量釋放出SF6示蹤氣體，測定其濃度，分別計算不同點的漏風量和漏風率。

(2)工作面漏風量的測定

工作面采用均壓通風系統(tǒng)，安裝兩臺風機，分別為主運行風機和備用風機，實現(xiàn)雙風機、雙電源條件下的自動切換，為了保證工作面漏風量測定的準確性，取SF6示蹤氣體釋放速度為12.6L/min，選擇兩處釋放點，即：進風巷均壓風機連接風筒的末端位置、回風巷距離工作面的20m處；接收點則選擇在回風側風窗前部10m處。測定SF6示蹤氣體的濃度，力求測定的精準度，并準確記錄SF6示蹤氣體的釋放地點和釋放量。

(3)漏風量的測定

在一定通風條件下進行漏風測定，在調(diào)整回風側風窗面積的條件下，測定工作面的漏風量，并在不同風窗面積下測定工作面進回風風量，主要是由于工作面存在漏風通道，且兩側存在風壓差；并采用調(diào)大風窗的方式進行采空區(qū)的降壓，減少向采空區(qū)的漏風，降低自然發(fā)火的概率。

(4)采空區(qū)自燃“三帶”的分布特征

在工作面回風順槽和輔運順槽內(nèi)側布設兩個測點，獲悉采空區(qū)自燃“三帶”的分布特征：①進風側采空區(qū)自燃“三帶”的分布。由進入采空區(qū)的測點開始，至測點埋入采空區(qū)后氧氣濃度降至10%以下為止，可知不易自燃帶、氧化帶、窒息帶的范圍分別為0m-26m、26m-71m、采空區(qū)71m以內(nèi)。②回風側采空區(qū)自燃“三帶”分布。在工作面不斷推進的過程中，回風側兩測點氧氣濃度體積分數(shù)下降，當進入工作面28m時的氧氣濃度體積分數(shù)降至18%以下；進入工作面測點84m處時的氧氣濃度體積分數(shù)降至7.8768%。由此判斷采空區(qū)回風側自燃“三帶”范圍為：不易自燃帶、氧化帶、窒息帶的范圍分別為0m-28m、28m-74m、74m以內(nèi)。

4.結語

綜上所述，要分析和把握影響均壓防滅火技術在煤礦的影響因素，合理選用均壓防滅火措施和方法，分析工作面漏風情況、風流穩(wěn)定性、安全推進速度和采空區(qū)氣體，有效保證覆火區(qū)工作面的安全回采。