探究煤炭礦井火災及防治策略

李振東

摘要：火災是礦井主要危害之一。本文結合徐礦集團實際，簡析了我國煤炭礦井火災的事故特點及危害特征，探討了防火災技術的發展現狀，分析了現階段現行防滅火技術的應用現狀及適用性，并嘗試提出有針對性的防治策略。

關鍵詞：徐礦;火災;起因;防治

徐礦集團位于江蘇省徐州市，煤炭開采歷史已逾百年。所屬煤礦受地質條件影響，存在水、火、瓦斯等災害，其中火災防治任務艱巨。徐礦集團積極推進智能礦山建設，將"無人則安、少人則安"的理念逐步變為現實，基于物聯網技術，建立了智能火災監控系統，通過高清攝像頭+智能識別，實現了火災監控與智能識別隱患，取得了一定的效果，但依然存在諸多防治問題，成為企業保障煤礦安全生產的重大挑戰。

1礦井火災的基本情況

1.1礦井火災簡述

礦井火災又叫礦內火災或井下火災，通常是指發生在煤礦井下巷道、工作面、硐室、采空區等地點的火災。按照起火源的不同，我們一般將礦井火災分為內因火災和外因火災兩種類型[1]。

1.2礦井火災防治的嚴峻性

礦井一旦發生火災，不僅會燒毀大量的設備器材和煤炭資源，給生產帶來損失，而且會產生大量有毒氣體，彌漫井下，使大批礦工中毒死亡，在有瓦斯、煤塵爆炸危險的礦井中，還可能引起瓦斯、煤塵爆炸事故，其危害更加嚴重[1]。

2礦井火災的問題和挑戰

2.1礦井火災防治的現狀

我國近六成的煤礦存在自然發火災害，其中采空區自然發火占比例最高。傳統意義上，監測采空區諸如瓦斯、CO（一氧化碳）等發火標志性氣體采用束管檢測系統，不僅技術復雜，而且系統不能實時監測，也不準確;而電子檢測技術難以適應井下惡劣環境，且通電使用難以保證漏電而產生不安全。

近年來，隨著5G、物聯網、大數據等信息技術的發展，以及對礦井火災機制研究的不斷深入如實時安全監測系統、地理信息“一張圖”等，能夠及時監測煤礦關鍵區域的消防隱患，一旦發生異常情況，可以快速定位、及時報警，并將火災信息反饋給后臺，輔助啟動應急處理預案，減少突發狀況損失。

一批新型防滅火技術和火災預防設備逐步開發出來并得以應用，不過，由于我國對煤礦消防的理論研究和技術探索起步較晚，新型的火災自動報警系統、滅火設備和井下逃身設備等關鍵裝備和技術應用大多還處于試點應用階段，并未構建起全時空、全覆蓋、動態化的立體監測體系，防控效能潛力未完全釋放，做好礦井防滅火工作，確保礦井的安全生依然是煤礦從業人員的嚴峻任務，幾乎每年都有因火災引發的煤礦災難發生，給社會造成重大人員和財產[2]。

2.2礦井火災的起因

2.2.1礦井火災的主要要素

為了防治礦井火災，保證煤礦安全生產，對礦井火災進行必要的分析和了解十分重要。一般來講，礦井火災發生通常需要具備三個要素，即足夠濃度的供氧源、足夠熱能的熱源以及可燃物質的存在[2]。

2.2.2礦井火災發生的原因

礦井火災與地面火災不同，具有特殊性，通常火災發生場所環境復雜，井下工作場地較為狹小，各類電氣設備、坑木等陳列其中，埋下了火災隱患。加之，井下作業勞動強度大，工作人員稍有疏忽，很容易引發火災。更為棘手的是，由于井下條件復雜，進出口有限，一旦發生事故，外部救援人員難以進入，礦井里面人員、通風、設施損毀等情況都不清楚，救援難度很大。同時，井下工作人員疏散和躲避也是極容易忙中出錯，造成人員傷亡，加重火災造成的損失。

煤礦發生火災事故與許多因素有關，但總的來說，構成火災的基本要素歸納起來有熱源、可燃物、空氣三個方面，另外與煤礦的安全技術投入、救援裝備水平、安全意識和管理水平等相關[2]。

2.3礦井火災防治中存在的問題

煤炭的價格相對便宜，對我國改革開放以來取得的巨大經濟成就功不可沒，近幾年來，隨著各個行業的迅猛發展，對于煤炭的需求量也越來越大，煤礦開采量也水漲船高，導致火災等礦難頻繁發生，不斷考驗著安全生產的紅線。

相應的，我國加大了防治礦井火災關鍵技術的研究力度，積極推廣研究成果，其中包括引進了國外煤炭工業的一些技術方法，選用了具有針對性的防治措施，持續開展實時在線監測預警等新興信息技術研究，逐步提升礦井生產的高產高效，取得顯著成效。不過，就筆者了解，礦井防滅火形勢的嚴峻形勢并未改變。以徐礦集團為例，礦井火災防治水平在大幅提升的同時，依然留有諸多難題尚未攻克：

新型防災裝備及技術應用支撐能力較弱。如火災一體化預警系統尚處于試用階段，并未形成體系化、系統化的工作場景，防滅火的數據采集、智能分析支撐能力還比較弱，亟需盡快建立集煤礦火災早期監測、火災預警與專家決策分析系統為一體的煤礦火災一體化預警與高效預防技術體系。

部分煤田火區及小窯火區對工作面的安全生產依然存在威脅。根據評估，目前仍有5座煤礦受煤田火區威脅，受影響的工作面達10余個、露天開采區域40余萬㎡;6座煤礦受小窯火區威脅，受影響的工作面達20余個。

部分煤礦采空區自然發火危險性增高。一是部分停采、限產礦井工作面目前進行保安性開采、沒有封閉，采空區自然發火危險性高;二是部分礦井工作面過地質構造帶時，由于采煤工藝、地質條件發生變化，導致采空區遺煤較多，推進速度遠小于最小安全推進速度，采空區自然發火危險性增高;三是受回撤工藝、地質條件限制，部分礦井工作面回撤時間超過最短自然發火期，增大了采空區自然發火危險程度。

工作面回風隅角及附近區域存在低氧現象。部分礦井開采侏羅紀易自燃煤層，大多處于N2- CO2帶，在采煤過程中，煤體破碎，大量N2和CO2氣體析出，加之采空區遺煤低溫氧化消耗氧氣，造成工作面回風隅角及附近區域出現低氧難題。

3礦井火災的防治

對現有威脅礦井安全生產的火區，要貫徹"超前治理，防治結合，先治后采"的的基本原則。在消除火區威脅后方可回采作業;對已經熄滅的火區加強監測，防止火區復燃;對井田范圍內小煤窯自然發火危險因素等進行排查，防止出現隱蔽火災給礦井安全生產帶來新的影響。

3.1外因火災的預防措施

1）一防明火。嚴控重點區域，如井口房和通風機房附近嚴禁煙火;嚴控引火源，下井工作人員不得攜帶煙草、引火物;嚴控易燃物，井下硐室內不準存放汽油、煤油或變壓器油，井下使用的潤滑油、棉紗和布頭等必須集中存放，定期送到地面處理。[3]

2）二防放炮引火。黑火藥容易造成連續事故，是井下的極端危險物，必須嚴加杜絕。需要火藥的場合必須以安全火藥代替，并且需要嚴格執行放炮規定，如"一炮三檢查"和"三人連鎖放炮"制度等。

3）三防電氣引火。電氣設備運行時可能產生電火花、電弧、電熱輻射，是井下火災的重要誘因。礦井電氣設備應具備過流、漏電、接地等保護措施，并且嚴禁過載運行，確保正常使用，同時，也要做好日常檢查和保養，防止設備內部故障導致起火，做好維修記錄。定期進行電氣專項檢查和整治，消除隱患。

4）四防摩擦生火。應做好井下機械運轉部分的保養維護工作，及時加注潤滑油，保持其良好的工作狀態，防止因摩擦生熱而引起火災。[3]

5）五防帶式輸送機。國內外多次發生過帶式輸送機火災事故，造成眾多人員傷亡和財產損失。為避免帶式輸送機火災，必須使用阻燃輸送帶，裝設驅動輪防滑保護、煙霧保護、過載保護和輸送帶脫槽保護等裝置;保證安裝質量，加強維護、改善裝載條件等[3]。

6）六防反應滯后。為提高火災響應速度，降低人為損失，對井下關鍵設備與區域，必須安裝自動監測與報警裝置，如防漏電報警系統、防過載報警系統、電纜溫度報警系統等。這些系統可與礦井安全監測系統聯機，形成具有預警、報警、斷電和噴水冷卻滅陰火和噴泡沫滅火等功能。

3.2內因火災的預防措施

最大程度減少和限制煤炭與空氣的接觸，阻斷或延緩煤炭氧化過程中熱量的聚積是防止內因火災的關鍵，有效的預防措施如下：

1）一要科學采礦。如采準巷道，少留一些礦柱，減少對礦體的切割;遵循自上而下、自遠而近的開采工藝順序，減少對礦體的破壞;選擇合理的采礦工藝，降低開采成本和損失，減少采空區中遺棄的礦石和原木材料數量;正常、均衡、有效地進行返回采礦，提高采礦的強度，及時進行污水處理并嚴密地封閉采空區[3]。

2）二要合理通風。設置適當的通風系統，有效地減少向采空區域的漏風。必須采用機械性的通風，保證礦井的風流平衡，不受天氣和自然風壓的影響;加強對通風的構筑物及其他通風情況的監督檢查與管理，提高密閉式通風門的使用質量，防止向采空區泄露滲漏風;盡量把通風的構筑物布設在巖石巷道內或者地壓力較小的位置，防止當出現孔洞時造成朝向采空區域的漏風。

3）三要密閉采空區。對室內局部油煙起火大的區域還應進行防火充填并分層防火隔離。使用空氣封閉式或充填式起火保護措施，把那些有可能起火引起氣體自燃的起火區域與外部干燥空氣環境進行完全隔離。使用泥漿材料來防止堵塞巖石礦柱的表層裂隙，可以有效率地防止煤炭的硫化和氧化。另外，還要在一個專門通往采空區的小巷口上方設置一道采空防火墻，隔絕進入采空區。

4）四要預防性灌漿。即把泥漿用的管道經鉆孔、特殊灌漿工藝通過地下土壤鉆孔、專門灌漿工藝，將礦石在地表土壤陷落區的裂隙灌槳向火場或采空區進行灌漿，使得礦石和土壤之間能夠完全隔離，阻止水分的氧化，防止自燃。

5）五要調整通風。盡量減少向著火區或者具有著火自燃危險區域之間的進、回風兩側的壓力相差，從而可以減少或完全消除對著火區的泄露和漏風，防止著火區內采出的硫化礦物造成著火。

6）六要巧用阻化劑。采用阻化劑進行防火工作是對于防治內因發生火災十分有效的方法和措施，比如使用一定量的鈣、鎂鹽或其他化合物通過水溶液加工制成的阻化劑噴灑或將其注入礦石或采空區內，可以有效地達到抑制、延緩煤炭氧化的目標，達到預防自燃的作用。

3.3加大關鍵技術研究和應用，積極推廣新科技、新設備、新材料，科技防火

1）大力推行以人工檢測、色譜分析、束管監測和安全監控相結合的"四位一體"的火災預測預報監測系統，實現礦井防滅火監測和綜合分析，升級現有煤礦安全監控系統，使其能夠更好地實現災害預警功能。

2）建立礦區三維地質地理信息系統。將分散、零碎的地質地理信息整合在一個平臺上，實現了地下、地面信息"一張圖"，并通過無人機測量、三維激光掃描技術定期更新，使礦井的防治火、采空區探測、邊坡監測等技術更加精準，提升防災救援能力。

3）建立設備實時診斷系統，實時檢測主要采礦設備運行情況，并將出現的故障實時上傳，確保設備時刻處于穩定運行狀態。

4結語

消除事故隱患，筑牢安全防線。面對礦井火災這一猛虎，我們必須依靠科技攻關、科學管理補短板，逐步摸清礦井火災的脾氣、掌握伏虎的好方法。各煤礦應基于礦區煤層的差異化特點，堅持"一礦一策、一面一策"的策略，圍繞防突出與防滅火兩項工作重點，進一步強化通風、抽采、監測三大系統并重運行，推動先進防治火災設備和技術的應用，實現礦井火源的智能監控和快速定位，促進煤礦火災防治能力的提高。

參考文獻：

[1]史月英.煤礦企業存在的消防安全問題及對策.消防技術與產品信息 2016

[2]梁運濤;侯賢軍;羅海珠;田富超;于貴生.我國煤礦火災防治現狀及發展對策.煤炭科學技術2016

[3]楊波;王偉.神華集團公司礦井火災防治實踐.煤礦安全 2015