探究煤炭矿井火灾及防治策略

李振东

摘要：火灾是矿井主要危害之一。本文结合徐矿集团实际，简析了我国煤炭矿井火灾的事故特点及危害特征，探讨了防火灾技术的发展现状，分析了现阶段现行防灭火技术的应用现状及适用性，并尝试提出有针对性的防治策略。

关键词：徐矿;火灾;起因;防治

徐矿集团位于江苏省徐州市，煤炭开采历史已逾百年。所属煤矿受地质条件影响，存在水、火、瓦斯等灾害，其中火灾防治任务艰巨。徐矿集团积极推进智能矿山建设，将"无人则安、少人则安"的理念逐步变为现实，基于物联网技术，建立了智能火灾监控系统，通过高清摄像头+智能识别，实现了火灾监控与智能识别隐患，取得了一定的效果，但依然存在诸多防治问题，成为企业保障煤矿安全生产的重大挑战。

1矿井火灾的基本情况

1.1矿井火灾简述

矿井火灾又叫矿内火灾或井下火灾，通常是指发生在煤矿井下巷道、工作面、硐室、采空区等地点的火灾。按照起火源的不同，我们一般将矿井火灾分为内因火灾和外因火灾两种类型[1]。

1.2矿井火灾防治的严峻性

矿井一旦发生火灾，不仅会烧毁大量的设备器材和煤炭资源，给生产带来损失，而且会产生大量有毒气体，弥漫井下，使大批矿工中毒死亡，在有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井中，还可能引起瓦斯、煤尘爆炸事故，其危害更加严重[1]。

2矿井火灾的问题和挑战

2.1矿井火灾防治的现状

我国近六成的煤矿存在自然发火灾害，其中采空区自然发火占比例最高。传统意義上，监测采空区诸如瓦斯、CO（一氧化碳）等发火标志性气体采用束管检测系统，不仅技术复杂，而且系统不能实时监测，也不准确;而电子检测技术难以适应井下恶劣环境，且通电使用难以保证漏电而产生不安全。

近年来，随着5G、物联网、大数据等信息技术的发展，以及对矿井火灾机制研究的不断深入如实时安全监测系统、地理信息“一张图”等，能够及时监测煤矿关键区域的消防隐患，一旦发生异常情况，可以快速定位、及时报警，并将火灾信息反馈给后台，辅助启动应急处理预案，减少突发状况损失。

一批新型防灭火技术和火灾预防设备逐步开发出来并得以应用，不过，由于我国对煤矿消防的理论研究和技术探索起步较晚，新型的火灾自动报警系统、灭火设备和井下逃身设备等关键装备和技术应用大多还处于试点应用阶段，并未构建起全时空、全覆盖、动态化的立体监测体系，防控效能潜力未完全释放，做好矿井防灭火工作，确保矿井的安全生依然是煤矿从业人员的严峻任务，几乎每年都有因火灾引发的煤矿灾难发生，给社会造成重大人员和财产[2]。

2.2矿井火灾的起因

2.2.1矿井火灾的主要要素

为了防治矿井火灾，保证煤矿安全生产，对矿井火灾进行必要的分析和了解十分重要。一般来讲，矿井火灾发生通常需要具备三个要素，即足够浓度的供氧源、足够热能的热源以及可燃物质的存在[2]。

2.2.2矿井火灾发生的原因

矿井火灾与地面火灾不同，具有特殊性，通常火灾发生场所环境复杂，井下工作场地较为狭小，各类电气设备、坑木等陈列其中，埋下了火灾隐患。加之，井下作业劳动强度大，工作人员稍有疏忽，很容易引发火灾。更为棘手的是，由于井下条件复杂，进出口有限，一旦发生事故，外部救援人员难以进入，矿井里面人员、通风、设施损毁等情况都不清楚，救援难度很大。同时，井下工作人员疏散和躲避也是极容易忙中出错，造成人员伤亡，加重火灾造成的损失。

煤矿发生火灾事故与许多因素有关，但总的来说，构成火灾的基本要素归纳起来有热源、可燃物、空气三个方面，另外与煤矿的安全技术投入、救援装备水平、安全意识和管理水平等相关[2]。

2.3矿井火灾防治中存在的问题

煤炭的价格相对便宜，对我国改革开放以来取得的巨大经济成就功不可没，近几年来，随着各个行业的迅猛发展，对于煤炭的需求量也越来越大，煤矿开采量也水涨船高，导致火灾等矿难频繁发生，不断考验着安全生产的红线。

相应的，我国加大了防治矿井火灾关键技术的研究力度，积极推广研究成果，其中包括引进了国外煤炭工业的一些技术方法，选用了具有针对性的防治措施，持续开展实时在线监测预警等新兴信息技术研究，逐步提升矿井生产的高产高效，取得显著成效。不过，就笔者了解，矿井防灭火形势的严峻形势并未改变。以徐矿集团为例，矿井火灾防治水平在大幅提升的同时，依然留有诸多难题尚未攻克：

新型防灾装备及技术应用支撑能力较弱。如火灾一体化预警系统尚处于试用阶段，并未形成体系化、系统化的工作场景，防灭火的数据采集、智能分析支撑能力还比较弱，亟需尽快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。

部分煤田火区及小窑火区对工作面的安全生产依然存在威胁。根据评估，目前仍有5座煤矿受煤田火区威胁，受影响的工作面达10余个、露天开采区域40余万㎡;6座煤矿受小窑火区威胁，受影响的工作面达20余个。

部分煤矿采空区自然发火危险性增高。一是部分停采、限产矿井工作面目前进行保安性开采、没有封闭，采空区自然发火危险性高;二是部分矿井工作面过地质构造带时，由于采煤工艺、地质条件发生变化，导致采空区遗煤较多，推进速度远小于最小安全推进速度，采空区自然发火危险性增高;三是受回撤工艺、地质条件限制，部分矿井工作面回撤时间超过最短自然发火期，增大了采空区自然发火危险程度。

工作面回风隅角及附近区域存在低氧现象。部分矿井开采侏罗纪易自燃煤层，大多处于N2- CO2带，在采煤过程中，煤体破碎，大量N2和CO2气体析出，加之采空区遗煤低温氧化消耗氧气，造成工作面回风隅角及附近区域出现低氧难题。

3矿井火灾的防治

对现有威胁矿井安全生产的火区，要贯彻"超前治理，防治结合，先治后采"的的基本原则。在消除火区威胁后方可回采作业;对已经熄灭的火区加强监测，防止火区复燃;对井田范围内小煤窑自然发火危险因素等进行排查，防止出现隐蔽火灾给矿井安全生产带来新的影响。

3.1外因火灾的预防措施

1）一防明火。严控重点区域，如井口房和通风机房附近严禁烟火;严控引火源，下井工作人员不得携带烟草、引火物;严控易燃物，井下硐室内不准存放汽油、煤油或变压器油，井下使用的润滑油、棉纱和布头等必须集中存放，定期送到地面处理。[3]

2）二防放炮引火。黑火药容易造成连续事故，是井下的极端危险物，必须严加杜绝。需要火药的场合必须以安全火药代替，并且需要严格执行放炮规定，如"一炮三检查"和"三人连锁放炮"制度等。

3）三防电气引火。电气设备运行时可能产生电火花、电弧、电热辐射，是井下火灾的重要诱因。矿井电气设备应具备过流、漏电、接地等保护措施，并且严禁过载运行，确保正常使用，同时，也要做好日常检查和保养，防止设备内部故障导致起火，做好维修记录。定期进行电气专项检查和整治，消除隐患。

4）四防摩擦生火。应做好井下机械运转部分的保养维护工作，及时加注润滑油，保持其良好的工作状态，防止因摩擦生热而引起火灾。[3]

5）五防带式输送机。国内外多次发生过带式输送机火灾事故，造成众多人员伤亡和财产损失。为避免带式输送机火灾，必须使用阻燃输送带，装设驱动轮防滑保护、烟雾保护、过载保护和输送带脱槽保护等装置;保证安装质量，加强维护、改善装载条件等[3]。

6）六防反应滞后。为提高火灾响应速度，降低人为损失，对井下关键设备与区域，必须安装自动监测与报警装置，如防漏电报警系统、防过载报警系统、电缆温度报警系统等。这些系统可与矿井安全监测系统联机，形成具有预警、报警、断电和喷水冷却灭阴火和喷泡沫灭火等功能。

3.2内因火灾的预防措施

最大程度减少和限制煤炭与空气的接触，阻断或延缓煤炭氧化过程中热量的聚积是防止内因火灾的关键，有效的预防措施如下：

1）一要科学采矿。如采准巷道，少留一些矿柱，减少对矿体的切割;遵循自上而下、自远而近的开采工艺顺序，减少对矿体的破坏;选择合理的采矿工艺，降低开采成本和损失，减少采空区中遗弃的矿石和原木材料数量;正常、均衡、有效地进行返回采矿，提高采矿的强度，及时进行污水处理并严密地封闭采空区[3]。

2）二要合理通风。设置适当的通风系统，有效地减少向采空区域的漏风。必须采用机械性的通风，保证矿井的风流平衡，不受天气和自然风压的影响;加强对通风的构筑物及其他通风情况的监督检查与管理，提高密闭式通风门的使用质量，防止向采空区泄露渗漏风;尽量把通风的构筑物布设在岩石巷道内或者地压力较小的位置，防止当出现孔洞时造成朝向采空区域的漏风。

3）三要密闭采空区。对室内局部油烟起火大的区域还应进行防火充填并分层防火隔离。使用空气封闭式或充填式起火保护措施，把那些有可能起火引起气体自燃的起火区域与外部干燥空气环境进行完全隔离。使用泥浆材料来防止堵塞岩石矿柱的表层裂隙，可以有效率地防止煤炭的硫化和氧化。另外，还要在一个专门通往采空区的小巷口上方设置一道采空防火墙，隔绝进入采空区。

4）四要预防性灌浆。即把泥浆用的管道经钻孔、特殊灌浆工艺通过地下土壤钻孔、专门灌浆工艺，将矿石在地表土壤陷落区的裂隙灌桨向火场或采空区进行灌浆，使得矿石和土壤之间能够完全隔离，阻止水分的氧化，防止自燃。

5）五要调整通风。尽量减少向着火区或者具有着火自燃危险区域之间的进、回风两侧的压力相差，从而可以减少或完全消除对着火区的泄露和漏风，防止着火区内采出的硫化矿物造成着火。

6）六要巧用阻化剂。采用阻化剂进行防火工作是对于防治内因发生火灾十分有效的方法和措施，比如使用一定量的钙、镁盐或其他化合物通过水溶液加工制成的阻化剂喷洒或将其注入矿石或采空区内，可以有效地达到抑制、延缓煤炭氧化的目标，达到预防自燃的作用。

3.3加大关键技术研究和应用，积极推广新科技、新设备、新材料，科技防火

1）大力推行以人工检测、色谱分析、束管监测和安全监控相结合的"四位一体"的火灾预测预报监测系统，实现矿井防灭火监测和综合分析，升级现有煤矿安全监控系统，使其能够更好地实现灾害预警功能。

2）建立矿区三维地质地理信息系统。将分散、零碎的地质地理信息整合在一个平台上，实现了地下、地面信息"一张图"，并通过无人机测量、三维激光扫描技术定期更新，使矿井的防治火、采空区探测、边坡监测等技术更加精准，提升防灾救援能力。

3）建立设备实时诊断系统，实时检测主要采矿设备运行情况，并将出现的故障实时上传，确保设备时刻处于稳定运行状态。

4结语

消除事故隐患，筑牢安全防线。面对矿井火灾这一猛虎，我们必须依靠科技攻关、科学管理补短板，逐步摸清矿井火灾的脾气、掌握伏虎的好方法。各煤矿应基于矿区煤层的差异化特点，坚持"一矿一策、一面一策"的策略，围绕防突出与防灭火两项工作重點，进一步强化通风、抽采、监测三大系统并重运行，推动先进防治火灾设备和技术的应用，实现矿井火源的智能监控和快速定位，促进煤矿火灾防治能力的提高。

参考文献：

[1]史月英.煤矿企业存在的消防安全问题及对策.消防技术与产品信息 2016

[2]梁运涛;侯贤军;罗海珠;田富超;于贵生.我国煤矿火灾防治现状及发展对策.煤炭科学技术2016

[3]杨波;王伟.神华集团公司矿井火灾防治实践.煤矿安全 2015