張海峰,郭　燾（神華神東煤炭集團榆家梁煤礦,陜西　神木　719300）

探究礦井火災及其防治策略

張海峰,郭燾
（神華神東煤炭集團榆家梁煤礦,陜西神木719300）

摘要:本文簡述了礦井火災的類型、特點及危害，介紹了礦井火災的三個要素，一是熱源；二是可燃物的存在；三是氧氣的供給。分析了我國礦井火災防治的現(xiàn)狀，并從內(nèi)因方面和外因方面提出了有針對性的防治策略。

關鍵詞：礦井火災 ；起因 ；危害 ；防治

0　引言

在煤礦生產(chǎn)中，礦井的火災是重大災害之一。礦井火災的火勢發(fā)展非常迅速，而且火情復雜多變，對礦井的影響范圍很大，一旦發(fā)生通常都會造成財產(chǎn)、礦產(chǎn)資源的損失及人員的傷亡，更嚴重的是礦井火災還會引發(fā)瓦斯爆炸，爆炸會擴大災害的范圍及程度，進而給生產(chǎn)帶來更大程度的災害。在煤礦生產(chǎn)中，為了時刻預防礦井火災的發(fā)生，確保煤礦的安全生產(chǎn)，所以對礦井火災詳細情況的掌握是非常重要的。

1　礦井火災的概述、類型、特點及危害

1.1礦井火災概述

礦井火災發(fā)生的過程是一個具有很復雜物理化學變化的過程，礦井火災往往發(fā)生在礦井巷道內(nèi)以及采空區(qū)內(nèi)，此外發(fā)生可以波及井下的火災如地面井口的火災也被歸于礦井火災種類之一，礦井火災是礦井的重大災害之一。

1.2礦井火災的類型

內(nèi)因火災和外因火災是礦井火災根據(jù)起火原因來劃分的。內(nèi)因火災一般發(fā)生在礦井內(nèi)的空氣非常有限的情況，也有內(nèi)因火災發(fā)生在風流較為暢通的地方，也必然是空間狹小和氧氣供應不充分的燃燒的，內(nèi)因火災發(fā)生、進展的過程較慢。內(nèi)因火災往往發(fā)生在地質(zhì)構造破碎帶、煤柱、停采線、采空區(qū)、斷層、舊采區(qū)封閉不嚴或者掘進冒頂?shù)炔课?。礦井下發(fā)生的火災不同于其他情況下的火災較容易被發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生的初期通常只能通過對礦井內(nèi)的空氣溫度的上升、空氣成分的細微變化及礦井內(nèi)空氣濕度的增大來被察覺發(fā)現(xiàn)。當內(nèi)因火災緩慢發(fā)展進入到明火燃燒階段，燃燒的過程加劇，則會從起火部位產(chǎn)生大量的煤炭干餾生成物及大量煙氣，當發(fā)現(xiàn)有光和熱產(chǎn)生時，才容易被我們發(fā)現(xiàn)。由上可知，雖然內(nèi)因火災的發(fā)生進展較慢，但是內(nèi)因火災一旦發(fā)生其撲滅的難度非常大，燃燒過程產(chǎn)生的對人體有毒、有害的氣體也會給礦井下的相關人員帶來生命安全威脅，給礦井的安全生產(chǎn)帶來極大的影響和損失。

外因火災通常是指由外來的熱源，諸如機電設備老化、瓦斯爆炸、機械之間的摩擦、放炮、焊接火花、電流短路等等原因而導致的礦井火災，此外還包括由內(nèi)因火災在處理過程中的不規(guī)范而引發(fā)的外因火災，一般多發(fā)生在井底車場、井筒、石門及其它有機電設備的巷道內(nèi)，這些原因中又以膠帶輸送機引發(fā)的火災最為嚴重，此種原因引發(fā)的火災發(fā)展速度快、發(fā)生突然、涉及的面非常廣泛因此造成的損失非常嚴重。有統(tǒng)計資料顯示，國內(nèi)外所發(fā)生的眾多重特大煤礦事故中，每次事故死亡人數(shù)數(shù)以百計的大都屬于外因火災。礦井火災事故中外因火災死亡人數(shù)所占的比重非常大。礦井外因火災的發(fā)展速度快、時間短而且導致的后果非常嚴重。

1.3礦井火災的特點及危害

礦井火災的特點可以由三個特性來概括，一是破壞性；而是繼發(fā)性；三是災難性；破壞性是由于礦井火災發(fā)生時火焰及高溫煙流在巷道中流動，對巷道中的支護及相關設備造成的破壞，同時對礦產(chǎn)資源造成燃燒浪費。繼發(fā)性是由于礦井火災發(fā)生時，不僅僅會在初始起火位置出現(xiàn)燃燒過程，火災發(fā)生時所產(chǎn)生的高溫煙流所經(jīng)過的地方，當有新鮮風流同時匯入時，就可能有新的起火點即二次起火發(fā)生。災難性是由于礦井火災發(fā)生時往往會有大量的有毒、有害氣體產(chǎn)生，在井下會蔓延至整個巷道，從而對井下人員造成生命威脅，導致傷亡事故擴大。井下人員的生命安全所受到最大的威脅便是礦井火災所帶來的，主要原因就是井下空間相對較小，礦井供風量非常有限，礦井之內(nèi)的巷道連通錯綜復雜，當有火災發(fā)生井下人員進行避災時會受到來自各種環(huán)境條件的影響及限制。當井下發(fā)生火災時，會產(chǎn)生大量的高溫煙火，起火部位及周邊的溫度非常高，短時間內(nèi)產(chǎn)生的大量熱量及燃燒產(chǎn)生的煙氣難以擴散，在井下巷道通風的時候，燃燒產(chǎn)生的高溫煙流可以隨巷道內(nèi)的風迅速的傳到很遠的地方，從而擴大火災發(fā)生的范圍及面積，使起火部位之外很遠的區(qū)域內(nèi)的人員也同樣受到高溫的損傷。與此同時，火災發(fā)生時燃燒所產(chǎn)生的煙霧還會阻擋人員的視線，降低空氣的能見度，繼而阻礙所有井下人員的安全撤離及后續(xù)滅火救援工作的進行。在火災發(fā)生時燃燒會產(chǎn)生大量對人體有毒、有害的氣體以及煙、蒸汽等等，不單單會對人體的五官及呼吸系統(tǒng)造成強烈的窒息作用和刺激性，煙氣本身中還含有大量的一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等有毒、有害氣體，從而造成風流中氧氣的濃度急劇下降，當煙氣被井下人員吸入之后會造成井下人員出現(xiàn)窒息、中毒等傷亡事故的發(fā)生。當?shù)V井中的火災發(fā)展到某個強度時例如火災發(fā)生過程中又火風壓的出現(xiàn)，就極有可能會使礦井通風網(wǎng)絡的風流方向造成改變，進而使燃燒產(chǎn)生的煙氣流動不受控制，使得礦井內(nèi)的受災面積及范圍進一步加大，因此會造成更多的井下人員受到火災燃燒產(chǎn)生的煙氣的傷害。此外，還會給井下相關人員的安全撤退帶來極大的危險和更大的困難。當?shù)V井中發(fā)生火災時，井下通風網(wǎng)絡風流紊亂，極有可能引發(fā)煤塵爆炸或者瓦斯爆炸的嚴重二次事故。

2　我國礦井火災防治的現(xiàn)狀

2.1我國礦井火災防治的現(xiàn)狀

有資料顯示，我國目前現(xiàn)有的煤礦中超過一半以上的均存在自燃發(fā)火的問題，這其中有記載的可能會帶來自燃起火危險的礦井約占總量的47%，礦井自燃發(fā)火又占總發(fā)火次數(shù)的94%。我們可以看出，目前我國的煤礦火災預防治理所面臨的形勢十分嚴峻。因此，從上世紀50年代開始，為了找出最有效的防止礦井火災發(fā)生的手段，大力推廣了黃泥灌漿防火技術；進入到80、90年代，研制出了惰氣防滅火、礦井自燃發(fā)火預測系統(tǒng)、帶式輸送機火災防治、快速高效堵漏風等相關防火技術，同時還逐步形成了可以適應高效采煤法和普通采煤法的綜合防治滅火技術。此外，由于我國對火災的基礎理論研究較為滯后，關鍵的防滅火設備仍然不健全，防滅火技術還有待進一步提高和完善。因此，我們所面臨的礦井防滅火工作還需要繼續(xù)進行研究。

2.2礦井火災的起因

2.2.1礦井火災的基本要素

造成礦井起火的原因非常多，但是引發(fā)礦井起火的基本要素有三個：氧氣、熱源、可燃物三個要素，簡稱“礦井火災三要素”，是礦井火災發(fā)生的必要條件。礦井火災三要素缺一不可，必須同時都有，三者相互作用、配合，達到某一程度時才會引起礦井火災的發(fā)生。礦井火災三要素缺少任何一個要素，火災就不可能發(fā)生，所以預防礦井火災必須從控制和消除“三要素”入口。

（1）熱源。礦井火災的熱源來源非常多，例如瓦斯爆炸、煤塵燃燒、電氣設備運轉故障產(chǎn)生的熱量、煤的自燃、放炮、焊接作業(yè)產(chǎn)生的明火及其他作業(yè)過程中的明火等等。由于熱源是礦井火災發(fā)生的必要因素，當有足夠的熱量和溫度的熱源產(chǎn)生時才具備引燃可燃物的條件。

（2）可燃物的存在。在礦井的生產(chǎn)過程中，所開采的煤炭本身就是可燃物。此外，井下的油料、采煤過程中所產(chǎn)生的煤塵、炸藥、相關設備等等都具有可燃性?？扇嘉锏拇嬖谑堑V井生產(chǎn)中火災發(fā)生的基本條件。

（3）氧氣的供給。氧氣可以供給可燃物在燃燒過程中的燃燒所需，可燃物的持續(xù)燃燒需要有充足的氧氣供給。所以足量的空氣供給是維持燃燒并形成火災必不可少的條件[1]。

2.2.2礦井火災發(fā)生的原因

前文所述根據(jù)引發(fā)火災的熱源的不同可將礦井火災分為內(nèi)部原因和外部原因。

（1）礦井火災發(fā)生的內(nèi)部原因主要是由于可燃物在空氣中受空氣的氧化，在積聚熱量之后引發(fā)的礦井火災。因為沒有外部原因而引起的火災，因此也可以稱之為自燃火災，是礦井火災防治的重中之重。有數(shù)據(jù)顯示，超過八成以上的礦井火災都屬于內(nèi)因火災。由于內(nèi)因火災所具有的特點，所以就現(xiàn)階段而言絕大多數(shù)的礦井滅火研究都是針對內(nèi)因火災而開展進行的，根據(jù)內(nèi)因火災的所具有的特點展開相應的防治滅火措施。

（2）外因火災大多數(shù)情況是發(fā)生在中小型的礦井生產(chǎn)中，往往由于操作違規(guī)如違章使用明火或者是違章爆破等等原因造成，而在電氣自動化和機械化程度均較高的礦井中，起火原因往往是由于機械設備的管理維護不到位，或者是在機電設備操作過程中不當使用，造成機電設備運轉故障等等原因而引起的火災。隨著礦井生產(chǎn)電氣自動化程度的大大提升，由機電設備而引起的外因火災數(shù)量也在呈大量上升的趨勢。此外，還有在生產(chǎn)中違反相關規(guī)定在井下違章放炮、吸煙等等而引發(fā)的外因火災也偶有發(fā)生。由于外因火災的發(fā)展速度非?？欤诰仍c滅火過程中稍有延遲，將會給礦井帶來難以估計的損失，甚至是出現(xiàn)重大傷亡事故的情況。

2.3礦井火災防治中存在的問題

近年來隨著我國基礎行業(yè)的快速發(fā)展，我國礦井生產(chǎn)進入到了發(fā)展的春天，與礦井安全相關的防滅火裝備與防滅火技術同樣發(fā)展迅猛。雖然發(fā)展的較快，但是就目前的情況來看防滅火技術及裝備仍然不能滿足礦井的防滅火要求，防滅火的技術和裝備仍需要不斷的進行提高和完善，才有可能改變現(xiàn)有的防滅火局面。筆者認為，現(xiàn)階段我國的礦井防滅火工作中存在的主要問題有以下三個方面：第一方面，煤礦自燃起火階段的測定技術，目前還不能根本解決這一問題。盡管我國就煤礦自燃起火階段的預測不論是理論上還是模擬，或是實驗都進行了很多的相關研究，也取得了很多重要的研究成果，同時也研制了一些專用的預測裝置，但是由于受現(xiàn)場條件的限制，難以普及，相關技術有待提高。第二方面，監(jiān)測傳感器的穩(wěn)定性差、品種單一，精確度不高，性價比低，因此在一定程度上阻礙了相關技術的發(fā)展。第三方面，我國對世界性難題隱蔽火源探測進行過重點研究，形成了諸如預埋溫度探頭測溫法、鉆孔測氣法、測氡法、地質(zhì)雷達探測法及計算機數(shù)值推測法。但是由于種種原因的影響，上述方法的精確度還不是很高，因此對實際的防滅火工作作用有所限制。

3　　礦井火災的防治

3.1礦井內(nèi)因火災的防治應做好以下三項工作：

（1）礦井的通風系統(tǒng)及設備應該適應采礦環(huán)境及使用要求，然后依據(jù)開采順序及設計方案，選用與礦井相對應的通風方式。

（2）采用分區(qū)通風，這一方法的優(yōu)點是可以降低整個礦井的阻力，提升礦井整體的通風能力，而且可以減少漏風和方便風量的調(diào)節(jié)，當?shù)V井內(nèi)因火災發(fā)生時，分區(qū)通風對于隔絕起火區(qū)域和穩(wěn)定風流起到明顯的控制作用。

（3）做好預防性防滅火準備工作，第一，用泥漿作為滅火的灌漿材料，所謂的預防性灌漿就是通過輸漿設備將泥漿（諸如黃土、水、砂子等按照規(guī)定比例混合）輸送到有可能發(fā)生自燃的區(qū)域，從而達到防止內(nèi)因火災發(fā)生的目的，使用泥漿這一灌漿材料作為防止自燃火災發(fā)生的較為有效的手段之一，因此這一防火方法在有條件使用該方法的礦井中應用較為廣泛。第二，采用阻化劑進行滅火，阻化劑是由幾種物質(zhì)或一種物質(zhì)的乳濁液或者溶液灌注到煤柱縫隙、采空區(qū)域等發(fā)生自燃可能性高的部位，通過降低煤的氧化能力，來達到減緩煤的氧化程度，此種方法最為簡便、性價比高，很適合應用于水土較為缺乏的礦井。第三，使用尾礦作為灌漿材料，此種方法較第一種方法制漿工藝非常簡單易行，只需通過浮選之后過篩，無需過多工序便可作為防滅火的注漿材料。

3.2礦井外因火災的防治應做好以下兩項工作：

3.2.1防止火災產(chǎn)生

第一，防止失控的高溫熱源產(chǎn)生和存在，嚴格對高溫熱源和明火進行管理。第二，嚴格禁止使用可燃性材料。第三，防止產(chǎn)生機電火花。第四，防止膠帶摩擦起火和防止摩擦引燃瓦斯。第五，防止高溫熱源和火花與可燃物作用。時刻預防火災的發(fā)生。

3.2.2防止火災蔓延

第一，在適當?shù)奈恢媒ㄔ旆阑痖T，防止火災事故擴大。第二，在每礦井地面和井下都必須建造消防材料庫。第三、在每一礦井地面設置消防水池，在井下設置消防管路系統(tǒng)。第四，主要通風機必須具有反風系統(tǒng)或設備，反風設施，并保持良好狀態(tài)。為了防范外因火災的蔓延，防止火災事態(tài)進一步的擴大，將已發(fā)生火災的區(qū)域盡量控制在一定范圍之內(nèi)，將火災所造成的損失減小到最低。

3.3正確選擇開采、開拓方法

要盡量做到以下面兩個方面：第一方面，要根據(jù)礦井的實際情況采用合適的采煤方式。第二方面，不斷提高回采速度，提高回采率。

4　結語

礦井火災的防治要以“預防為主、防治結合、綜合治理”為指導思想，來保證煤礦安全生產(chǎn)。不斷的采用先進的防治火災的設備和技術，從思想上和技術上有效降低礦井火災發(fā)生的幾率。

參考文獻：

[1]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局(煤礦安全監(jiān)察局)[J].事故快報, 2012(01).

[2]羅云.安全經(jīng)濟學導論[M].北京:經(jīng)濟科學出版社,2013.

[3]林澤炎.人為事故預防學[M].哈爾濱:黑龍江教育出版社,2011.

作者簡介：張海峰（1982-），男，陜西榆林人，碩士，工程師，研究方向：礦井通風安全。