韩咀煤矿自然发火综合防治技术

孙志凤



韩咀煤矿自然发火综合防治技术

孙志凤

中煤华晋公司韩咀煤矿总工程师

行业曲线

韩咀矿井在煤自然火灾安全方面存在基础防治设施不完善、防治技术针对性不强等诸方面的问题，因此需要建立一套相对完善的火灾综合防治技术体系，来全面提升火灾防治技术水平。首先要研究和掌握煤自然发火的基本规律，科学地对煤的自然发火进行预测预报，判断煤的自然发火进程，做到防患于未“燃”。从而能够明确指导矿井防灭火工作的实施，开展各项防灭火工作。结合韩咀煤业目前矿井井下实际开采技术条件和生产布局，以“预防为主、防治结合”为矿井火灾防治工作的指导方针，实施建立适用于矿井的一整套防治井下自然发火的技术体系。矿井自然发火防治系统的建立有利于矿井安全，保障井下工作人员身体安全，避免因井下火灾引起的人员伤亡及财产损失。

煤层自然发火预测预报系统

目前国内用于监测火灾的系统有两种：一是井下火灾束管监测系统；二是地面色谱束管火灾监测系统。前者系统的布置方式是，在井下工作面附近的机电硐室或联络巷里面，布置该系统所需要的部件，如真空泵、气体采样分析柜和控制箱，它的信号是以电的形式，经过预先铺设好的电缆线输送到地面计算机的，通过计算机对井下传送上来的电信号进行分析、存贮，并对相应地点的火灾系数加以分析，以及对井下发生火灾爆炸可能性的判断，全部这些工作经过整理后，做成表格并打印出来交给有关部门，其优点是该系统维护及管理简单容易了解及应用操作。后者是把井下工作面的采空区或封闭区内的气体经真空泵抽送到地面，接着利用专门的仪器（气相色谱仪分析）对空气的成分及含量变化进行分析，该系统的优点是可以同时分析多组成分变化。经过两种系统的分析比较，韩咀矿应采用地面色谱束管火灾监测系统。

注氮防灭火系统

对于采用注氮防灭火的采空区而言，在注入了一定的氮气的采空区，该区域内的气体静压强得到了提高，由于压强差可以降低采空区的漏风量，从而达到空气与煤的直接接触量得到了大量减少；而且注入的氮气在流煤体的表面时，低温的氮气可以吸收煤氧化反应而产生的热量，可以进一步减缓煤因氧化产生的升温速度，也可以降低煤岩体周围物质的温度，从而使煤的氧化速度因达不到煤燃烧的着火点而延缓或终止。

对于采用注氮防灭火的采空区而言，该区域内的氧气浓度下降，相对与其他区域有所减小，氮气的增加及氧气的减少，会使氮气代替原来的部分氧气流动到煤岩体表面，甚至进入到煤体裂隙内，如此一来煤岩体表面与空气接触的地方，对氧气的吸附量便会有大幅度降低，这一表现在一定程度上减缓并抑制了遗煤与氧气的接触量，从而使遗煤的氧化放热速度降低。

氮气向采空区的注入，使得原来存在于采空区内的可燃、可爆性气体比例下降，所有气体混合后，由于氮气属于惰性气体，随着氮气浓度的增加，原有气体的爆炸范围逐渐缩小，即原有气体的爆炸下限值升高、爆炸上限值下降。当氮气与采空区原有的可燃、可爆性气体的混合比例值达到一定界限值时，此时混合气体发生爆炸的上限值就会与下限值重合，存在于采空区的可燃、可爆性气体就失去了原有的爆炸能力。

灌浆防灭火系统

灌浆防灭火方法是将注浆材料（粉煤灰，黄土，悬浮剂）细粒化后加水制备成浆，以高压水水作为动力系统，通过管道将材料输送到井下需要防灭火的指定区域，并将材料注入该区域，其作用是封死堵住漏风的通道，其浆液可以包裹煤岩，使煤岩与氧气隔绝，阻止煤岩的氧化，浆液的散热性能好，可以吸收周围煤岩的能量，使煤岩体温度降低，从而为达到预防或扑灭矿井火灾的目的而研制的一项技术措施。

韩咀矿2#煤（1202工作面）采用采3.0m，放3.47m的综放煤方法，工作面的特点是本煤层遗煤较多，在有较好的通风供氧条件，周围具有良好的蓄热环境时具备遗煤可以自燃的条件，所以，对采用黄泥灌浆既可将处于采空区遗煤煤体进行一定程度的覆盖，又可以对采空区起到堵漏风作用，可作为注氮防灭火起到很好的辅助作用。

图1　工作面堵漏措施

阻化剂防灭火

阻化剂防火工艺方式有多种，其中常用的主要工艺方式有：压注阻化剂溶液、汽雾阻化、喷洒阻化剂溶液。

阻化防火的管路系统为临时性。管路系统的临时性是其储液池的做工方式不同，临时性的储液池一般用矿车（或专用的储液箱做成），其管路的要求，现用现铺设。

灭火机理：阻化剂的制作，是其与水混合，制成一定浓度的水剂混合溶液，该混合液能起到防火作用，其防灭火机理为：① 混合溶液能够提高煤的化学惰性，在低温时能降低煤和氧的反应，起到防火的效果；② 混合溶液能形成一层液膜，包围煤块及煤的表面裂隙面，隔绝空气；③ 充填煤柱内部裂隙；④ 增加煤体的蓄水能力；⑤ 水分蒸发吸热降温。根本原因是降低煤的氧化速度，延长煤的自燃发火期。

压注阻化剂

为了防止井下易燃地点发火（如工作面煤柱、工作面起采线、停采线等），需要对易燃地点进行处理，压注阻化剂非常实用这类地点，不过需要在这些地点打钻孔以便于进行处理。压注阻化剂的适用条件是一些高温点的灭火。首先要做的是打钻孔，目的是为了测量温度，以便于确定火区范围，然后通过钻孔向火源注阻化剂水溶液，渐渐靠近火源，对火源进行降温处理以达到灭火的效果及目的。

汽雾阻化剂

汽雾阻化剂防灭火的根本原因在于，阻化剂水溶液在高压作用下，通过雾化器将阻化剂水溶液雾化，形成需要的气雾阻化剂。汽雾阻化剂是由微小的气雾颗粒组成，该微小颗粒可随着漏风风流流动，以漏风风流为载体，飘散到采空区漏风区域，从而达到采空区防火。

堵漏风防灭火

为了减少采空区漏风，减小氧化带宽度，配合注氮灭火达到最佳效果，应在工作面进回风端头采取堵漏风措施，目前矿井普遍采用吊挂帆布的方法，此方法经济、方便、工作量小，如果能够保持严密性，就能取到非常好的效果。由于此设施极易受到破坏，因此有必要建立密闭墙堵漏风系统。具体步骤：用装满遗留碎煤或矸石的编织袋沿工作面切顶构筑堵漏风墙。该堵风墙的方位应该沿着煤层走向，且堵风墙的垒砌方式，应该与每层的走向相互垂直，堵风墙两侧不留空隙，防止风从相邻支架尾梁和巷道煤壁流入采空区，为了防止风的流入，不但两侧不能留下空隙堵风墙的顶部也不应该留下空隙，鉴于工作面推进速度较快，暂定每推进30m构筑一道堵漏风墙，作用是用来风量防止过量的风流向采空区。工作面堵漏示意图如图1所示。

结语

通过对韩咀煤矿地质及煤层自然发火条件、经济投入的综合分析，韩咀矿应该建立束管监测系统，该系统的建立有利于煤矿井下火灾的防治，可以保障井下工作人员的人身安全，避免因火灾引起的人员伤亡及财产损失。

DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.017