煤礦綜采工作面防滅火技術探討

摘要：由于煤礦綜合開采面環境較為復雜，易在多種因素綜合影響下出現火災甚至爆炸等安全事故。為改善這一情況，提升綜合開采工作面工作的安全性，特結合相關工作經驗，以文獻分析法和經濟分析法為基礎，以煤礦綜采工作面防火要素為著力點，從四個方面分析煤礦綜采工作面防滅火技術，以期能為相關人員提供一定參考，提升煤礦綜采工作面工作的安全性。

關鍵詞：煤礦；綜采面；防火技術

引言

煤礦不僅是我國能源體系的重要構成部分，也是我國經濟發展的核心要素之一[1]。隨著我國經濟的快速發展，社會對煤礦的需求量正在日益增長。在這一大環境下，各個企業開始不斷探索新技術、新設備，有效提升了綜采工作效益。由于煤礦開采強度增加，導致綜采工作面的瓦斯、粉塵濃度增大，為煤的自燃埋下隱患。因此，有必要探討煤礦綜采工作面防滅火技術。

一、煤礦綜采工作面防火概述

（一）煤礦綜采工作面煤自燃原因

煤礦綜采工作面煤自燃是一個復雜的化學與物理過程，其發生火災的各種誘因綜合起來有以下幾點。

1.煤自身的氧化

煤是一種富含有機物的可燃礦物，在常溫下煤與空氣中的氧氣接觸，會逐漸發生低溫氧化反應，釋放出熱量。若不能及時處理這些熱量，煤體表面溫度會逐漸升高，從而進一步加速其氧化過程，形成惡性循環，最終達到燃點，引發自燃。

2.采煤作業后遺煤影響

由于部分綜采設備切割效率和工作面推進速度具有一定差異，易在采空區留下浮煤、碎煤和未完全清除的煤柱。這些煤易于形成松散堆積，增大了煤與空氣的接觸面積，促進了氧化反應的進行[2]。同時，采空區的高應力狀態可能會在一定程度上增加煤體裂縫，為煤的氧化反應自燃提供支持。

3.遺煤的蓄熱環境

采空區遺煤形成堆積體，若此時通風不良，其內部熱量難以有效散發，如此便會形成一個封閉的蓄熱環境[3]。在這個環境中，煤氧化產生的熱量會不斷累積，若無法通過自然對流或強制通風將其有效排出，便會導致局部溫度持續上升。隨著溫度升高，煤的氧化速度會進一步加快，熱量積聚形成“熱點”，這些熱點可能成為煤自燃的起始點。

4.地質構造與開采影響

復雜的地質構造，如斷層、褶皺等地質異常，會改變礦井的通風路徑，形成通風死角。這些區域難以有效監控和管理，便會形成自燃的“溫床”。同時，開采活動可能破壞原有的地下水系，改變地下水流態，某些情況下水的缺失會加劇煤層干燥，提高自燃傾向。

（二）煤礦綜采工作面防火思路

為適應煤礦綜采工作面防火需求，保障最終防火效果，建議相關施工單位應堅持以下防火思路。

1.強化預防措施

相關施工單位應從源頭上降低煤自燃風險，即要在條件允許基礎上采用先進的采煤技術或設備，提高采煤作業精確度和效率，以有效減少采空區內浮煤和碎煤堆積[4]。在此基礎上，以“避免在地質構造復雜區域進行高強度開采，減少煤層開裂和應力集中現象”為前提，對采煤工作面進行科學規劃，同時加強煤質檢測，并基于檢查結果對自燃傾向性強的煤層采取預先注水或噴灑阻化劑等措施，以降低煤氧化活性。

2.綜合治理

綜合治理是基于煤自燃全過程管理的理念，結合物理、化學和工程措施，形成一套綜合解決方案。在物理措施上，建議施工單位利用通風網絡模擬軟件預測通風死角，并優化通風系統設計，以確保采空區通風暢通無阻，避免漏風現象。在化學措施方面，建議相關施工單位要根據煤層特性和工作面具體情況，選擇合適的阻化劑進行定期噴涂，形成保護層，抑制煤氧化。在工程措施上，建議在必要時密閉、注漿或充填采空區，以隔絕氧氣來源，控制環境溫度，消除自燃隱患[5]。

3.針對性策略

鑒于不同煤礦綜采工作面條件差異，施工單位的防火策略要有針對性。例如，對于高應力區域，可采用特殊支護技術，減少煤體裂縫的形成；對于易積水區域，要采取有效排水措施，避免厭氧環境轉變為富氧環境，減少自燃風險；對于關鍵設備，要加強維護與管理，減少因機械故障產生的火花或高溫點，從操作層面降低火源風險。

4.定期維護檢查與應急響應

相關施工單位應建立健全日常維護檢查制度，以確保所有防滅火設施處于良好工作狀態，所有防火措施能有效執行，如對通風設備、防火墻、阻化劑噴灑系統等進行定期檢查與維護[6]。同時，利用先進的傳感器和監控技術建立火災預警系統，實時監測采空區及工作面的溫度、氣體濃度等指標，一旦發現系統異常立即啟動應急響應機制。此外，要定期組織火災應急演練，提高礦工自救互救能力和火災初期處置能力，以確保在火災發生時能迅速、有效進行疏散和撲救。

二、煤礦綜采工作面防滅火技術

（一）均壓通風防滅火技術

在正常通風條件下，采空區由于內部空間大，空氣流動阻力小，容易形成負壓區，吸引新鮮空氣通過裂縫、斷層等通道進入，為煤的氧化提供了充足的氧氣，加速了煤的自燃過程。采用均壓技術，可人為在采空區周圍創建一個相對穩定的氣壓環境，阻止或減少新鮮空氣向采空區流動，降低煤自燃的可能性。

1.回風巷設置調節風門均壓法

本技術主要是指當工作面回采作業停止后，基于工作面實況將調節風門安裝在回風巷，以靈活調節和優化通風大小，為工作面供應其所需求的風量，能有效控制工作面作業，防止采空區出現明顯的漏風情況，從而實現滅火目標[7]。需注意的是，在使用過程中若無法有效控制瓦斯濃度，必然會影響回風巷風門效能輸出。

2.預埋管路導風均壓防火法

主要是指以運料巷——停采線——運輸巷為線路，預埋一條（甚至多條）消防管路，有效排出煤層縫隙漏風，繼而改善風壓分布情況，達到控制采空區兩邊壓力的目的。

3.邊眼通暢均壓法

本技術主要是指施工隊在進行煤礦挖掘作業過程中，為提升煤炭產出效益，以工作面為基礎，設計邊眼，一旦工作面回采任務完成后，需在封閉的同時拆除安裝的邊眼，有效降低運輸巷與運輸口前的氣壓差。

在實施均壓通風防滅火技術時要注意前期調研與評估、均壓設計與規劃、設施安裝與調試、動態監測與調整、維護與管理等工作，如前期調研與評估工作中要對礦井通風系統進行全面的風量測定和壓力分布分析，識別采空區位置、漏風通道及潛在的風險區域。

（二）注液氮防滅火技術

由于液氮在常溫下呈氣態，注入采空區后會迅速吸熱汽化，從而大幅度降低采空區的溫度，有效抑制煤自燃[8]。同時，液氮的注入還能占據采空區的空間，降低氧氣濃度，進一步阻止煤的氧化過程。因此，注液氮防滅火技術是一種煤礦綜采工作面防滅火技術。目前，注液氮防滅火技術的具體實施方法主要為直接注入法、封閉空間注入法、鉆孔注入法。

1.直接注入法

將液氮通過專用管路直接注入采空區或火區，而液氮在注入過程中會迅速汽化，吸收煤體熱量，降低溫度，同時氮氣填充采空區，從而降低該區域的氧氣濃度，有效滅火。

2.封閉空間注入法

在火區周圍設置密閉墻，形成封閉空間，然后通過管路將液氮注入封閉空間內，使封閉空間內氧氣濃度迅速降低，達到窒息滅火的效果。

3.鉆孔注入法

在火區上方或周圍鉆孔，然后通過這些鉆孔將液氮注入火區，液氮便會在鉆孔內汽化，吸收熱量，降低煤體溫度，同時氮氣擴散到火區，降低氧氣濃度。

運用注液氮防滅火技術，需要注意以下幾個方面。第一，要基于現場實際情況，如在現場情況較好（溫度低、不易發生火災時），可進行預防性、開放式的注氮；若CO濃度逐漸上升且有明顯的自燃征兆，此時要選擇封閉式注氮[9]。第二，在注氮過程中，要實時監測火區溫度、氧氣濃度等參數，根據實際情況調整注氮量和注氮速度。第三，要充分利用監控系統充分掌握區域內的氣體濃度情況，一旦CO、N2等超出警戒線，應加大輸入量。第四，注入過程中要采取適當的安全防護措施，避免工作人員受到凍傷。

（三）井下回風側采空區灌漿防滅火技術

由于實際煤礦綜采工作面有較大的采高，通常情況下氧氣密度高于氮氣密度，因此部分情況下注液氮防滅火效果不佳，尤其是出現較為緊急的火災情況后，注氮防火技術難以及時處理火情[10]。井下回風側采空區灌漿防滅火技術能在采空區注入適量漿液，形成一道隔離層，阻止氧氣進入采空區，防止煤炭自燃。同時，漿液中的水分能夠吸收煤體熱量，降低溫度，進一步抑制自燃過程，能彌補注氮防火技術的不足。因此，在煤礦綜采工作面還應以補充注氮防火技術的方式，增設井下回風側采空區灌漿防滅火技術體系，以應對緊急滅火需求。首先，要準確評估采空區的幾何形態、圍巖性質、漏風通道分布等，以確定最合適的灌漿材料和方案。其次，以科學布置鉆孔，確保漿液能有效覆蓋整個采空區，特別是關鍵的漏風通道。第一，要選用環保型灌漿材料，以降低灌漿對地下水造成的污染；第二，灌漿過程中應持續監測漿液注入量、壓力變化及采空區內外的氣體濃度，并基于監測結果及時調整灌漿參數；第三，根據礦井的具體條件和煤的自燃特性，選擇合適的灌漿材料，以確保灌漿效果，如泡沫灌漿、膨脹性灌漿材料等。

（四）液態CO防滅火技術

目前，液態CO防滅火技術以其高效、環保、安全等特點在煤礦防滅火領域得到了廣泛應用。其工作原理主要為液態CO注入采空區后，能迅速汽化并吸收大量熱量，顯著降低采空區的溫度，有效抑制煤的自燃過程。同時，液態CO汽化后形成的CO氣體，能夠占據采空區的空間，降低氧氣濃度，進一步防止煤氧化。首先，確定合適的液態CO注入點，通常選擇在采空區的適當位置，以便液態CO能夠均勻擴散至整個采空區。其次，通過專用的液態CO輸送設備將液態CO輸送至注入點，以確保液態CO的供應充足、穩定。再次，在控制注入量和注入速度基礎上，將液態CO注入采空區，使液態CO能充分發揮作用。最后，對注入后的采空區進行監測，觀察溫度變化、氧氣濃度變化等指標，以評估液態CO防滅火技術的效果。在運用液態CO防滅火技術時，要把控好以下要素：一是要確保液態CO的儲存和運輸安全，防止泄漏和爆炸等事故的發生；二是要根據采空區的實際情況和滅火需求，制定合理的液態CO注入方案，以保障最終的滅火效果；三是要加強采空區的通風管理，避免由于液態CO注入導致的通風不暢或瓦斯積聚等問題；四是要定期進行采空區的巡查和監測，及時發現和處理潛在的火災隱患；五是應充分考量本技術與其他技術的結合，打造綜合防滅火體系。

結語

綜上所述，相關施工企業應在重視煤礦綜采工作面防滅火技術的同時，基于項目實際情況，梳理其可能存在的火災隱患，整合資源打造能應對各種火災情況的技術體系，嘗試創新各項技術的應用，以進一步保障綜采面的工作安全。參考文獻

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