礦井下火災(zāi)防滅火新技術(shù)體系的實(shí)踐價(jià)值

＊許國(guó)平

（山西省中陽(yáng)縣應(yīng)急管理局 山西 033400）

礦井防滅火工作，在突發(fā)火災(zāi)時(shí)，必須借助完善的控火工作機(jī)制，方可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的控制。就實(shí)際而言，防滅火工作機(jī)制通常覆蓋煤礦各個(gè)工作單元，同時(shí)各個(gè)工作單元均需為防滅火體系預(yù)留一定的工作空間，確保其滅火工作順利實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)化的防滅火體系可在確定火災(zāi)點(diǎn)位后，迅速反應(yīng)并自動(dòng)報(bào)警，為工作人員提供應(yīng)對(duì)時(shí)間，減少煤礦企業(yè)的損失，在礦井防滅火技術(shù)的研究和實(shí)踐中，煤礦企業(yè)的防滅火技術(shù)水平將持續(xù)的提高，改進(jìn)目前在技術(shù)應(yīng)用中存在的不足問(wèn)題，補(bǔ)充漏洞，降低火災(zāi)事故所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。由此可見積極探究煤礦井下防滅火工作技術(shù)研究對(duì)于提高煤礦生產(chǎn)安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.煤礦井下巷道防滅火技術(shù)現(xiàn)狀

根據(jù)相關(guān)資料顯示，國(guó)內(nèi)煤礦中存在自燃問(wèn)題的煤礦數(shù)量約占總數(shù)的五成左右，受此問(wèn)題影響，多數(shù)煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失巨大，對(duì)于煤礦生產(chǎn)開采造成嚴(yán)重負(fù)面影響。煤礦火災(zāi)的發(fā)生不僅影響了正常礦井開采作業(yè)進(jìn)度，同時(shí)對(duì)礦井設(shè)備、技術(shù)人員等造成嚴(yán)重威脅[1]，因而針對(duì)煤礦防滅火建立完善的應(yīng)急防火工作體系意義重大。目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)煤礦在吸收了多次防滅火經(jīng)驗(yàn)后，逐步引入了混合式防滅火技術(shù)，在滅火過(guò)程中同時(shí)采用均壓滅火、噴灑阻化劑、注漿、注氮等技術(shù)；借助巷道風(fēng)門合理調(diào)整控制采空區(qū)和巷道中的壓力數(shù)值，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐應(yīng)用后，均壓通風(fēng)以及噴灑阻化劑等技術(shù)獲得較為廣泛的應(yīng)用。此外，部分研究單位結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)，綜合中國(guó)煤種，研制了本地化煤礦防火專用藥劑，發(fā)現(xiàn)了硅酸鈉、氫氧化鈣等煤礦新型阻燃材料。在研究過(guò)程中，阻化壽命、阻化率是決定防火實(shí)際作用的關(guān)鍵因素之一，這兩項(xiàng)指標(biāo)越高，其在防火阻火方面的整體效用越大。此外，氮?dú)馓畛浼夹g(shù)也是常見的防火技術(shù)之一，通過(guò)惰性氣體阻燃作用，可有效降低煤體中的O2濃度，從而進(jìn)一步降低煤炭自然的概率。該種防滅火技術(shù)現(xiàn)階段已經(jīng)在國(guó)內(nèi)北部多數(shù)煤礦獲得大規(guī)模應(yīng)用，整體評(píng)價(jià)較高，實(shí)際阻燃效果較好。此外，凝膠防滅火技術(shù)通過(guò)多種惰性材料與水混合而成，其整體技術(shù)優(yōu)勢(shì)較為明顯，在礦井防火作業(yè)中，可直接向火源點(diǎn)進(jìn)行噴射作業(yè)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，其整體阻化、降溫效果較為明顯，可在短時(shí)間內(nèi)迅速抑制火災(zāi)，并阻止煤炭自燃，實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值較高[2]。

2.現(xiàn)階段我國(guó)煤礦井下巷道防滅火工作存在的問(wèn)題

研究數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)超過(guò)五成的煤礦出現(xiàn)自燃問(wèn)題，由于自燃所造成的經(jīng)濟(jì)損失較為嚴(yán)重，同時(shí)少數(shù)煤礦的年均自燃發(fā)火量達(dá)到數(shù)百次。就實(shí)際而言，煤礦火災(zāi)以及礦井巷道火災(zāi)危害極大，若缺少對(duì)應(yīng)的防范措施則可能威脅工作人員的生命安全，造成資源以及設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p失。煤炭自燃問(wèn)題是導(dǎo)致煤礦火災(zāi)的重要誘因之一，其基本形成原因多由于煤礦開采作業(yè)過(guò)程中對(duì)于周邊巖層產(chǎn)生較強(qiáng)應(yīng)力，在出現(xiàn)采空區(qū)巖層坍塌、松動(dòng)而導(dǎo)致煤層外露，進(jìn)而增加了煤礦井下火災(zāi)自燃的概率在實(shí)際工作中，若缺少完善的監(jiān)督管理機(jī)制，則可能導(dǎo)致礦井出現(xiàn)頻繁自燃問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)可能造成大面積火災(zāi)，對(duì)煤礦生產(chǎn)和安全造成嚴(yán)重不良影響[3]。

3.煤礦火災(zāi)防治技術(shù)發(fā)展的基本思路

現(xiàn)階段的防滅火工作理論研究中，主要是以防止明火點(diǎn)燃以及失控的高溫?zé)嵩磫?wèn)題為主，對(duì)爆破引火問(wèn)題進(jìn)行防范和治理，使用不燃性材料進(jìn)行支護(hù)，所有的井下巷道支護(hù)都需要使用安全水平較高的不燃性材料。

（1）逐步完善防滅火理論，引入技術(shù)創(chuàng)新理念。由于煤炭自燃問(wèn)題的形成原因多與外界環(huán)境因素以及開采作業(yè)相關(guān)，因此，在煤礦巷道作業(yè)方案優(yōu)化以及采掘技術(shù)方面進(jìn)行升級(jí)迭代對(duì)于防滅火工作意義重大。從理論層面積極落實(shí)礦井防滅火研究工作，可逐步推動(dòng)防火和滅火技術(shù)的研究與發(fā)展。目前，多數(shù)礦井防滅火技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展均依靠其它學(xué)科的基礎(chǔ)理論，且整體作用相當(dāng)明顯，因此積極落實(shí)理論基礎(chǔ)研究工作，科研單位應(yīng)加大力度，在理論層面實(shí)現(xiàn)突破。

（2）核心技術(shù)的研究與拓展。針對(duì)巷道自燃火災(zāi)問(wèn)題，首先應(yīng)明確火災(zāi)誘發(fā)因素，結(jié)合具體因素挑選合適的火災(zāi)防控手段以及技術(shù)。在火災(zāi)防滅設(shè)備研究中，各類設(shè)備的核心技術(shù)方向不盡相同，因此對(duì)于火災(zāi)防控的效果也存在一定差異，因此為進(jìn)一步提高礦井火災(zāi)防控效果，在防滅火設(shè)備的核心技術(shù)方面也盡可能實(shí)現(xiàn)技術(shù)全覆蓋，綜合多種火災(zāi)誘發(fā)原因，提高防滅火設(shè)備的應(yīng)用范圍，以此提高滅火的效果。

（3）強(qiáng)化火災(zāi)應(yīng)急技術(shù)研究，降低危害范圍。在煤礦防滅火工作過(guò)程中，如何消除伴隨自燃而形成的各類毒害氣體，是防滅火工作的重點(diǎn)內(nèi)容之一。由于井下空間基本處于全封閉狀態(tài)，空氣流通完全依靠通風(fēng)系統(tǒng)，因此出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，若通風(fēng)系統(tǒng)工作出現(xiàn)問(wèn)題，則將導(dǎo)致井下通風(fēng)不暢，進(jìn)而出現(xiàn)毒害氣體的聚集問(wèn)題。因此，在防滅火工作研究過(guò)程中，相關(guān)單位應(yīng)結(jié)合火災(zāi)應(yīng)急工作機(jī)制，深入研發(fā)通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)急技術(shù)，確保其在突發(fā)火災(zāi)中具備長(zhǎng)期連續(xù)排除毒害氣體的基本功能，以此控制火災(zāi)危害范圍。

（4）應(yīng)用技術(shù)。煤礦作業(yè)過(guò)程中，防滅火是維持生產(chǎn)的必備技術(shù)之一，體系化的防滅火工作機(jī)制是保障突發(fā)情況下人員設(shè)備安全的主要手段之一。在防滅火技術(shù)引入時(shí)需結(jié)合采掘設(shè)備進(jìn)行合理篩選，其技術(shù)工作特點(diǎn)應(yīng)與采掘工藝相互融合，以免在工作過(guò)程中引發(fā)煤礦火災(zāi)。在采掘工作中，應(yīng)嚴(yán)密觀察開采作業(yè)中的漏風(fēng)現(xiàn)象，結(jié)合多數(shù)防滅火工作經(jīng)驗(yàn)，漏風(fēng)是導(dǎo)致火勢(shì)蔓延的重要原因。在火災(zāi)出現(xiàn)擴(kuò)散后，技術(shù)人員可采用噴射阻燃劑或凝膠等方式，進(jìn)行氧氣隔絕，阻斷煤炭的氧化反應(yīng)，減緩煤炭的升溫，以此控制自燃問(wèn)題。針對(duì)歷史煤礦滅火經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行梳理后發(fā)現(xiàn)，煤礦滅火技術(shù)類型較多，其主要作用機(jī)制以及防控方式與環(huán)境相對(duì)應(yīng)，因此在防滅火處理過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合具體環(huán)境以及火災(zāi)自燃機(jī)制進(jìn)行合理安排。經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，在不同煤礦環(huán)境下，均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)的適用范圍最廣且整體防滅火效果最為顯著。

4.煤礦井下巷道防滅火工作的技術(shù)以及材料應(yīng)用

（1）復(fù)合漿體材料。①配方及添加劑。該類型防滅火材料的主要成分為黏土、砼、輔助劑以及纖維材料等，使用時(shí)將通過(guò)特定比例進(jìn)行拌和，從而形成具有防火效果的復(fù)合漿體材料。其中，砼以及黏土等材料主要起到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定作用，可增強(qiáng)復(fù)合漿體材料的強(qiáng)度，從而提升整體防火效果。在選用砼的過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮材料多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)具體應(yīng)包括無(wú)結(jié)塊、狀態(tài)穩(wěn)定、性能穩(wěn)定的425#普通水泥。黏土材料則是影響其整體防火功效的另一關(guān)鍵因素，因而在進(jìn)行配合拌料的過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：一是確保其中有機(jī)物總量低于4%；二是粒徑直徑需低于0.005mm。此外在諸多配料中添加劑對(duì)于復(fù)合漿體材料的作用較為明顯，具體包括：一是增加漿液粘滯力；二是增加溶質(zhì)溶解度，其中的拌合料出現(xiàn)沉淀問(wèn)題；三是增加漿體材料的滲透作用，使孔道填充更加完善，提高材料的強(qiáng)度及密度；四是可在防火滅火作業(yè)中快速發(fā)揮凝固作用。其中配料中的纖維材料則可在防火層形成后增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的韌性，避免在應(yīng)力作用下出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂等問(wèn)題。根據(jù)不同需求配置的復(fù)合漿體材料性能差異較大，具體表現(xiàn)為黏度、比重等數(shù)值差異，通過(guò)實(shí)踐分析發(fā)現(xiàn)，若要切實(shí)提高塑性強(qiáng)度及漿液粘滯力則應(yīng)在材料配比過(guò)程中盡可能增加砼、黏土及添加劑的用量，在這三種材料中作用效果最為明顯的材料為添加劑。在記性復(fù)合漿體材料制備過(guò)程中，要切實(shí)提高整體材料強(qiáng)度，則應(yīng)以1m3復(fù)合漿體添加8～10L添加劑為標(biāo)準(zhǔn)，砼則為0.4～0.5t，黏土漿比率則為1.15～1.20之間。

②復(fù)合漿體材料的實(shí)際應(yīng)用。例如，某煤礦的煤層平均厚度為8m，在進(jìn)行采煤作業(yè)后煤柱寬度為3.5m，且在作業(yè)周邊的采空區(qū)域存在漏風(fēng)問(wèn)題，針對(duì)此類問(wèn)題則可采用復(fù)合漿體材料對(duì)漏風(fēng)位置進(jìn)行填充，同時(shí)結(jié)合其他防滅火材料進(jìn)行整體控制。

（2）防滅火技術(shù)應(yīng)用。就實(shí)際而言，為確保防滅火工作的實(shí)際效果，首先應(yīng)確保采掘工藝科學(xué)合理，避免因采掘作業(yè)誤操作導(dǎo)致火災(zāi)問(wèn)題。其次，在采掘作業(yè)中，應(yīng)詳細(xì)檢查工作面中的漏風(fēng)現(xiàn)象利用紅外熱成像等新技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤體發(fā)熱的地點(diǎn)和范圍并進(jìn)行及時(shí)處理，避免出現(xiàn)空氣流動(dòng)而加劇礦井火災(zāi)。針對(duì)突發(fā)類型的火災(zāi)，技術(shù)人員應(yīng)通過(guò)注漿或注水等方式，阻止煤炭與氧化物質(zhì)接觸，降低煤炭表面溫度，從而阻止燃燒。最后，在技術(shù)應(yīng)用方面，煤炭企業(yè)也可結(jié)合實(shí)際需求引入注氮技術(shù)，通過(guò)惰性氣體的阻滯作用實(shí)現(xiàn)火勢(shì)控制，借助氮?dú)獾母艚^作用可有效降低氧氣濃度，從消除氧化反應(yīng)的必要條件，從而阻止氧化反應(yīng)繼續(xù)，進(jìn)一步降低火災(zāi)的發(fā)生概率（如圖1）。

圖1 某型煤礦氮?dú)夥罍缁鹪O(shè)備

（3）預(yù)防措施。在進(jìn)行防滅火作業(yè)過(guò)程中，相關(guān)單位應(yīng)積極開展地質(zhì)勘查作業(yè)工作，針對(duì)防控區(qū)域內(nèi)的井下巷道分布情況進(jìn)行記錄與分析，確保防控工作安全高效。為實(shí)現(xiàn)上述目的，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)在煤礦作業(yè)準(zhǔn)備階段針對(duì)礦井防滅火技術(shù)設(shè)備的架設(shè)安裝做好工作規(guī)劃，同時(shí)，調(diào)取目標(biāo)區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)歷史數(shù)據(jù)，對(duì)容易導(dǎo)致火災(zāi)出現(xiàn)的主要影響因素開展調(diào)查以及評(píng)估，同時(shí)結(jié)合數(shù)據(jù)報(bào)告結(jié)果，及時(shí)調(diào)整對(duì)應(yīng)的火災(zāi)應(yīng)急防控方案，結(jié)合勘探工作中的相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)，可確保火災(zāi)防控工作機(jī)制發(fā)揮應(yīng)有效果，從而在面臨突發(fā)性火災(zāi)問(wèn)題時(shí)可在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的全面控制。在時(shí)間應(yīng)用過(guò)程中，煤礦預(yù)防工作內(nèi)容如下。首先，由于煤礦自燃問(wèn)題與周邊環(huán)境密切相關(guān)，因此技術(shù)人員在設(shè)備調(diào)試以及技術(shù)選用方面需將技術(shù)指標(biāo)與周邊環(huán)境的地質(zhì)信息進(jìn)行詳細(xì)比對(duì)，同時(shí)結(jié)合地質(zhì)活動(dòng)的歷史記錄數(shù)據(jù)極值同步調(diào)整對(duì)應(yīng)的防控火技術(shù)設(shè)備。同時(shí)應(yīng)人工進(jìn)行勘察并詳細(xì)標(biāo)記周邊區(qū)域煤層所處位置、周邊中空區(qū)域位置、地下水系分布等詳細(xì)數(shù)據(jù)，同時(shí)將上述信息進(jìn)行整合并制圖，如此一來(lái)，則可確保在實(shí)際防控火工作中最大限度地發(fā)揮相關(guān)設(shè)備以及人員的作用。在初期防控火準(zhǔn)備工作結(jié)束后，管理人員仍需對(duì)煤礦采掘作業(yè)設(shè)備進(jìn)行對(duì)應(yīng)調(diào)整，根據(jù)礦山環(huán)境圖，規(guī)劃合理的采掘作業(yè)路線，此外應(yīng)確保作業(yè)路線周邊避免出現(xiàn)高應(yīng)力巖層區(qū)域、松動(dòng)區(qū)域、以及水系豐沛通區(qū)域。在規(guī)劃路線后，作業(yè)人員需根據(jù)采掘作業(yè)路線，進(jìn)一步布置防火控火設(shè)備安裝路線，作業(yè)過(guò)程中也需結(jié)合其他勘察設(shè)備獲取周邊的環(huán)境數(shù)據(jù)，并隨時(shí)調(diào)整防火設(shè)備的安裝作業(yè)路線，確保安裝的防火作業(yè)設(shè)備符合相關(guān)防火標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)實(shí)際情況制定合理的安全防護(hù)措施，避免火災(zāi)出現(xiàn)。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，切實(shí)提高煤礦開采作業(yè)的穩(wěn)定性，降低自燃問(wèn)題的出現(xiàn)概率，需針對(duì)人員、技術(shù)、制度進(jìn)行多方面優(yōu)化，如此一來(lái)，方可確保實(shí)際工作順利落實(shí)。此外，在安全防控方面，防火以及維護(hù)開采環(huán)境穩(wěn)定是煤礦日常工作的重要內(nèi)容之一，現(xiàn)階段，多數(shù)煤礦在處理自燃問(wèn)題時(shí)多以傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，因此，在人才建設(shè)方面缺乏相關(guān)機(jī)制，對(duì)此，煤企管理單位應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化管理人才的引入機(jī)制，拓展煤炭防控火工作機(jī)制的適用范圍。此外，為進(jìn)一步鞏固防滅火體系的實(shí)際工作效果，管理部門也應(yīng)在日常生活管理過(guò)程中積極落實(shí)防火防控規(guī)范制度，避免在日常采掘作業(yè)中出現(xiàn)違規(guī)行為操作，盡可能降低火災(zāi)問(wèn)題的出現(xiàn)。