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        探究煤炭礦井火災(zāi)及防治策略

        2021-09-10 19:43:48李振東
        科技研究 2021年13期
        關(guān)鍵詞:防治

        李振東

        摘要:火災(zāi)是礦井主要危害之一。本文結(jié)合徐礦集團實際,簡析了我國煤炭礦井火災(zāi)的事故特點及危害特征,探討了防火災(zāi)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,分析了現(xiàn)階段現(xiàn)行防滅火技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及適用性,并嘗試提出有針對性的防治策略。

        關(guān)鍵詞:徐礦;火災(zāi);起因;防治

        徐礦集團位于江蘇省徐州市,煤炭開采歷史已逾百年。所屬煤礦受地質(zhì)條件影響,存在水、火、瓦斯等災(zāi)害,其中火災(zāi)防治任務(wù)艱巨。徐礦集團積極推進智能礦山建設(shè),將"無人則安、少人則安"的理念逐步變?yōu)楝F(xiàn)實,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),建立了智能火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),通過高清攝像頭+智能識別,實現(xiàn)了火災(zāi)監(jiān)控與智能識別隱患,取得了一定的效果,但依然存在諸多防治問題,成為企業(yè)保障煤礦安全生產(chǎn)的重大挑戰(zhàn)。

        1礦井火災(zāi)的基本情況

        1.1礦井火災(zāi)簡述

        礦井火災(zāi)又叫礦內(nèi)火災(zāi)或井下火災(zāi),通常是指發(fā)生在煤礦井下巷道、工作面、硐室、采空區(qū)等地點的火災(zāi)。按照起火源的不同,我們一般將礦井火災(zāi)分為內(nèi)因火災(zāi)和外因火災(zāi)兩種類型[1]。

        1.2礦井火災(zāi)防治的嚴峻性

        礦井一旦發(fā)生火災(zāi),不僅會燒毀大量的設(shè)備器材和煤炭資源,給生產(chǎn)帶來損失,而且會產(chǎn)生大量有毒氣體,彌漫井下,使大批礦工中毒死亡,在有瓦斯、煤塵爆炸危險的礦井中,還可能引起瓦斯、煤塵爆炸事故,其危害更加嚴重[1]。

        2礦井火災(zāi)的問題和挑戰(zhàn)

        2.1礦井火災(zāi)防治的現(xiàn)狀

        我國近六成的煤礦存在自然發(fā)火災(zāi)害,其中采空區(qū)自然發(fā)火占比例最高。傳統(tǒng)意義上,監(jiān)測采空區(qū)諸如瓦斯、CO(一氧化碳)等發(fā)火標志性氣體采用束管檢測系統(tǒng),不僅技術(shù)復(fù)雜,而且系統(tǒng)不能實時監(jiān)測,也不準確;而電子檢測技術(shù)難以適應(yīng)井下惡劣環(huán)境,且通電使用難以保證漏電而產(chǎn)生不安全。

        近年來,隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的發(fā)展,以及對礦井火災(zāi)機制研究的不斷深入如實時安全監(jiān)測系統(tǒng)、地理信息“一張圖”等,能夠及時監(jiān)測煤礦關(guān)鍵區(qū)域的消防隱患,一旦發(fā)生異常情況,可以快速定位、及時報警,并將火災(zāi)信息反饋給后臺,輔助啟動應(yīng)急處理預(yù)案,減少突發(fā)狀況損失。

        一批新型防滅火技術(shù)和火災(zāi)預(yù)防設(shè)備逐步開發(fā)出來并得以應(yīng)用,不過,由于我國對煤礦消防的理論研究和技術(shù)探索起步較晚,新型的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、滅火設(shè)備和井下逃身設(shè)備等關(guān)鍵裝備和技術(shù)應(yīng)用大多還處于試點應(yīng)用階段,并未構(gòu)建起全時空、全覆蓋、動態(tài)化的立體監(jiān)測體系,防控效能潛力未完全釋放,做好礦井防滅火工作,確保礦井的安全生依然是煤礦從業(yè)人員的嚴峻任務(wù),幾乎每年都有因火災(zāi)引發(fā)的煤礦災(zāi)難發(fā)生,給社會造成重大人員和財產(chǎn)[2]。

        2.2礦井火災(zāi)的起因

        2.2.1礦井火災(zāi)的主要要素

        為了防治礦井火災(zāi),保證煤礦安全生產(chǎn),對礦井火災(zāi)進行必要的分析和了解十分重要。一般來講,礦井火災(zāi)發(fā)生通常需要具備三個要素,即足夠濃度的供氧源、足夠熱能的熱源以及可燃物質(zhì)的存在[2]。

        2.2.2礦井火災(zāi)發(fā)生的原因

        礦井火災(zāi)與地面火災(zāi)不同,具有特殊性,通?;馂?zāi)發(fā)生場所環(huán)境復(fù)雜,井下工作場地較為狹小,各類電氣設(shè)備、坑木等陳列其中,埋下了火災(zāi)隱患。加之,井下作業(yè)勞動強度大,工作人員稍有疏忽,很容易引發(fā)火災(zāi)。更為棘手的是,由于井下條件復(fù)雜,進出口有限,一旦發(fā)生事故,外部救援人員難以進入,礦井里面人員、通風(fēng)、設(shè)施損毀等情況都不清楚,救援難度很大。同時,井下工作人員疏散和躲避也是極容易忙中出錯,造成人員傷亡,加重火災(zāi)造成的損失。

        煤礦發(fā)生火災(zāi)事故與許多因素有關(guān),但總的來說,構(gòu)成火災(zāi)的基本要素歸納起來有熱源、可燃物、空氣三個方面,另外與煤礦的安全技術(shù)投入、救援裝備水平、安全意識和管理水平等相關(guān)[2]。

        2.3礦井火災(zāi)防治中存在的問題

        煤炭的價格相對便宜,對我國改革開放以來取得的巨大經(jīng)濟成就功不可沒,近幾年來,隨著各個行業(yè)的迅猛發(fā)展,對于煤炭的需求量也越來越大,煤礦開采量也水漲船高,導(dǎo)致火災(zāi)等礦難頻繁發(fā)生,不斷考驗著安全生產(chǎn)的紅線。

        相應(yīng)的,我國加大了防治礦井火災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)的研究力度,積極推廣研究成果,其中包括引進了國外煤炭工業(yè)的一些技術(shù)方法,選用了具有針對性的防治措施,持續(xù)開展實時在線監(jiān)測預(yù)警等新興信息技術(shù)研究,逐步提升礦井生產(chǎn)的高產(chǎn)高效,取得顯著成效。不過,就筆者了解,礦井防滅火形勢的嚴峻形勢并未改變。以徐礦集團為例,礦井火災(zāi)防治水平在大幅提升的同時,依然留有諸多難題尚未攻克:

        新型防災(zāi)裝備及技術(shù)應(yīng)用支撐能力較弱。如火災(zāi)一體化預(yù)警系統(tǒng)尚處于試用階段,并未形成體系化、系統(tǒng)化的工作場景,防滅火的數(shù)據(jù)采集、智能分析支撐能力還比較弱,亟需盡快建立集煤礦火災(zāi)早期監(jiān)測、火災(zāi)預(yù)警與專家決策分析系統(tǒng)為一體的煤礦火災(zāi)一體化預(yù)警與高效預(yù)防技術(shù)體系。

        部分煤田火區(qū)及小窯火區(qū)對工作面的安全生產(chǎn)依然存在威脅。根據(jù)評估,目前仍有5座煤礦受煤田火區(qū)威脅,受影響的工作面達10余個、露天開采區(qū)域40余萬㎡;6座煤礦受小窯火區(qū)威脅,受影響的工作面達20余個。

        部分煤礦采空區(qū)自然發(fā)火危險性增高。一是部分停采、限產(chǎn)礦井工作面目前進行保安性開采、沒有封閉,采空區(qū)自然發(fā)火危險性高;二是部分礦井工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶時,由于采煤工藝、地質(zhì)條件發(fā)生變化,導(dǎo)致采空區(qū)遺煤較多,推進速度遠小于最小安全推進速度,采空區(qū)自然發(fā)火危險性增高;三是受回撤工藝、地質(zhì)條件限制,部分礦井工作面回撤時間超過最短自然發(fā)火期,增大了采空區(qū)自然發(fā)火危險程度。

        工作面回風(fēng)隅角及附近區(qū)域存在低氧現(xiàn)象。部分礦井開采侏羅紀易自燃煤層,大多處于N2- CO2帶,在采煤過程中,煤體破碎,大量N2和CO2氣體析出,加之采空區(qū)遺煤低溫氧化消耗氧氣,造成工作面回風(fēng)隅角及附近區(qū)域出現(xiàn)低氧難題。

        3礦井火災(zāi)的防治

        對現(xiàn)有威脅礦井安全生產(chǎn)的火區(qū),要貫徹"超前治理,防治結(jié)合,先治后采"的的基本原則。在消除火區(qū)威脅后方可回采作業(yè);對已經(jīng)熄滅的火區(qū)加強監(jiān)測,防止火區(qū)復(fù)燃;對井田范圍內(nèi)小煤窯自然發(fā)火危險因素等進行排查,防止出現(xiàn)隱蔽火災(zāi)給礦井安全生產(chǎn)帶來新的影響。

        3.1外因火災(zāi)的預(yù)防措施

        1)一防明火。嚴控重點區(qū)域,如井口房和通風(fēng)機房附近嚴禁煙火;嚴控引火源,下井工作人員不得攜帶煙草、引火物;嚴控易燃物,井下硐室內(nèi)不準存放汽油、煤油或變壓器油,井下使用的潤滑油、棉紗和布頭等必須集中存放,定期送到地面處理。[3]

        2)二防放炮引火。黑火藥容易造成連續(xù)事故,是井下的極端危險物,必須嚴加杜絕。需要火藥的場合必須以安全火藥代替,并且需要嚴格執(zhí)行放炮規(guī)定,如"一炮三檢查"和"三人連鎖放炮"制度等。

        3)三防電氣引火。電氣設(shè)備運行時可能產(chǎn)生電火花、電弧、電熱輻射,是井下火災(zāi)的重要誘因。礦井電氣設(shè)備應(yīng)具備過流、漏電、接地等保護措施,并且嚴禁過載運行,確保正常使用,同時,也要做好日常檢查和保養(yǎng),防止設(shè)備內(nèi)部故障導(dǎo)致起火,做好維修記錄。定期進行電氣專項檢查和整治,消除隱患。

        4)四防摩擦生火。應(yīng)做好井下機械運轉(zhuǎn)部分的保養(yǎng)維護工作,及時加注潤滑油,保持其良好的工作狀態(tài),防止因摩擦生熱而引起火災(zāi)。[3]

        5)五防帶式輸送機。國內(nèi)外多次發(fā)生過帶式輸送機火災(zāi)事故,造成眾多人員傷亡和財產(chǎn)損失。為避免帶式輸送機火災(zāi),必須使用阻燃輸送帶,裝設(shè)驅(qū)動輪防滑保護、煙霧保護、過載保護和輸送帶脫槽保護等裝置;保證安裝質(zhì)量,加強維護、改善裝載條件等[3]。

        6)六防反應(yīng)滯后。為提高火災(zāi)響應(yīng)速度,降低人為損失,對井下關(guān)鍵設(shè)備與區(qū)域,必須安裝自動監(jiān)測與報警裝置,如防漏電報警系統(tǒng)、防過載報警系統(tǒng)、電纜溫度報警系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)可與礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)機,形成具有預(yù)警、報警、斷電和噴水冷卻滅陰火和噴泡沫滅火等功能。

        3.2內(nèi)因火災(zāi)的預(yù)防措施

        最大程度減少和限制煤炭與空氣的接觸,阻斷或延緩煤炭氧化過程中熱量的聚積是防止內(nèi)因火災(zāi)的關(guān)鍵,有效的預(yù)防措施如下:

        1)一要科學(xué)采礦。如采準巷道,少留一些礦柱,減少對礦體的切割;遵循自上而下、自遠而近的開采工藝順序,減少對礦體的破壞;選擇合理的采礦工藝,降低開采成本和損失,減少采空區(qū)中遺棄的礦石和原木材料數(shù)量;正常、均衡、有效地進行返回采礦,提高采礦的強度,及時進行污水處理并嚴密地封閉采空區(qū)[3]。

        2)二要合理通風(fēng)。設(shè)置適當?shù)耐L(fēng)系統(tǒng),有效地減少向采空區(qū)域的漏風(fēng)。必須采用機械性的通風(fēng),保證礦井的風(fēng)流平衡,不受天氣和自然風(fēng)壓的影響;加強對通風(fēng)的構(gòu)筑物及其他通風(fēng)情況的監(jiān)督檢查與管理,提高密閉式通風(fēng)門的使用質(zhì)量,防止向采空區(qū)泄露滲漏風(fēng);盡量把通風(fēng)的構(gòu)筑物布設(shè)在巖石巷道內(nèi)或者地壓力較小的位置,防止當出現(xiàn)孔洞時造成朝向采空區(qū)域的漏風(fēng)。

        3)三要密閉采空區(qū)。對室內(nèi)局部油煙起火大的區(qū)域還應(yīng)進行防火充填并分層防火隔離。使用空氣封閉式或充填式起火保護措施,把那些有可能起火引起氣體自燃的起火區(qū)域與外部干燥空氣環(huán)境進行完全隔離。使用泥漿材料來防止堵塞巖石礦柱的表層裂隙,可以有效率地防止煤炭的硫化和氧化。另外,還要在一個專門通往采空區(qū)的小巷口上方設(shè)置一道采空防火墻,隔絕進入采空區(qū)。

        4)四要預(yù)防性灌漿。即把泥漿用的管道經(jīng)鉆孔、特殊灌漿工藝通過地下土壤鉆孔、專門灌漿工藝,將礦石在地表土壤陷落區(qū)的裂隙灌槳向火場或采空區(qū)進行灌漿,使得礦石和土壤之間能夠完全隔離,阻止水分的氧化,防止自燃。

        5)五要調(diào)整通風(fēng)。盡量減少向著火區(qū)或者具有著火自燃危險區(qū)域之間的進、回風(fēng)兩側(cè)的壓力相差,從而可以減少或完全消除對著火區(qū)的泄露和漏風(fēng),防止著火區(qū)內(nèi)采出的硫化礦物造成著火。

        6)六要巧用阻化劑。采用阻化劑進行防火工作是對于防治內(nèi)因發(fā)生火災(zāi)十分有效的方法和措施,比如使用一定量的鈣、鎂鹽或其他化合物通過水溶液加工制成的阻化劑噴灑或?qū)⑵渥⑷氲V石或采空區(qū)內(nèi),可以有效地達到抑制、延緩煤炭氧化的目標,達到預(yù)防自燃的作用。

        3.3加大關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用,積極推廣新科技、新設(shè)備、新材料,科技防火

        1)大力推行以人工檢測、色譜分析、束管監(jiān)測和安全監(jiān)控相結(jié)合的"四位一體"的火災(zāi)預(yù)測預(yù)報監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)礦井防滅火監(jiān)測和綜合分析,升級現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng),使其能夠更好地實現(xiàn)災(zāi)害預(yù)警功能。

        2)建立礦區(qū)三維地質(zhì)地理信息系統(tǒng)。將分散、零碎的地質(zhì)地理信息整合在一個平臺上,實現(xiàn)了地下、地面信息"一張圖",并通過無人機測量、三維激光掃描技術(shù)定期更新,使礦井的防治火、采空區(qū)探測、邊坡監(jiān)測等技術(shù)更加精準,提升防災(zāi)救援能力。

        3)建立設(shè)備實時診斷系統(tǒng),實時檢測主要采礦設(shè)備運行情況,并將出現(xiàn)的故障實時上傳,確保設(shè)備時刻處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。

        4結(jié)語

        消除事故隱患,筑牢安全防線。面對礦井火災(zāi)這一猛虎,我們必須依靠科技攻關(guān)、科學(xué)管理補短板,逐步摸清礦井火災(zāi)的脾氣、掌握伏虎的好方法。各煤礦應(yīng)基于礦區(qū)煤層的差異化特點,堅持"一礦一策、一面一策"的策略,圍繞防突出與防滅火兩項工作重點,進一步強化通風(fēng)、抽采、監(jiān)測三大系統(tǒng)并重運行,推動先進防治火災(zāi)設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用,實現(xiàn)礦井火源的智能監(jiān)控和快速定位,促進煤礦火災(zāi)防治能力的提高。

        參考文獻:

        [1]史月英.煤礦企業(yè)存在的消防安全問題及對策.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息 2016

        [2]梁運濤;侯賢軍;羅海珠;田富超;于貴生.我國煤礦火災(zāi)防治現(xiàn)狀及發(fā)展對策.煤炭科學(xué)技術(shù)2016

        [3]楊波;王偉.神華集團公司礦井火災(zāi)防治實踐.煤礦安全 2015

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