孫志鳳

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韓咀煤礦自然發(fā)火綜合防治技術(shù)

孫志鳳

中煤華晉公司韓咀煤礦總工程師

行業(yè)曲線

韓咀礦井在煤自然火災(zāi)安全方面存在基礎(chǔ)防治設(shè)施不完善、防治技術(shù)針對性不強(qiáng)等諸方面的問題，因此需要建立一套相對完善的火災(zāi)綜合防治技術(shù)體系，來全面提升火災(zāi)防治技術(shù)水平。首先要研究和掌握煤自然發(fā)火的基本規(guī)律，科學(xué)地對煤的自然發(fā)火進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)，判斷煤的自然發(fā)火進(jìn)程，做到防患于未“燃”。從而能夠明確指導(dǎo)礦井防滅火工作的實(shí)施，開展各項(xiàng)防滅火工作。結(jié)合韓咀煤業(yè)目前礦井井下實(shí)際開采技術(shù)條件和生產(chǎn)布局，以“預(yù)防為主、防治結(jié)合”為礦井火災(zāi)防治工作的指導(dǎo)方針，實(shí)施建立適用于礦井的一整套防治井下自然發(fā)火的技術(shù)體系。礦井自然發(fā)火防治系統(tǒng)的建立有利于礦井安全，保障井下工作人員身體安全，避免因井下火災(zāi)引起的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

煤層自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)

目前國內(nèi)用于監(jiān)測火災(zāi)的系統(tǒng)有兩種：一是井下火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)；二是地面色譜束管火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)。前者系統(tǒng)的布置方式是，在井下工作面附近的機(jī)電硐室或聯(lián)絡(luò)巷里面，布置該系統(tǒng)所需要的部件，如真空泵、氣體采樣分析柜和控制箱，它的信號是以電的形式，經(jīng)過預(yù)先鋪設(shè)好的電纜線輸送到地面計(jì)算機(jī)的，通過計(jì)算機(jī)對井下傳送上來的電信號進(jìn)行分析、存貯，并對相應(yīng)地點(diǎn)的火災(zāi)系數(shù)加以分析，以及對井下發(fā)生火災(zāi)爆炸可能性的判斷，全部這些工作經(jīng)過整理后，做成表格并打印出來交給有關(guān)部門，其優(yōu)點(diǎn)是該系統(tǒng)維護(hù)及管理簡單容易了解及應(yīng)用操作。后者是把井下工作面的采空區(qū)或封閉區(qū)內(nèi)的氣體經(jīng)真空泵抽送到地面，接著利用專門的儀器（氣相色譜儀分析）對空氣的成分及含量變化進(jìn)行分析，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)分析多組成分變化。經(jīng)過兩種系統(tǒng)的分析比較，韓咀礦應(yīng)采用地面色譜束管火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)。

注氮防滅火系統(tǒng)

對于采用注氮防滅火的采空區(qū)而言，在注入了一定的氮?dú)獾牟煽諈^(qū)，該區(qū)域內(nèi)的氣體靜壓強(qiáng)得到了提高，由于壓強(qiáng)差可以降低采空區(qū)的漏風(fēng)量，從而達(dá)到空氣與煤的直接接觸量得到了大量減少；而且注入的氮?dú)庠诹髅后w的表面時(shí)，低溫的氮?dú)饪梢晕彰貉趸磻?yīng)而產(chǎn)生的熱量，可以進(jìn)一步減緩煤因氧化產(chǎn)生的升溫速度，也可以降低煤巖體周圍物質(zhì)的溫度，從而使煤的氧化速度因達(dá)不到煤燃燒的著火點(diǎn)而延緩或終止。

對于采用注氮防滅火的采空區(qū)而言，該區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度下降，相對與其他區(qū)域有所減小，氮?dú)獾脑黾蛹把鯕獾臏p少，會使氮?dú)獯嬖瓉淼牟糠盅鯕饬鲃拥矫簬r體表面，甚至進(jìn)入到煤體裂隙內(nèi)，如此一來煤巖體表面與空氣接觸的地方，對氧氣的吸附量便會有大幅度降低，這一表現(xiàn)在一定程度上減緩并抑制了遺煤與氧氣的接觸量，從而使遺煤的氧化放熱速度降低。

氮?dú)庀虿煽諈^(qū)的注入，使得原來存在于采空區(qū)內(nèi)的可燃、可爆性氣體比例下降，所有氣體混合后，由于氮?dú)鈱儆诙栊詺怏w，隨著氮?dú)鉂舛鹊脑黾?，原有氣體的爆炸范圍逐漸縮小，即原有氣體的爆炸下限值升高、爆炸上限值下降。當(dāng)?shù)獨(dú)馀c采空區(qū)原有的可燃、可爆性氣體的混合比例值達(dá)到一定界限值時(shí)，此時(shí)混合氣體發(fā)生爆炸的上限值就會與下限值重合，存在于采空區(qū)的可燃、可爆性氣體就失去了原有的爆炸能力。

灌漿防滅火系統(tǒng)

灌漿防滅火方法是將注漿材料（粉煤灰，黃土，懸浮劑）細(xì)粒化后加水制備成漿，以高壓水水作為動力系統(tǒng)，通過管道將材料輸送到井下需要防滅火的指定區(qū)域，并將材料注入該區(qū)域，其作用是封死堵住漏風(fēng)的通道，其漿液可以包裹煤巖，使煤巖與氧氣隔絕，阻止煤巖的氧化，漿液的散熱性能好，可以吸收周圍煤巖的能量，使煤巖體溫度降低，從而為達(dá)到預(yù)防或撲滅礦井火災(zāi)的目的而研制的一項(xiàng)技術(shù)措施。

韓咀礦2#煤（1202工作面）采用采3.0m，放3.47m的綜放煤方法，工作面的特點(diǎn)是本煤層遺煤較多，在有較好的通風(fēng)供氧條件，周圍具有良好的蓄熱環(huán)境時(shí)具備遺煤可以自燃的條件，所以，對采用黃泥灌漿既可將處于采空區(qū)遺煤煤體進(jìn)行一定程度的覆蓋，又可以對采空區(qū)起到堵漏風(fēng)作用，可作為注氮防滅火起到很好的輔助作用。

圖1　工作面堵漏措施

阻化劑防滅火

阻化劑防火工藝方式有多種，其中常用的主要工藝方式有：壓注阻化劑溶液、汽霧阻化、噴灑阻化劑溶液。

阻化防火的管路系統(tǒng)為臨時(shí)性。管路系統(tǒng)的臨時(shí)性是其儲液池的做工方式不同，臨時(shí)性的儲液池一般用礦車（或?qū)Ｓ玫膬σ合渥龀桑涔苈返囊?，現(xiàn)用現(xiàn)鋪設(shè)。

滅火機(jī)理：阻化劑的制作，是其與水混合，制成一定濃度的水劑混合溶液，該混合液能起到防火作用，其防滅火機(jī)理為：① 混合溶液能夠提高煤的化學(xué)惰性，在低溫時(shí)能降低煤和氧的反應(yīng)，起到防火的效果；② 混合溶液能形成一層液膜，包圍煤塊及煤的表面裂隙面，隔絕空氣；③ 充填煤柱內(nèi)部裂隙；④ 增加煤體的蓄水能力；⑤ 水分蒸發(fā)吸熱降溫。根本原因是降低煤的氧化速度，延長煤的自燃發(fā)火期。

壓注阻化劑

為了防止井下易燃地點(diǎn)發(fā)火（如工作面煤柱、工作面起采線、停采線等），需要對易燃地點(diǎn)進(jìn)行處理，壓注阻化劑非常實(shí)用這類地點(diǎn)，不過需要在這些地點(diǎn)打鉆孔以便于進(jìn)行處理。壓注阻化劑的適用條件是一些高溫點(diǎn)的滅火。首先要做的是打鉆孔，目的是為了測量溫度，以便于確定火區(qū)范圍，然后通過鉆孔向火源注阻化劑水溶液，漸漸靠近火源，對火源進(jìn)行降溫處理以達(dá)到滅火的效果及目的。

汽霧阻化劑

汽霧阻化劑防滅火的根本原因在于，阻化劑水溶液在高壓作用下，通過霧化器將阻化劑水溶液霧化，形成需要的氣霧阻化劑。汽霧阻化劑是由微小的氣霧顆粒組成，該微小顆粒可隨著漏風(fēng)風(fēng)流流動，以漏風(fēng)風(fēng)流為載體，飄散到采空區(qū)漏風(fēng)區(qū)域，從而達(dá)到采空區(qū)防火。

堵漏風(fēng)防滅火

為了減少采空區(qū)漏風(fēng)，減小氧化帶寬度，配合注氮滅火達(dá)到最佳效果，應(yīng)在工作面進(jìn)回風(fēng)端頭采取堵漏風(fēng)措施，目前礦井普遍采用吊掛帆布的方法，此方法經(jīng)濟(jì)、方便、工作量小，如果能夠保持嚴(yán)密性，就能取到非常好的效果。由于此設(shè)施極易受到破壞，因此有必要建立密閉墻堵漏風(fēng)系統(tǒng)。具體步驟：用裝滿遺留碎煤或矸石的編織袋沿工作面切頂構(gòu)筑堵漏風(fēng)墻。該堵風(fēng)墻的方位應(yīng)該沿著煤層走向，且堵風(fēng)墻的壘砌方式，應(yīng)該與每層的走向相互垂直，堵風(fēng)墻兩側(cè)不留空隙，防止風(fēng)從相鄰支架尾梁和巷道煤壁流入采空區(qū)，為了防止風(fēng)的流入，不但兩側(cè)不能留下空隙堵風(fēng)墻的頂部也不應(yīng)該留下空隙，鑒于工作面推進(jìn)速度較快，暫定每推進(jìn)30m構(gòu)筑一道堵漏風(fēng)墻，作用是用來風(fēng)量防止過量的風(fēng)流向采空區(qū)。工作面堵漏示意圖如圖1所示。

結(jié)語

通過對韓咀煤礦地質(zhì)及煤層自然發(fā)火條件、經(jīng)濟(jì)投入的綜合分析，韓咀礦應(yīng)該建立束管監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建立有利于煤礦井下火災(zāi)的防治，可以保障井下工作人員的人身安全，避免因火災(zāi)引起的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.017