礦井自燃火災超前協(xié)同防控技術分析

劉世承，李仲勛

（畢節(jié)職業(yè)技術學院，貴州畢節(jié)551700）

煤炭是我國的主要能源類型，但在開采的過程中很容易產生自燃的情況。行業(yè)內工作人員需要盡可能地針對現(xiàn)狀尋找相應的超前協(xié)同防控措施，并在落實過程中更注意相關要點。主要原因在于，煤礦自燃必然產生能源損耗，此種損失完全可以避免，而且我國的防滅火技術還需要進一步完善，當前難以在礦井自燃的情況下精準確認火源。未來的礦井自燃火災需要顛覆傳統(tǒng)的被動防治措施，而是要以超前協(xié)同防治為主，才能有效降低資源損耗。

1 礦井自燃火災概述

礦井火災的產生過程十分復雜，在發(fā)生的過程中不僅有物理變化的特點，還有化學變化。我國是煤礦火災現(xiàn)象較為嚴重，且事故發(fā)生率最高的國家，必然要在后續(xù)的工作中提高重視度，為礦井工作人員的生命安全負起責任。

2 礦井火災類型

礦井火災可以劃分為兩種，即內因火災和外因火災，主要劃分依據(jù)是起火原因[1]。內因火災一般是由于礦井內的空氣稀薄且不流通，即便空氣流通性強，也有可能由于其中的氧氣成分不高產生自燃的現(xiàn)象。內因火災的產生則主要是由于礦井所在的地質結構不穩(wěn)定，且掘進工作區(qū)域封閉性不好。若礦井下產生自燃火災，地面的監(jiān)測人員很難在第一時間發(fā)現(xiàn)地下情況的變化，在發(fā)生的初期只能依靠礦井內空氣溫度的上升情況判定，一旦內部的火災發(fā)展到明火燃燒的階段，由于燃燒的加劇，礦井內會產生大量的煙氣，此時地上人員才能明顯感知到井內情況不對。由此可見，井內火災雖然發(fā)展較慢，但實際上一旦起火撲滅難度很高，且在礦井內部燃燒過程中帶來的高溫、有毒氣體等對井下工作人員的生命安全會造成嚴重威脅，一旦礦井自燃基本上必然會造成人員傷亡，這也說明了礦井自燃火災超前協(xié)同防控工作的展開迫在眉睫。

外因火災通常情況下指的是外來熱源引發(fā)的火災，如瓦斯爆炸、設備老化以及機械摩擦產生火花等，礦井的外因火災常由于處理不當二次起火[2]。與內因火災不同，外因火災的起火速度極快，且事發(fā)突然，因此造成的損失與內因火災相比更加嚴重。經(jīng)統(tǒng)計世界范圍內的煤礦火災事件中，傷亡人數(shù)過百計的大多是外因火災。

3 礦井自燃火災的特點及危害

根據(jù)上文內容可以基本分析出，礦井自燃火災具有較強破壞性，不僅如此，還有繼發(fā)性和災難性。其中破壞性主要體現(xiàn)在礦井火災發(fā)生時，火焰和高溫硫煙在礦井巷道中流動破壞設備和支護結構，會隨著火災發(fā)展造成嚴重的資源浪費。繼發(fā)性則是指在礦井自燃火災產生時，不但會在火源地燃燒，而且會蔓延到所有高溫硫煙經(jīng)過的區(qū)域，一旦在這個過程中，火焰接觸到流動空氣，很有可能產生二次起火。礦井自燃火災的災難性是顯而易見的，燃燒產生的有毒煙氣和粉塵都對人體有較大程度威脅，一旦開始燃燒，有毒氣體就會逐漸蔓延到礦井下的每個巷道當中，若不及時救援，井下工作人員的生命安全根本得不到保障。

4 礦井自燃火災基本要素

眾所周知，熱源、可燃物和氧氣被稱為“礦井火災三要素”[3]。簡單講就是礦井自燃火災的產生，三者需要同時滿足，且會在發(fā)展過程中相互配合，一旦達到符合自燃條件的程度，就會產生火災。反之，一旦三者中的一點得到控制，礦井自燃火災就不可能發(fā)生，因此未來的超前協(xié)同防控工作必然要從上述三點入手。

（1）熱源。礦井自燃火災的熱源來源十分廣泛，常見的有瓦斯爆炸、設備運轉故障、井下工人操作不當、爆破和焊接等，簡單講就是井下產生明火是導致自燃火災的主要原因。

（2）可燃物。礦井內的煤礦資源本身就是可燃物[4]。煤礦燃燒過程中產生的煙塵、礦井中無處不在的瓦斯氣體，都是能夠引發(fā)礦井自燃火災的可燃物。

（3）氧氣。氧氣是燃燒的必須要素，可燃物只有在持續(xù)的氧氣供給環(huán)境中才能維持燃燒。

5 礦井自燃火災超前協(xié)同防控措施

（1）自身防控。針對該特點，礦井在設計和建設的過程中，可以有意識地采取合理手段控制自燃條件的形成，賦予礦井本身一定程度的防滅火能力。采取無煤柱開采、設計易于隔絕的采礦區(qū)都能使煤礦減少與氧氣的接觸，降低礦井自燃火災發(fā)生的可能性。

（2）灌漿防控。此種防控技術指的是將粘土、頁巖碎屑等材料按照一定比例與水混合攪拌成漿液，在礦井開采過程中噴灑在采空區(qū)當中，就能夠起到良好的防火效果。或者用此種漿液填充井下的煤巖縫隙和表面孔洞，也能達到阻隔氧氣的效果，同時漿液中的水分能夠增加煤礦表面濕度，降低其自燃的可能性。

（3）阻化劑。阻化劑防滅火也是當下礦井工作常見的技術，指的是在煤的表面形成阻隔，延緩煤礦的氧化過程，也就能達到防護目的。

（4）惰性氣體。惰性氣體防滅火本質上是降低礦井內空氣中氧氣的濃度，將氧含量降低到能夠抑制瓦斯爆炸的濃度，即可達到防火的目的。且惰性氣體能夠快速充滿采空區(qū)，若礦井已經(jīng)產生自燃火災，在內部輸入惰性氣體能夠有效控制火情，最終達到熄滅的效果。

（5）一般措施。礦井自燃火災除了超前預防外，也要配合使用一般的防護措施，能夠得到的防護效果也是十分理想的。如：在礦井中使用不可燃的支護材料、每隔一段距離設置一扇防火門，以及完善消防給水設施等。

6 礦井自燃火災超前協(xié)同防控要點

6.1 超前采礦工程控氧化

礦井自燃火災的超前采礦工程控氧化工作可以從三個方面入手分析。首先是礦區(qū)尺度，根據(jù)礦區(qū)煤層的自燃傾向性、發(fā)火期和間距層等細節(jié)，可以將礦井劃分為3個危險等級，具體的礦井自燃火災等級的劃分標準如圖1所示。

圖1 礦井自燃火災等級劃分標準

其次是礦井尺度。如：某礦井工作人員根據(jù)礦井尺度得出，該煤礦區(qū)在采掘后期應采取對角式的分區(qū)和通風方式展開工作，且同盤區(qū)的工作面也要注意按照煤層實際走向布置。在設置推進長度時，該工作人員要求盡可能將長度保持一致，且回采工作也要求工人按順序開采，避免間隔開采提升后續(xù)工作難度。

最后是工作面尺度。在工作面尺度下，工作人員可以分析工作面的采高、長度和影響因素等細節(jié)。具體的工作面長度計算模型如下：

以某礦井的自燃火災預防工作為例，該礦井工作人員從預防自燃的角度分析，得出了頂煤留設厚度應在30cm 以下的結論，首層煤開采過程中，按照設計方案，煤柱應預留16m左右的距離，而下層煤柱的距離應預留18～21m左右。

6.2 超前綜合預防自燃

礦井自燃火災超前綜合預防控制技術的具體應用以某礦井為例，該礦井屬于典型的礦井煤層煤樣，開采之前工作人員進行了實驗，發(fā)現(xiàn)該礦區(qū)的自燃火災風險類型為Ⅱ類。根據(jù)該實驗結果工作人員選擇使用自燃火災超前預防技術展開后續(xù)的控制工作，為保障工作效果，工作人員提前設計了下工作面受到自燃火災威脅程度的評估方式，系統(tǒng)地分析了上覆巖層破壞程度和采動裂隙分布規(guī)律，最終推導出了下工作面不受自燃火災影響的最小相對靜壓計算方式：

在該公式的幫助下，工作人員能準確計算出超前協(xié)同防控工作落實需要的具體數(shù)據(jù)。

7 結束語

綜上所述，雖然以往在礦井自燃的處理方式是快速滅火，但隨著煤礦采挖的深入，火災也越來越難以控制。針對此種現(xiàn)象，工作人員應變被動為主動，即利用超前采礦工程空氧化和綜合防治的方式控制自燃，盡可能減少礦井自燃火災的產生次數(shù)。