矿井自燃火灾防灭火技术分析

高亚斌,郭知武,姜海鹏

(中国矿业大学安全工程学院)

·试验研究·

矿井自燃火灾防灭火技术分析

高亚斌①,郭知武,姜海鹏

(中国矿业大学安全工程学院)

矿井自燃火灾是威胁煤矿安全生产、造成煤矿重特大事故的主要灾害之一。本文就我国现有的矿井自燃火灾防灭火技术进行了全面系统的分析。介绍了目前煤矿企业采用的主流防灭火技术,指出矿井应根据实际情况,采取几种防灭火措施相结合的方法,制定一套适用的防灭火技术体系。

矿井自燃;防灭火;技术;分析;意义

矿井火灾是煤矿主要灾害之一。我国56%的矿井开采的是易自燃煤层,“十五”期间,全国657处重点煤矿中,经验发火期在3个月以内的矿井占50%以上,有煤层自然发火倾向的矿井占54.9%,每年自燃形成的火灾近400次[1-5]。矿井火灾不仅会导致矿井设备和煤炭资源的大量破坏与冻结,而且燃烧生成的烟气使井下工作人员的生命健康受到威胁。矿井的防灭火措施不足,还会引起瓦斯爆炸事故,造成更大的损失。因此,矿井防灭火技术对煤矿的安全生产具有非常重要的意义。

矿井火灾按引火热源的不同分为外因火灾和内因火灾。内因火灾又称自燃火灾,是矿井火灾防治的重点。80%以上的矿井火灾为自燃火灾,它的火源比较隐蔽,致使灭火难度大,火灾持续时间长。现有的矿井防灭火技术大多针对自燃火灾采取相应的措施。目前我国煤矿的防灭火措施,总体上说,有以下几类。

1 矿井自身防灭火

煤炭只有处于破碎状态、连续供氧而又易于蓄热的环境中才能产生自燃,因此,在矿井设计、建设和生产管理的各个阶段中,采取一些有效的技术手段来控制自燃的各因素,可使矿井本身具有一定的防灭火能力。实践证明,正规合理的开采、最小的煤层暴露面、最大的煤炭回收率、最快的回采速度、易于隔绝的采区、岩石巷布置、无煤柱开采技术,能让煤与氧尽可能地少接触,从而降低煤自燃发火的可能性,对防止煤炭自燃起到相当的作用[6]。然而,在煤矿的实际开采过程中,采空区留有大量浮煤和含煤矸石,漏风严重,这给煤的自燃发火创造了条件。

2 灌浆防灭火

灌浆就是把黏土、粉碎的页岩、电厂飞灰等固体材料与水混合、搅拌,配制成一定浓度的浆液,借助输浆管路注入或喷洒在采空区里,达到防火和灭火的目的。此法能充填煤岩裂隙及其孔隙表面,增大氧气的扩散阻力,减小煤与氧的接触和反应面;浆水能浸润煤体,增加煤的外在水分,可吸热冷却煤岩;由于其材料特性,可加速采空区冒落煤岩的胶结,增加采空区的气密性。此方法的实质是抑制煤在低温时的氧化速度,延长自燃发火期。灌浆的不足之处在于不能均匀覆盖煤体,对中、高处的浮煤起不到作用,同时采空区容易出现“拉沟”现象而跑水跑浆。

3 阻化剂防灭火

阻化剂防灭火是在煤的表面喷洒阻化剂,形成一层隔氧膜,阻止或延缓煤的氧化进程。目前常用的阻化剂有氯化钙(CaCl2·H2O)、氯化镁(MgCl2·6H2O)等氯化物,水玻璃(xNa2O·y SiO2),氢氧化钙,以及工业废液等[7]。由于阻化剂的负催化作用,增加煤在低温时的化学惰性或提高煤氧化的活能;形成的液膜包围煤块和煤的表面和内部裂隙面,阻止了煤氧接触;阻化剂的吸水性增加了煤体的蓄水能力,延长了煤的自然发火期。此方法的不足之处在于形成的液膜易破裂,影响防灭火效果;并且阻化剂可腐蚀井下设备和危害工人身心健康。

4 胶体防灭火

胶体防灭火是注入配置好的溶液后,在需要的时间和范围内发生凝胶作用,使不流动、半固体状的凝胶包裹高温煤体,起到防灭火的作用。目前使用的胶体主要有无机凝胶、胶体泥浆、稠化胶体和复合胶体等类型。由于成胶过程是吸热反应,形成的胶体又固结了水,使此方法有很好的降温灭火作用;成胶前后的状态变化使其具有一定的渗透、堵漏和充填性能;使用的材料为阻化剂,使胶体具有通用阻化剂的性能;成胶时间的可控制提高了现场操作的针对性[8]。使用胶体的不足在于流量小,作用有限;胶体水分散失后容易龟裂;成本较高;部分种类(如普通硅酸凝胶)成胶时会释放有毒有害气体。

5 惰性气体防灭火

惰性气体防灭火是向采空区氧化带内或火区内注入一定流量的惰性气体,使其氧含量降到10%或3%以下,达到防火、灭火和抑制瓦斯爆炸的目的。常用的惰性气体有CO2、N2和燃油惰气。N2主要用于集约化综采及综放开采条件下采空区防灭火;CO2适用于电器设备和精密、昂贵仪器的火灾;燃油惰气主要用在因外因火灾或自燃火灾而导致的封闭区。惰性气体可快速的充满采空区或火区,使煤因氧气不足而不能氧化自燃,火源因缺氧而熄灭;注入的气体能够减少封闭区内外的压力差,起到减少漏风的作用;惰性气体对井下环境和机电设备无污染。此方法的不足之处在于惰性气体易随漏风扩散,不易滞留在注入区域内,防灭火效果较差。

6 泡沫防灭火

泡沫防灭火是将气体在混合液体中充分分散,形成泡沫,充填火区空间,窒息火区,隔绝空气,达到防灭火的目的。目前应用的泡沫主要有惰性气体泡沫、阻化泡沫、三相泡沫和粉煤灰固化泡沫。泡沫材料具有较高的发泡倍数,可以覆盖高低处的浮煤;泡沫具有一定的强度,可以起到充填、堵漏的作用;泡沫内的气体可在目标区域内有效驻留,起到降温、窒息的效果[9-11]。但是泡沫稳定时间短,不能实现固化,在表面破碎区域压注发泡性能差,成本相对较高。

7 均压防灭火

均压防灭火是利用风窗、风机、调压气室和连通管等调压设施,改变漏风区域的压力分布,降低漏风压差,减少漏风,从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区,或熄灭火源的目的。主要使用的方法有调节风窗调压、风机调压、风窗—风机联合调压等。该方法可大量减少漏风,使煤的氧化减弱,但由于其不能将压差降为零,对煤柱、工作面顺槽顶煤、上分层采空区的自燃预防作用较小。

矿井火灾是制约煤矿安全发展的重要因素。近年来,我国煤矿的防灭火技术有了较大的发展与提高,但单一的技术不足以保证煤矿的安全生产。因此,要根据矿井的实际情况,以“预防为主,防治结合,综合治理”的思想为指导,采用几种防灭火措施相结合的方法,制定一套矿井的个性化防灭火技术体系。

[1] 杨起.中国的煤炭资源—共同走向科学—百名院士科技系列报告集(上)[C].北京:科学出版社,1997:276-288.

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Analysis on Spontaneous Combustion Fire Control Technology in Coal Mine

G ao Ya-bin,Guo Zhi-wu,Jiang H ai-peng

Mine spontaneous combustion is one of the major disasters of threating coal mine production safety,results in serious coal mine accidents.This article conducts a comprehensive and systematic analysis of China’s existing anti-mine spontaneous fire extinguishing technology.Introduces the mainstream antiextinguishing technology which coal mining enterprises adopt currently,points out that the mine should based on actual conditions,adopts the methods of the combination of several anti-fire measures,makes a set of suitable fire extinguishing system.

Mine spontaneous combustion;Fire prevention;Technology;Analysis;Significance

TD752

B

1672-0652(2010)05-0016-02

2010-03-23

高亚斌 男 1988年出生 2007年中国矿业大学安全工程学院在读本科生 徐州 221116