矿井煤自燃火灾综合治理技术与实践

郭锋

陕煤集团神南产业发展有限公司陕西神木719300

摘要：随着神府矿区煤矿开采的逐步推进，老窑采空区遗煤及房柱式开采遗留的煤柱被压酥，从而引起的自燃火灾对矿井安全开采的威胁愈发严重。自燃火灾是直接威胁煤矿安全生产的五大灾害之一。煤炭自燃火灾不仅能造成矿井设备和煤炭资源的巨大破坏和损失，而且也严重威胁到井下作业人员的生命安全，甚至会引起瓦斯、煤尘爆炸等重特大伤亡事故。本文分析了煤矿火灾防治存在的问题，并提出了煤矿火灾防治发展对策。

关键词：煤矿火灾；煤自燃；火灾防治

我国的煤矿火灾较严重，煤矿火灾严重影响当地的经济发展和生态环境，治理煤矿火灾迫在眉睫。受历史原因影响及利益驱使，在资源整合前，小煤矿与大矿争资源，进入大矿井田越层越界开采，破坏资源，开采原有煤柱，致使盘区内保留的煤柱受到严重破坏，煤体压垮破碎，导致采空区长期供风供氧，给采空区遗煤自燃创造了条件。采空区一旦发生自燃火灾，大量有毒有害气体将通过漏风通道进入大矿，严重威胁矿井及职工人身安全。

一、矿井综合防灭火技术与装备

现阶段我国开采容易自燃煤层或采用放顶煤方法开采自燃煤层的矿井，普遍建立了以注浆防灭火方法为主的综合防灭火系统，各类防灭火技术与装备在煤矿火灾防治领域的应用效果如下。

1、充填堵漏防灭火技术可有效应用于填堵漏。风通道防治自燃火灾，发展了无机凝胶、胶体泥浆、复合浆体等防灭火材料及专用装备。具有技术易行、价格便宜的特点，但不能完全控制漏风，适用性有限。

2、均压防灭火技术实现了开区均压、闭区均压和联合均压的成功应用，通过改变通风系统内的压力分布，降低了漏风通道两端的压差，减少了漏风，从而抑制和熄灭火区。具有实施费用低、实施方法灵活的特点，可减少有害气体涌入工作面、改善工作环境，但工艺复杂，影响正常生产，工程量较大。

3、注浆防灭火技术形成了以地面固定式制浆系统为主体，以井下固定式和井下移动式注浆系统为辅的体系。地面固定式注浆系统流量可达120m3/h以上，井下移动式大流量注浆装置流量可达60m3/h以上，并在注浆材料方面实现了粉煤灰、页岩、矸石等多种材料的拓展。具有材料易选且价格便宜、浆液制备简单、防灭火效果显著等特点，但浆液制备设备体积大、运输管路长、运输管路易堵塞且处理困难、易跑浆并恶化工作面环境。

4)阻化剂防灭火技术采用喷洒、压注以及气雾阻化等多种方式，在传统常规阻化材料的基础上，先后研发了多种高分子阻化剂。具有工艺简单、阻化效果好的特点，适用于火灾预防，但阻化材料价格昂贵且用量较大、阻化寿命有限，使用地点选择性强。

二、煤矿火灾防治存在的问题

1、矿井综合防灭火技术与装备方面

1)在监测预警方面，目前我国煤矿缺乏内外因火灾一体化预警系统，无法有效实现矿井动态安全信息的连续采集、在线辨识、智能分析，亟需建立集煤矿火灾早期监测、火灾预警与专家决策分析系统为一体的煤矿火灾一体化预警与高效预防技术体系。

2)在火灾治理方面，现有防灭火材料，存在针对性不强，成本偏高，难以彻底控制高温区域，易复燃等缺点，专用装备能力不足，智能化程度相对较低。

2、外因火灾防治方面。目前，以井下带式输送机以及电缆为代表的外因火灾监控依然是一项技术难题，现有技术装备无法实现对长达数十千米的井下带式输送机以及井下电缆进行全范围的火灾危险性有效监测与自动控制灭火，同时煤矿井下自动控风与火灾消防装备系统的成熟度和应用还不完善，难以对井下火灾实现智能感知与系统控制。

3、隐蔽火源探测方面。煤矿隐蔽火源探测一直是一项困扰煤炭行业的世界性难题，我国现有火区探测技术总体上依然不能实现对煤矿隐蔽火源的精确定位，钻探法工程量大，费时费力、成本高，性价比低;同位素测氡法探测精度易受采动影响以及围岩裂隙漏风干扰，适用性低，探测精度差;物探法探测矿井隐蔽火区易受大地杂散电流、磁场强度变化等因素影响，准确性需进一步提升;遥感法受地表辐射背景、上覆岩层岩性、地质构造等因素影响较大，且成本高、操作复杂。

三、煤矿火灾防治发展对策

1、加强基础理论研究

在基础研究方面，应加强对煤自燃反应机理、深部煤自燃火灾耦合机制、煤层自燃前兆信息演化特征与预警方法、瓦斯与煤自燃耦合致灾规律、煤自燃防治材料的物化本征特性等关键科学问题进行研究，为火灾防治新技术和装备的研发奠定基础。

1)开展煤自燃反应机理研究，掌握煤低温氧化自燃链式反应种类、自由基和活性官能团与温升的关系，分析阻化剂与煤中自由基反应的过程机制，确定多因素耦合条件下煤自燃不同阶段的宏观热物理场效特性与微观结构变化特征，建立自燃过程的氧化动力学反应模型，揭示煤自燃火灾动力学反应与突变机理。

2)开展深部开采条件下煤自燃火灾耦合机制研究，探讨深部围岩蓄热条件变化影响下煤体的氧化放热性，分析深部开采过程中瓦斯与煤自燃风险共生环境下的灾害耦合致灾及演化规律，揭示热风压变化影响下深部煤体自然发火的耦合效应，确定深部高强度开采过程中采空区遗煤二次氧化机理。

3)开展煤层自燃前兆信息演化特征与预警理论研究，提出煤自燃活化性能测试方法与评价技术，确定煤自然发火期快速测试分析方法，建立环境气体本底含量异常等特殊生产技术条件下的预测预报指标。

4)开展瓦斯与煤自燃风险共生环境下耦合致灾及演化规律研究，分析不同火源产生的条件与致灾机理，揭示瓦斯爆炸后致灾性气体的生成动力学机制与受限空间传播特性，提出火区封闭、启封、治理等不同阶段的爆炸危险性评价方法与指标，确定矿井火灾诱发爆炸的转化条件及影响规律。

5)开展有利于煤自燃防治的采矿工程技术方案研究，分析煤层层位关系、工作面布置方向、工作面参数对生产系统的影响规律，研究采动影响下多元气体运移与灾害演化的时空特征，从预防煤矿火灾的角度，提出最优采掘部署方案的设计原则、防控条件与控制参数。

2、关键技术与装备研发

1)在监测预警方面，研制基于光谱技术的煤矿自燃火灾监测预警系统，研发基于物联网的MEMS煤矿带式输送系统、电缆、机电硐室高温异常点信息感知成套装备，建立基于全矿井大数据分析的内外因火灾危险综合评价方法及配套管理平台，实现长距离在线实时监测预警。

2)在火灾治理方面，研制基于红外遥感、磁法、电法的隐蔽火区多元信息探测技术与装备;研制开发新型气溶胶、无机泡沫阻化剂、微生物等防灭火材料及其专用装备;研制松散煤岩体大孔径灭火钻进装备;开发浅埋藏近距离复合煤层堵漏控风与惰化降温关键技术与装备、煤田火区高温大热容煤岩体的快速降温灭火技术及装备。

3)在应急救援方面，开发便携式煤矿漏风分析仪、煤矿灾害气体分析仪、便携式爆炸三角形分析仪等小型仪表，实现井下原位检测、就地分析功能;研制瓦斯抑爆材料与装备，实现火灾灾变环境爆炸危险性准确侦检与快速防护。

目前煤矿火灾防治技术现状及存在问题，煤矿火灾防治应坚持以基础理论研究为先导，以关键技术研究及装备研发为重点，以推广应用为目的，以法规标准升级为保障。在现有煤矿火灾防治技术基础上，努力突破火灾发生发展基础理论、矿井隐蔽火区精确定位等理论与技术难题，研究形成煤矿火灾防治技术与装备的创新性成果，持续推动煤矿火灾防治能力的提高。

参考文献：

［1］邬剑明，张晋花，吴玉国．露天矿自燃火区探测及火区综合治理技术研究［J］．煤炭工程，2012(2):53－56．

［2］曹代勇，时晓磊，樊新杰．煤田火区环境效应分析［J］．中国矿业，2013，16(7):40－42．

［3］高青松．露天煤田火灾治理中常遇的问题［J］．中国西部科技，2014(9):35－36．

作者简介：郭锋（1982—），男，陕西汉中人，工学硕士，工程师，毕业于西安科技大学安全技术及工程专业，长期从事煤矿安全技术及管理工作。