浅谈某矿务局火区综合防灭火技术应用

浅谈某矿务局火区综合防灭火技术应用

陈为红

广东建诚工程咨询有限公司511515

摘要：介绍了综合灭火技术梅田矿务局七矿北二采区火区的应用情况，并对应用情况进行了综合分析、总结。该技术在大面积火区防灭火应用中效果显著。

关键词：综合；防灭火；技术；应用

一、概况

七矿北二上山采区于1996年7月8日上午10时，在进行周期检查过程中在总回风道内发现CO，并随着时间的推移，采区总回风道CO浓度呈明显上升趋势，最大达到10000ppm，为了避免火灾事故的进一步扩大，只能对七矿北二上山采区进行封闭，为矿井安全生产提供良好的环，制定综合防灭火技术并实际应用。

二、火灾预测预报理论及方法

2.1煤的自燃机理研究近年来,根据固体有机物氧化理论,我国一些学者对煤的自燃,特别是对其初期的氧化现象进行的研究表明:煤炭的氧化和自燃是一种基一链反应。即煤炭在其生成过程中形成了许多含氧游离基,如羟基(-OH)、羧基(-COOH)和羰基(>C=O)等;在低温下,煤从空气中吸附的氧气与这些游离基反应,会生成更多的、稳定性不同的游离基,这时放出的热量虽很少,但煤的活性增强;随着这一过程的不断继续,在一定条件下,具有自燃倾向性的煤就可能发展为煤炭自燃。

2.1.1煤炭自燃必须具备的四个条件(四要素)

（1）煤具有自燃倾向性(即在常温下有较高的氧化活性);

（2）具有自燃倾向性的煤呈破碎状态并集中堆积存放;

（3）有连续的供氧条件;4)热量易于积聚。

2.1.2影响煤炭自燃倾向性的因素

（1）煤的变质程度(煤化程度)。炭化程度越高,氧游离基的含量越少。

（2）煤的成分。含丝煤越多,自燃倾向越大;含暗煤多的煤,一般不自燃。

（3）煤中的水分。煤中水分少时,有利于煤的自燃;水分足够大时,则会抑制煤的自燃;但是,煤中的水分蒸发后,其自燃危险性会增大。

（4）煤的含硫量。同牌号的煤中,含硫矿物(如黄铁矿)越多,越易自燃,因为煤中所含的黄铁矿,在低温氧化时放出的热量促进了煤炭自燃。

（5）煤炭的孔隙率和脆性。煤炭的孔隙率越大,越易于自燃。这是由于孔隙率越大,O2越易渗入煤的内部,煤的氧化表面积也越大。变质程度相同的煤,脆性越大,越易自燃。因为煤的脆性大小与该种煤岩是否易于破碎和形成煤粉有关。

（6）煤层厚度和倾角。煤层厚度或倾角越大,自燃危险性越大。这是因为开采厚煤层或急倾斜煤层时,煤炭回收率低,采区煤柱易遭破坏,采空区不易封闭严密和漏风较大。而且,煤是不良导热体,煤层越厚,越易积聚热量。若厚煤层分层开采,则发火概率较大。

（7）煤层埋藏深度。煤层埋藏深度增加,地压和煤体的原始温度增加,煤内自然水分少,这将使煤的自燃危险性增加,在开采深度不大时,容易形成与地表沟通的裂隙,造成采空区内有较大的漏风,也容易在采空区中形成浮煤自燃。

（8）地质构造。煤层有地质构造破坏的地方,煤岩发生自燃比较频繁。这是因为煤质松碎增加了煤的氧化活性和供氧通道与氧化表面积。在岩浆侵入区,煤层受到干馏,煤的孔隙率增加、强度降低,自燃的危险性也就增大。

（9）围岩性质。顶板岩层坚硬且裂隙发达,冒落后块度较大,采空区漏风大,供氧条件好;若底板也较坚硬,护巷煤柱所受地压大、易破碎,则有利于自燃;如果底板松软而可塑性强、顶板稳定,则煤柱不易被压碎,自燃危险性就比较小;如果顶板松软、易陷落,供氧条件差,采空区内遗煤自燃危险性将大大降低。

（10）煤的瓦斯含量。煤孔隙内存在的瓦斯(煤层气),能够占据煤的孔隙空间和内表面,降低了煤的吸氧量。瓦斯逸出后,就构成煤炭氧化较为强烈的条件。煤中剩余瓦斯含量大于5m3/t时,煤自燃难以发生。

（11）开拓开采条件。选择合理的开拓系统和开采方法,能减少煤层的切割量和遗煤量,改变供氧条件和热交换条件,大大降低煤层的自燃危险性。

（12）漏风供氧条件。漏风风速很大时,改变了热交换条件,氧化生成的热量容易被风流带走,也不能发展成自燃火灾;只有在既有风流流通,而风速又不大的情况下,煤才能自燃发火。

（13）蓄热条件。蓄热条件越好,热量易于积聚,越易引起煤的自燃。

三、综合防灭火工艺

3.1均压灭火

经过分析，该封闭采区由于处于北二上山采区与北三采区之间，属于角联巷道，风流紊乱，并且受矿压影响，施工的密闭遭到轻微破坏，造成新鲜风流漏入采空区，从而引起自燃发火事故。防治自燃发火事故，就必须从事故根源上找准落脚点，采取针对性的防治措施。首先，必须处理进风源，切断向采空区漏风的通道，降低火区内氧气浓度，以防止煤炭燃烧的进一步发展。均压防灭火共构筑6道永久防爆密闭和三道风障

3.1.1应用效果考察

密闭构筑后，每天安排专人对火区回风侧密闭进行观察，取样分析。水温（°c）CO（ppm）CO2(﹪)O2(﹪)NH2(﹪)30100008.220.40

通过4个月的效果考察，CO有下降趋势，但效果不很明显。且氧气一直稳定在20.4%，无下降迹象。

3.1.2应用效果分析

均压通风是采煤工作面防灭火技术的一项重要措施，采取均压措施，可以改变通风系统中的压力分布，降低漏风风路两端的风压差，减少采空区漏风，达到抑制煤炭自燃的目的。采空区漏风是供氧的重要因素，采空区是热量最容易积聚的场所，如果杜绝和减少采空区漏风，对已经燃烧的火区将因缺氧而抑制煤炭氧化，起到防火作用。但由于车场处于北二进风和北三进风之间，属于角联地段，且北三上山采区全部回采完毕，采空范围大，受矿压影响，密闭和煤体受压变形、裂隙无法得到彻底处理，漏风通道不能完全消除，造成火区灭火没有得到根本性转变。

3.2注浆防灭火

注浆材料选用粉煤灰和凝固剂。凝固剂按3‰配比。从电厂储料场取粉煤灰，运到矿井地面，然后通过矿车，运至北二采区总回风道。将粉煤灰用专门的搅拌池加水搅拌成浆，通过注浆泵压入专用注浆管后，进入火区巷道。注浆泵选用NBB-250/6型泥浆泵，流量250L/min，压力6Mpa，功率：30KW。输浆主管路选用直径75mm无缝钢管，岩层套管选用直径80mm无缝钢管。中间加便头连接和阀门。

3.3.1应用效果考察

注浆防灭火技术实施后，对火区回风侧密闭进行观察，取样分析结果水温（°c）CO（ppm）CO2(﹪)O2(﹪)NH2(﹪)30100018.210.40

3.3.2应用效果分析

注浆技术是矿井防灭火工作中值得利用的一项有效技术。浆液将暴露煤炭的覆盖阻化和煤柱裂隙的漏风封堵，主要防止接触空气的煤炭在风量小，而供氧充足的情况下煤炭氧化产生热量积聚，造成煤炭自燃事故。主要功能和作用为：①在浇注过程中易于控制范围和均匀度。②可根据设备的流量和压力自行控制，即从设备中喷出到火区的控制时间和物量。③无腐蚀性、无毒、无味。④由于浆液90％左右为水分，在运输过程中不宜脱水。⑤吸热降温好：在浇注过程中伴有吸热效应，喷洒到煤炭上后能吸收热量，使火区区温度降低，杜绝热量积聚。⑥封堵漏风作用好：由于是可流动的液体，在漏风压力下会封堵到这些裂隙上，起到封堵漏风的作用。

四、选择液氮技术工艺的原则

(1)若火区距井口较近，应优先考虑采用管路输送液氮防灭火技术工艺，需要强调的是，用于输送液氮的管路必须是抗低温的专用无缝钢管。

(2)若火区距井口较远，不宜采用管路输送液氮。因为长距离输送液氮，液氮蒸发吸收外部热量而使自身温度下降，应考虑矿车型小贮罐运送液氮。

(3)若火源距地表埋藏较浅，应采用直接在地表施打钻孔注入液氮方式。

(4)若影响井巷的提运时，不能使用管路输送液氮方式。

五、结语

在矿井出现火灾初期，采取均压灭火能够起到明显的灭火效果，但如果要彻底消除火灾隐患，必须和其它防灭火手段并列应用。灭火速度快：由于独特的灭火性能，其灭火速度很快，安全性好：在松散煤体内固化、堵塞漏风通道，故有害；火区启封时间短：灭火工程实施完，无需等待即可启封；火区复燃性低：高温区内只要渗透到的地点都不会复燃灭火速度快：由于独特的灭火性能，其灭火速度很快，通常巷道小范围的火仅需几小时即可扑灭，工作面后方大范围的火也只需几天即可扑灭。安全性好：在松散煤体内固化、堵塞漏风通道，故有害气体消失快；在高温下，不会产生大量水蒸汽，不存在水煤气爆炸和水蒸汽伤人危险。火区启封时间短：灭火工程实施完，无需等待即可启封火区。火区复燃性低：高温区内只要渗透到的地点都不会复燃。

参考文献：

[1]石必明，我国煤矿火灾预测预报技术的发展与应用.2016.11

[2]余明高.煤层自燃发火期预测的研究.矿井通风安全理论与技术.2014.9

[3]李宗翔,秦书玉.综采工作面采空区自燃发火的数值模拟研究.2015.11