摘 要：在多年礦井防滅火的實(shí)踐基礎(chǔ)上，形成了煤炭自燃理論，發(fā)展了許多煤礦防滅火的材料及技術(shù)。根據(jù)多年的現(xiàn)場工作經(jīng)驗(yàn)，從現(xiàn)場工作人員的角度對以往較多材料進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)的分析，對今后礦井防滅火的發(fā)展方向提出了一些觀點(diǎn)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了建立完整的防治煤層自然發(fā)火保障體系及提高礦井煤層自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報能力的必要性。

關(guān)鍵詞：保障體系 預(yù)測預(yù)報 防火材料 自燃機(jī)理

中圖分類號：TD75 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-0-02

隨著礦井高產(chǎn)高效集約化的發(fā)展的需要和國家對煤礦安全生產(chǎn)的高度重視，對煤礦安全生產(chǎn)保障體系提出了更高的要求。礦井火災(zāi)是煤礦主要災(zāi)害之一，每一場火災(zāi)的發(fā)生，輕則影響生產(chǎn)，重者可以燒毀煤炭資源和礦井設(shè)備，更為嚴(yán)重者則可能引燃瓦斯煤塵爆炸或火煙毒化礦井。在煤礦里，通常根據(jù)引火的熱源不同將礦井火災(zāi)分為外因火災(zāi)和內(nèi)因火災(zāi)。

由外部熱源如明火、放炮、瓦斯煤塵爆炸、機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不靈、摩擦、電流短路等原因引燃可燃物而發(fā)生的火災(zāi)稱為外因火災(zāi)，外部火災(zāi)可以發(fā)生在礦井的任何地點(diǎn)，且屬于偶然事件。

煤礦內(nèi)因火災(zāi)主要是指煤炭在一定條件和環(huán)境下（如煤柱破裂、浮煤集中堆積又有一定風(fēng)流供給）自身發(fā)生物理化學(xué)變化，聚集熱量導(dǎo)致著火引起的火災(zāi)。

可燃物由蓄積熱量發(fā)展發(fā)展成為火災(zāi)要經(jīng)過三個階段，即潛伏期、自熱期和燃燒期。潛伏期和自熱期的時間較長，如果在潛伏期和自熱期，破壞了外部的供氧條件或熱量蓄積條件，自燃過程終止，便不能發(fā)展成為火災(zāi)。所以，內(nèi)因火災(zāi)往往是由于發(fā)現(xiàn)不及時或處理不當(dāng)造成的。

就內(nèi)因火災(zāi)的特點(diǎn)而言，它的發(fā)生是一個或長或短的過程，而且有預(yù)兆，易于早期發(fā)現(xiàn)。但火源隱蔽，往往發(fā)生在人們難以或不能進(jìn)入的采空區(qū)或煤柱內(nèi)，要想找到真正的火源卻非易事，因此不能及時撲滅，以致有的內(nèi)因火災(zāi)可以持續(xù)數(shù)月、數(shù)年、數(shù)十年而不滅，燒毀大量煤炭資源，凍結(jié)大量開拓煤量。分析當(dāng)前眾多防滅火技術(shù)，發(fā)現(xiàn)每一項(xiàng)技術(shù)都有其特殊性和適用條件，利用每一項(xiàng)技術(shù)還不能完全預(yù)防和杜絕自然發(fā)火事故的發(fā)生。

因此，在“預(yù)防為主”的宗旨指導(dǎo)下，加強(qiáng)綜合防滅火技術(shù)研究，發(fā)展防滅火技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性，成為每一個防滅火科技人員的責(zé)任和重?fù)?dān)。

1 建立一整套完整的防治煤層自然發(fā)火保障體系

對于開采具有煤層自然發(fā)火的礦井，必須建立一套完整的防治煤層自然發(fā)火技術(shù)保障體系，完善防滅火技術(shù)體系庫，服務(wù)于礦井安全生產(chǎn)。礦井防滅火技術(shù)體系庫應(yīng)從以下幾個方面考慮：

（1）礦井、采區(qū)、工作面巷道設(shè)計布置必須有利于防止煤層自然發(fā)火；礦井、采區(qū)巷道盡可能布置在巖巷中，工作面巷道應(yīng)避開應(yīng)力集中區(qū)、老巷等位置，當(dāng)無法避免時就必須在設(shè)計時就采區(qū)防滅火技術(shù)措施。

（2）通風(fēng)系統(tǒng)務(wù)求簡單、穩(wěn)定、可靠。礦井通風(fēng)系統(tǒng)對煤層自然發(fā)火影響最大，要求通風(fēng)系統(tǒng)合理，風(fēng)流穩(wěn)定、可靠、通風(fēng)負(fù)壓??；利用礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化軟件，定期對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)不合理時，必須及時進(jìn)行改造；建立礦井火災(zāi)救災(zāi)專家系統(tǒng)。目前許多科研院所研究了許多這方面的軟件，但缺乏現(xiàn)場的廣泛應(yīng)用。因此，每一個礦井應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)際情況建立通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，使通風(fēng)系統(tǒng)趨向自動化，實(shí)施通風(fēng)系統(tǒng)在線分析優(yōu)化、自動調(diào)整，提高礦井抗災(zāi)、救災(zāi)能力。

（3）巷道斷面盡可能大，支護(hù)能力盡量強(qiáng)。巷道支護(hù)應(yīng)推廣應(yīng)用以錨網(wǎng)、錨噴為主的巷道支護(hù)技術(shù)，減少巷道變形、煤體破碎。隨著礦井開采深度的增加，礦山壓力越來越大，巷道支護(hù)難度也越來越大，有必要研究巷道支護(hù)新技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計情況，只要保持煤體完整，一般不易出現(xiàn)自然發(fā)火現(xiàn)象，所以提高巷道支護(hù)能力，減少煤體破碎程度，延緩巷道變形，成為研究巷道支護(hù)的首要任務(wù)。

（4）建立礦井防滅火技術(shù)數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用到礦井各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)；完善礦井防滅火設(shè)備；使礦井防滅火技術(shù)人員及作業(yè)人員熟練掌握每一項(xiàng)技術(shù)，提高防滅火作業(yè)人員素質(zhì)；防滅火技術(shù)和設(shè)備必須系統(tǒng)化；根據(jù)礦井實(shí)際情況及不同隱患點(diǎn)，創(chuàng)建礦井防滅火技術(shù)和設(shè)備優(yōu)化分析系統(tǒng)，提高防滅火可靠性及有效性，減少無效防滅火工程。

（5）建立礦井防災(zāi)、抗災(zāi)指揮系統(tǒng)，提高礦井防災(zāi)、救災(zāi)快速應(yīng)變能力，推行礦井防災(zāi)、救災(zāi)指揮軍事化管理，在礦井上下建立礦井防災(zāi)、救災(zāi)指揮基地。

2 提高礦井煤層自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報能力

煤層自然發(fā)火都有早期預(yù)兆，能夠及時發(fā)現(xiàn)自燃發(fā)火早期現(xiàn)象，對避免自然發(fā)火事故的發(fā)生非常重要。因此，礦井必須建立的煤層自然發(fā)話哦早期預(yù)測預(yù)報網(wǎng)絡(luò)和防控體系，且應(yīng)從以下幾個方面考慮。

（1）完善礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)

目前礦井的安全監(jiān)控系統(tǒng)僅布置了一氧化碳傳感器、溫度傳感器，對這些傳感器布置的數(shù)量、位置不夠完善、合理，不具有自然發(fā)火分析判斷能力，為更好的服務(wù)與自然發(fā)火的早期預(yù)測功能，應(yīng)從以下幾點(diǎn)繼續(xù)改進(jìn)、完善。

研制乙烯、乙炔等煤層自然發(fā)火標(biāo)志性氣體傳感器；布置完善的各類 煤層自然發(fā)火標(biāo)志性氣體傳感器；根據(jù)每一個礦井的具體情況，建立煤層自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報分析系統(tǒng)和識別系統(tǒng)，及時判斷自然發(fā)火隱患的

位置。

（2）改進(jìn)隱蔽著火源的探測手段

煤層自然發(fā)火一般出現(xiàn)在破碎的深部，若不能及時判斷著火源的準(zhǔn)確具體位置，很難做到防滅火的及時性，因此許多礦區(qū)出現(xiàn)很多“頑固性”高溫點(diǎn)，久治不下，原因就在于此。目前研制使用的紅外測溫儀，受現(xiàn)場客觀條件制約，只能測定煤體表面溫度，對深部火源探測效果不好。有的礦區(qū)采用放射元素—氡探測大型火區(qū)，該技術(shù)對探測煤層埋藏較淺的大型火區(qū)效果較好，如太原理工大學(xué)組織實(shí)施的對大同礦區(qū)、新疆礦區(qū)進(jìn)行的大型火區(qū)探測，取得了較好的效果，但現(xiàn)場操作較復(fù)雜，探測時間較長，受現(xiàn)場條件限制等問題。所以研究快速可靠的隱蔽火源探測技術(shù)成為礦井治理自然發(fā)火的迫切

要求。

（3）擴(kuò)大礦井安全檢測系統(tǒng)與礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)的兼容性

礦井火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)對乙烯、乙炔等進(jìn)行分析采用氣相色譜技術(shù)，一般僅對工作面采空區(qū)進(jìn)行預(yù)測預(yù)報，且在對采空區(qū)進(jìn)行自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報時布點(diǎn)困難。各礦使用兩種系統(tǒng)一分為二，應(yīng)合二為一，在巷道內(nèi)布置采樣點(diǎn)，彌補(bǔ)當(dāng)前沒有乙烯、乙炔傳感器的缺陷，以便綜合分析礦井自然發(fā)火隱患。

3 研究新型防滅火材料與裝備

為了防治煤炭自燃，國內(nèi)外廣泛采用注漿、撒阻化劑、注惰氣、注凝膠、膠體泥漿、三相泡沫、阻化氣霧等技術(shù)[1]。這些技術(shù)在保證礦井安全生產(chǎn)起到了重要作用，但還存在不足：采用注漿技術(shù)，漿體注入到采空區(qū)后，一般有高向低的線流動，擴(kuò)散范圍小，漿液容易流失，有時還會發(fā)生潰漿事故；注惰性氣體，氣體容易隨漏風(fēng)逸散，不易停留在注入的區(qū)域內(nèi)，且滅火降溫能力差；注凝膠、泡沫樹脂等，流動性差流量小，成本高；注惰氣泡沫，泡沫容易破碎，一旦水分揮發(fā)，防滅火的性能就會消失；三相泡沫利用粉煤灰、黃泥等的覆蓋性、氮?dú)獾闹舷⑿?、水的降溫能力，綜合氣、固、液三相的功能，在火區(qū)治理中具有較好的現(xiàn)場實(shí)用性，然而對于工作面的防滅火而言，現(xiàn)場實(shí)踐顯示三相泡沫的產(chǎn)生伴隨也產(chǎn)生一些有味的雜質(zhì)氣體污染井下空氣，適才井下人員大多不愿使用。因此，未來需要進(jìn)一步研制材料來源廣泛、價格低廉、配制方面、綠色的新型防滅火新材料。

4 探索煤層自燃發(fā)火機(jī)理與規(guī)律

自十七世紀(jì)黃鐵礦導(dǎo)引學(xué)說提出后，煤炭自燃機(jī)理的研究取得了重大發(fā)展隨后形成了細(xì)菌導(dǎo)因?qū)W說、酚基導(dǎo)引學(xué)說、及煤氧復(fù)合學(xué)說四大主要理論[2]。隨著科技的發(fā)展及人們認(rèn)識的深入，在傳統(tǒng)學(xué)說的基礎(chǔ)上又發(fā)展出了對煤炭自燃機(jī)理新的認(rèn)識：從煤巖相學(xué)研究煤自燃的機(jī)理發(fā)現(xiàn)，在煤溫度升高過程中，因煤組分的不同，各階段的氧化速率和放熱強(qiáng)度以及蓄熱能力均不同，所以煤自燃過程階段的劃分也各異[3-4]；從煤體表面的反應(yīng)熱研究發(fā)現(xiàn)，溫度對反應(yīng)速率有直接影響，煤的氧化反應(yīng)是從表面逐漸進(jìn)行的，且隨著煤體溫度的不同產(chǎn)生出不同的氣體；從煤的活化能入手研究，解釋了煤自燃進(jìn)程，提出了煤自燃逐步自活化反應(yīng)理論[5]。

只有摸清煤層自然發(fā)火機(jī)理，掌握煤層自然發(fā)火規(guī)律，堅持“預(yù)防為主”的指導(dǎo)方針，提前采取預(yù)防措施，才能有效治理煤層自然發(fā)火，確保礦井長治久安。隨著人類對微觀事物認(rèn)識的不斷深入，以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，應(yīng)繼續(xù)探索煤層自然發(fā)火機(jī)理與規(guī)律，研究其對應(yīng)的治理手段，做到有的放矢。治理煤層自然發(fā)火是煤礦工作者與大自然作斗爭的一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，防滅火技術(shù)也在不斷進(jìn)步，防治手段也將不斷完善。只有經(jīng)過人們不懈的努力，防治技術(shù)才能不斷發(fā)展，才能滿足礦井防滅火工作的需要，才能為我國煤炭事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

分析當(dāng)前眾多防滅火技術(shù)，發(fā)現(xiàn)每一項(xiàng)技術(shù)都有其特殊性和適用條件，利用每一項(xiàng)技術(shù)還不能完全預(yù)防和杜絕自然發(fā)火事故的發(fā)生。

根據(jù)多年現(xiàn)場工作的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)識到在新的科技條件下，必須在建立整套完整的防治煤層自然發(fā)火保障體系、提高礦井煤層自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報能力、研究新型防滅火材料與裝備、繼續(xù)探索煤層自燃發(fā)火機(jī)理與規(guī)律等方面做出努力。

文中一些觀點(diǎn)是站在一個基層工作者的角度上進(jìn)行的考慮，從一個側(cè)面能反映出現(xiàn)場的需求，對以后的礦井防滅火工作具有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)

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[2]秦玉書，趙玉田，張永吉.煤礦井下內(nèi)因火災(zāi)防治技術(shù)[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，1993.

[3]張玉貴，唐修義，何萍.煤分子結(jié)構(gòu)與煤的自燃傾向性[J].煤礦安全，1989（7）：1-5.

[4]張玉貴.鏡煤和絲炭自燃傾向性研究[J].煤礦安全，1991（2）：20.

[5]秦波濤，王德明，李增化，等.以活化能的觀點(diǎn)研究煤炭自燃機(jī)理[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2005，15（1）：11-14.