1、淺析煤礦火災預防與防治技術摘要： 礦井火災是威脅煤礦安全生產、危害職工生命安全的重大災害之一。文中就我國現有的煤礦火災防治技術及礦井火災預測預報理論和方法進行了全面系統的闡述。介紹了一些我國近幾年研究和開發成功的、適用于我國國情的可靠而經濟的火災防治技術與手段,同時給予適當的評價。我國56%的礦井開采的是易自燃煤層，礦井火災是一大突出災害。百萬噸發火率近年雖有所下降，但仍高居不下，與世界幾個主要產煤國家相比，差距還很大。尤其是近幾年，重大火災事故還時有發生，給煤炭企業帶來難以估量的負面影響，特別是有損于煤炭行業的社會形象，也嚴重制約著煤炭企業的經濟效益。因此，火災防治工作依然是煤炭企業領導的一

2、項常抓不懈、重要而艱巨的任務。1 礦井火災分類1.1 外因火災外因火災是指由外來熱源，如放炮、瓦斯煤塵爆炸、機電設備不良、機械磨擦、電流短路、焊接火花等原因造成的火災，同時也包括內因火災處理不當而誘發的外因火災。礦井外因火災具有突發和嚴重的災難性。例如福建省陸家地煤礦曾經發生一起明火火災，由于無法進行反風造成了死亡28 人的嚴重性事故。由于外因火災的主要可燃物有木材、膠帶、電纜、油料等，故對井下可燃材料燃燒特性的認識，對我們分析火源、控制火情、減少損失有著積極的作用。許多專家和學者做了大量的燃燒實驗，測試得到了各種材料的基本燃燒性質及火災過程中各種因素的相互影響等寶貴的數據，豐富了人們對礦井火

3、災燃燒特性的認識。1.2 內因(自燃)火災自燃火災是指煤炭自身的吸氧、氧化、發熱、熱量逐漸積聚達到著火溫度而形成火災。縱觀我省煤礦有不少礦井的煤層有自然傾向性，如蘇邦煤礦今年年初發生自燃火災及一些小煤窯的自燃火災屢有發生等現象也說明了這點。煤炭并不是一暴露于空氣中就自燃著火的，一般需要經過潛伏期、自熱期和自燃期三個階段。(1)低溫氧化階段特征：煤的重量略有增加，增加的重量等于吸附氧的重量，煤的化學性質變得活潑，煤的著火溫度降低。(2)自熱階段特征：煤溫升高;流經火源后的空氣氧含量減少;空氣濕度增大，形成霧氣，在支架及巷道壁上凝有水珠;空氣中CO、CO2 含量顯著增加。(3)自燃階段產生大量的C

4、 和碳氫化合物;空氣和煤巖溫度顯著升高;火源出現火焰;巷道中出現煙霧及特殊的火災氣味。2 礦井火災預測預報技術煤的自燃傾向性鑒定技術在80 年代中期前， 應用的是照搬蘇聯的煤著火溫度降低值法。盡管發現它存在著不少缺點，但由于缺乏自己的技術和手段，仍然不能予以割舍，沿用了幾十年。進入80 年代中期，隨著新技術的發展，我國才開始開發研制以現代色譜為基礎的新一代煤的自燃傾向性鑒定技術和手段。現已開發出被納入法規的色譜吸氧鑒定法及其配套儀器ZPJ-1 型煤的自燃性測定儀，業已投入實際應用，使我國在這方面的技術和手段步入國際先進行列。色譜吸氧鑒定法，就是應用現代氣相色譜技術與手段， 檢測煤低溫下吸氧的能

5、力(氧量、速度)，作為判別煤的自燃傾向性程度。它的特點是使用了現代色譜技術，測定和計算都由色譜儀及其附件完成，人員不接觸有害物質。該方法已納入煤礦安全規程(1992 年版)作為法定方法執行。它簡單易學，操作簡便，且無害健康。3 礦井火災防治技術我國煤礦火災防治技術措施，總體上說，有如下幾類。3.1 均壓防滅火技術均壓防滅火技術一般對工作面及掘進面初期發現的高溫預兆點有較好地效果。它是采用通風的方法減少自燃危險區域漏風通道兩端的壓差，使漏風量趨于零，從而斷絕供氧源，起到防滅火作用。3.2 阻化劑防滅火技術煤炭自然發火是由于煤與空氣中的氧氣相互作用的結果，在漏風不可避免的情況下， 在煤的表面噴灑上

6、一層隔氧膜，阻止或延緩煤的氧化進程。阻化劑主要是鹵化物與水溶液能浸入到煤體的裂隙中，并蓋在煤的外部表面，把煤的外部表面封閉，隔絕氧氣。同時，鹵化物是一種吸水能力很強的物質，它吸收大量水份復蓋在煤的表面，也減少了氧與煤接觸的機會，延長煤的自然發火期。3.3 阻化汽霧防滅火技術汽霧阻化防滅火其實質就是將受到一定壓力的阻化溶液通過霧化轉化成為阻化劑汽霧。汽霧發生器噴射出的微小霧粒可以依漏風風流為載體飄移到采空區內，從而提高采空區防火效果。3.4 超大量灌注無機固化粉煤灰防滅火技術目前現用防滅火充填材料主要有:黃泥漿充填材料、水砂漿充填材料、煤矸石泥漿充填材料、粉煤灰充填材料、石膏育填材料、水玻璃凝膠

7、充填材料、廢水泥渣充填材料等。但都存在有成本高、脫水以后體積減少多，不能固化或固化以后支撐強度低等缺點。因此，根據目前的研究與現場應用現狀，以粉煤灰為主料，研究出經濟成本低，堆積能力強，固化后不脫水或少脫水，初凝時間和固化時間可調，具有堵漏、防火、滅火、防復燃、充填支撐強等功能的無機固化粉煤灰防滅火充填材料;并研究了利用黃泥灌漿系統灌注無機固化粉煤灰的配套裝置及其灌漿工藝來防治巷道高冒、空洞、沿空巷道幫、溜煤眼、聯絡巷、停采線、采空區等地點的煤炭自燃發火。3.5 化學惰氣泡沫防滅火化學惰氣泡沫防滅火材料由多種原料組成，其原料均為固體粉態，經過分別溶解后形成2 種溶液。在井下滅火時，可采用鉆孔壓

8、注方法，將溶液注入自然發火區域。當2 種溶液混合后，便會發生化學反應，產生惰性泡沫，其體積可膨脹8!12 倍。惰氣泡沫可迅速向周圍空間、漏風通道及煤壁裂隙擴展，充填火區空間，窒息火區，而且惰泡具有較好的穩定性，可以起到隔絕空氣的作用。此外，化學惰泡的落液，還具有較高的阻化能力，可以有效地抑制殘煤的復燃，達到防火的目的。3.6 惰化技術防滅火惰性氣體惰化技術，雖然很多煤礦都可以應用，但在我國則規定，放頂煤開采的煤礦必須使用以它為主的綜合措施(除惰氣外還輔以其它措施)來防治煤自燃火災，目的是要在較大的程度上保證采煤安全。惰氣源目前發展起來的主要是氮氣，制備的方式有:深冷空分、碳分子篩變壓吸附和中空

9、纖維分離等三種，我國有相當的產品提供礦井選用。它們各有其特點，目前各礦主要考慮的是經濟承受力， 除深冷空分固定資產較高外，其它兩類由于分離氮的基礎材料如碳分子篩、中空纖維等，還難以生產出可與國外產品競爭的產品， 造成初期投資也較高，加大了生產成本，使礦井在一定程度上失去經濟優勢。因此，欲廣泛發展和應用這些新技術，還需要加大科研力度，解決基礎材料國產化及降低成本問題。在應用技術方面則應改進和提高注氮工藝，加強與采煤工藝的互相配合，以便取得好的效果。注惰效果主要取決于能否保證惰氣質量，合理必需的注入量及其連續性，以及能否輔以強有力的檢測技術，否則很難取得理想的效果。各礦必須認識到這一點，不可將注惰

10、作為一項萬能的措施，盲目地濫用。致于目前已開發使用的三種制惰(氮氣)設備，相對來說，更受歡迎的還是井下移動式膜分離設備，因為它較碳分子篩設備更易操作和維護保養。但也有其缺點，除上述的需要國產化外，某些部件也須改進、提高，特別是其凈化過濾裝置。此外，三種制氮裝備中，不論那一種，都需注重產品的質量，并以優質的售后服務，保證裝備的正常和良好運轉。3.7 堵漏技術防滅火煤層開采時期火災防治的第二個重要環節是堵漏，也就是采取某種技術措施減少或杜絕向煤柱或采空區的漏風，使煤缺氧而不會自燃。堵漏技術和材料，我國近年發展也很迅速，相繼研究和開發出適于巷頂高冒堵漏的抗壓水泥泡沫和凝膠堵漏技術和材料，適于巷幫堵漏

11、的水泥漿、高水速凝材料和凝膠堵漏技術與材料，以及適于采空區堵漏的均壓、惰泡、凝膠和尾礦泥堵漏等技術成果，它們各有其使用條件和優缺點。目前，上述這些堵漏技術和設備及材料，我國都可以解決，各礦可以根據本礦的具體情況，因地制宜地選用。值得一提的是，均壓防滅火和凝膠防滅火技術，操作都不復雜，具有不污染或少污染環境的優點，所需的投入也不多，技術也不復雜，值得各礦大力應用。3.8 液氮防滅火技術液氮防滅火就是從地面或井下向已封閉的火區灌注氮氣、加速火區的熄滅。自60 年代后期國外主要產煤國家將液氮技術用于井下防滅火以來，經不斷開發完善，現已成為各國煤礦井下處理大型火災的一種重要措施。近年，英國、法國、德國

12、地面移動式制氮設備的產氮量達1200m3/h， 產氮量在5000m3/h 的設備在研發中。德國從1974 年11 月至1986 年8月共應用氮氣滅火80 次，消耗氮氣達30 億m3，搶救出綜采設備65 套。80 年代初，我國一些煤層易自燃的煤礦開始采用注氮防滅火技術，取得了一定的效果，經“八五”攻關研制了能力為200m3/h 的井下移動式制氮裝置。特別是近些年來我國的放頂煤開展迅速，此法采空區丟煤多，造成遺煤大面積的危險性堆積，極易引起煤炭自燃，且這些火點往往在頂板高冒處或采空區深部，這時采用注氮滅火效果最為顯著。3.9 膠體防滅火技術目前常規的灌漿、均壓、阻化劑、氮氣防滅火技術在抑制煤層自燃

13、火災中起到了很大作用，但也存在一些局限性。針對煤層自燃特點，近幾年由西安科技大學研制的耐溫高水膠體防滅火技術集堵漏、降溫、阻化、固結水等性能于一體，較好地解決了灌漿、注水的水泄漏流失問題，已成功地撲滅了幾十起煤層自燃火災。新型復合膠體防滅火技術是由特種添加劑與水按一定比例混合而成，添加劑的濃度一般為1!5。新型復合膠體防滅火技術是利用定量添加設備， 將添加劑按一定比例加入水中，使水(或泥漿)稠化，然后用泵(或灌漿系統)壓注到松散煤體中。在泵壓和自重作用下稠化液體滲入到煤體裂隙和微小孔隙中，先對注入口附近火源表面降溫，并形成膠體阻斷氧擴散，阻止煤體繼續氧化放熱，進而降低煤體內部溫度，熄滅火勢，隨

14、后膠體逐漸向周圍放射擴散，慢慢擴大火勢熄滅圈使煤體溫度降低，從而達到防滅火的效果。(1)新型復合膠體添加劑濃度比較低，小于5。添加劑的濃度為3時，與傳統的膠體滅火材料(如凝膠)濃度為10%時的性能相當。在滅火中采用該材料使固體滅火材料在井下的運輸量可減少30 倍以上，這對降低工人勞動強度，提高滅火效果非常有利。由于它的用量少，膠體成本比傳統的膠體滅火材料有所降低。(2)對水質依賴性小，耐酸堿。在pH4 的水中都可形成較好的膠體，一般的鹽對膠體性能的影響不大。(3)溶解速度可調。根據工藝需要調節材料的溶解速度，可以滿足不同的工藝要求。材料的溶解速度可通過改變粒度、添加劑等手段來調節，可根據需要制

15、成系列產品。(4)新型復合膠體耐火性能好。將其放入打鐵爐中，用鼓風機鼓風，火勢很旺，只見膠體透明顯紅光，僅有少量的水蒸汽產生，膠體不消失，對周圍的紅炭仍起滅火作用。(5)具有一定的強度及滲透性、蠕變性、粘彈性。新型復合膠體能夠滲透到煤層的裂隙中，堵住漏風;在煤層間隙受力發生蠕變時膠體不會破裂;由于膠體有粘彈性，它能緊密充填于煤層間隙，即使破碎煤層也不會產生漏風裂隙。（最專業的安全生產管理-風險世界網）(6)具有一定的觸變性且受熱粘度降低。由于它有觸變性，在用泵進行壓注時，其粘度較低，輸送阻力不大，而進入煤層靜止后，其粘度增大，可滯留在煤層中，吸熱堵漏;由于材料受熱粘度降低，使其在煤層中向高溫點的流動變得容易，而從高溫點向外流相對較困難，這對滅火有利。(7)具有良好的吸熱性，且滅火時不會產生大量水蒸汽。膠體材料中99%以上是被束縛的水， 所以它有很大的熱容，可吸收大量熱，使煤溫下降