矿井内火灾防治技术：矿山安全工程学成果

2024-07-04 百科知识版权反馈

【摘要】：也就是说，要选择矿石损失少、木材消耗低、回采强度大以及一旦出现自燃发火危险时，易于消除灾害和封闭灾区的开采技术。

第三节　矿井内因火灾防治技术

内因火灾多发生在风流不畅通的地点（如采空区、压碎的煤柱、浮煤堆积处等），发火后难以扑火；有的内因火灾可持续数年或数十年不灭，给矿井安全生产带来极大的影响，在煤矿生产中必须引起足够的重视，煤炭防治自然发火的措施主要有采矿技术方面的措施、通风方面的措施、灌浆防灭火、阻化防灭火、惰性气体防灭火等措施。

一、采矿技术方面的措施

总的要求是:所选用的开采技术应尽可能使煤层和硫化矿石在暴露时间上和空间上减少氧化作用。也就是说，要选择矿石损失少、木材消耗低、回采强度大以及一旦出现自燃发火危险时，易于消除灾害和封闭灾区的开采技术。

1.选择合理的采矿方法

开采有自燃倾向的矿床，首先应考虑露天开采。当采用地下开采时应采用石门、岩石大巷的脉外开拓方式，从预防自燃角度看，它具有少切割矿（煤）层、少留矿（煤）柱、便于封闭及隔离采空区的优点。

2.选择合理的开采顺序

在开采顺序上，应采用先上层后下层、自上而下的开采顺序和由井田边界向中央后退式回采。选用回收率高、回采速度快、采空区容易封闭的采矿方法，如崩落法和长壁式采煤法等。

3.合理布置采区

根据矿石自然发火期的长短和回采速度来决定采区的尺寸。必须保证在矿体自燃发火来到之前回采完毕，并及时放顶或充填采区。

二、通风方面的措施

通风系统设计正确与否和运行的稳定可靠程度，直接关系到矿井内因火灾的发生、发展和扑灭，必须予以特别重视。

（1）实行机械通风，并根据矿井的开拓方式和采矿方法建立稳定、可靠的通风系统，加强通风管理。

（2）采用分区通风，避免串联风，以利于对风流的调节、控制和隔绝灭火区、缩小火灾区域。

（3）最大限度地减少矿井漏风，及时安设密闭墙、风门、调节风窗等通风构筑物，并正确选择安设地点和保证施工质量。

（4）矿井主扇应设置反风装置及防爆门。

（5）加强通风系统的测定和管理工作。特别是有自燃发火危险地区的风量、风向、风压及漏风状况的测定。

三、预防性灌浆技术

预防性灌浆就是将水、黄土（或经破碎的页岩、电厂粉煤灰等）按一定比例配制成泥浆，利用高度差或泥浆泵通过输浆管路，将其输送到采空区等可能发生自燃火灾的地点，以防止自燃火灾的发生。

泥浆预防自燃火灾的作用是:①隔绝氧气。泥浆灌入采空区后，其中的固体物沉淀，充填于煤、岩碎块的缝隙之间，并将碎煤包裹起来。这样，不仅增加了采空区的密实程度，减少了漏风，而且又防止了碎煤氧化。②吸热降温。泥浆能增加碎煤的湿润，并吸热降温，从而抑制煤的氧化进程。

灌浆的方式很多，现将常用的方式简介如下。

1.采前预灌

井田内老窑自然发火严重，在这种井田开采时，应采用采前预灌，如图4-3所示。这种方法是在岩石运输巷和回风巷掘出后、分层巷未掘通前，打钻探明老窑采空区的分布情况，要求钻孔经岩石穿透煤层到煤层顶板，终孔间距为30～50m，当工作面的长度超过90m时，应在岩石运输巷和回风巷都布置钻孔，两巷中钻孔的位置要错开，钻孔呈放射状，然后钻孔和灌浆管连接即可灌浆。灌浆过程应连续，灌满一个再接另一个，把整个工作面的老空区灌满后，经足够的脱水时间后，方可进行开采。

2.随采随灌

随采随灌是为防止工作面后方采空区遗留煤的自燃，另外，对于厚煤层分层开采形成再生顶板起到胶结作用。随采随灌可分为埋管灌浆、插管灌浆、钻孔灌浆和向采空区洒浆等方法。

图4-3　采前预灌钻孔布置图

1.运输机上山；2.轨道上山；3.岩石运输巷；4.岩石回风巷；5.边界上山；6.钻窝；7.老空区

埋管灌浆法如图4-4所示，当工作面推进时，在放顶前，沿回风巷在采空区预先铺好灌浆管路，灌浆管路埋入冒落区10～15m，可采取临时木垛保护灌浆管路，灌浆完毕后用回柱绞车牵引灌浆管路。

插管灌浆法如图4-5所示，放顶前，用木垛维护回风巷8～10m，将灌浆管路插到采空区冒落体上方，灌浆管每隔8m移动一次，灌浆完毕后撤出灌浆管。

钻孔灌浆法如图4-6所示，在开采煤层已有的巷道或专门开凿的底板灌浆道内，每隔10～15m向采空区打钻灌浆，为了减少钻孔长度和便于操作，可沿灌浆道每隔20～30m开凿一小巷（钻窝），在此向采空区打钻灌浆（图4-7）。(www.chuimin.cn)

洒浆法就是从灌浆管接出一段胶管，在工作面放顶时，沿工作面自下而上向采空区冒落岩块上洒浆。为安全和工作方便，洒浆一般落后于放顶15～20m。洒浆通常作为灌浆的一种补充措施，使整个采空区特别是下半段采空区也能灌到足够的泥浆。

图4-4　埋管灌浆

1.工作面运输巷；2.回风巷；3.灌浆管路；4.埋入灌浆管路；5.洒水胶管；6.工作面；7.临时木垛

图4-5　插管灌浆

1.灌浆管路；2.插管

图4-6　由底板巷道打钻灌浆

1.底板巷道；2.回风巷；3.钻孔；4.进风巷

图4-7　由钻窝打钻灌浆

1.底板巷道；2.钻窝；3.钻孔；4.回风巷；5.进风巷

3.采后灌浆

当煤层的自然发火期较长时，为避免采煤、灌浆工作互相干扰，可在一个采区结束后封闭停采线的上下出口，然后在上出口的密闭内插管并大量灌浆（图4-8）。采后灌浆的目的一是充填最易发生自燃火灾的停采线空间，二是封闭整个采空区。

图4-8　采后灌浆

1.岩石集中运输巷；2.联络巷；3.集中回风巷；4.停采工作面；5.木支架；6.注浆管；7.密闭

灌浆材料应选择渗水性强、脱水快、收缩量小、不含可燃物、能就地取材以及便于开采、运输和制备的灌浆材料。可选用含砂量不超过30%的砂质黏土；或者用黏土和10%的砂子（按体积计）配制成泥浆。

四、阻化剂防火

阻化剂防火是采用一种或几种阻化剂溶液喷洒或灌注到采空区、煤柱裂隙等易于自燃的地点，形成稳定的抗氧化保护膜，降低煤的吸氧能力，从而阻止煤的氧化进程，达到防火的目的。阻化剂是含有一定比例的钙、镁盐类或化合物的水溶液。常用的阻化剂有氯化钙、氯化镁、氢氧化钙及水玻璃等。利用阻化剂防止自燃火灾是目前国内外正在应用的一种有效措施，如图4-9所示。

五、堵漏技术

堵漏就是采用某些技术措施减少或杜绝向煤柱或采空区的漏风，使煤缺氧而不至于自燃。堵漏技术和材料主要有抗压水泥泡沫、凝胶堵漏技术、尾矿砂堵漏和均压等。巷顶高冒堵漏采用抗压水泥泡沫和凝胶堵漏技术及材料，巷帮堵漏采用水泥浆、高水速凝材料和凝胶堵漏技术及材料，采空区堵漏采用均压、惰泡、凝胶、尾矿泥等技术和材料。

六、均压防灭火技术

均压防灭火就是采用风窗、风机、连通管、调压气室等调压手段，改变通风系统内的压力分布，降低漏风通道两端的压差减少漏风，从而达到抑制和熄灭火区的目的。根据煤矿井下实施均压技术的区域是否密闭，均压技术可分为开区均压和闭区均压两类。开区均压通常是指在生产工作面建立的均压系统，其特点是在保证工作面所需风量的条件下，通过实施通风调节，尽量减少向采空区漏风，抑制煤的自燃，防止一氧化碳等有毒气体涌入工作面。闭区均压是对已经封闭的区域进行均压，一方面可以防止封闭区的煤炭自燃，另一方面可以加速封闭火区的熄灭速度。闭区均压措施主要有并联支路与调节风门联合均压、调压局部通风机与调节风门联合均压、主要通风机与调节风门联合均压、连通管均压以及改造通风系统均压等。

图4-9　采空区喷送雾状阻化剂系统

1.阻化剂溶液箱；2.输液泵；3.自动过滤器；4.高压软管；5.支架；6.漏风方向；7.雾化发生器

七、惰气防灭火技术

惰气防灭火技术是指将惰性气体送入拟处理区，达到抑制煤自燃或扑灭已生火灾的技术，按惰性气体的种类可分为氮气防灭火技术、燃油惰气防灭火技术和CO₂防灭火技术。

氮气防灭火技术是集约化综采及综放开采条件下采空区防灭火的主要技术手段。按工作原理分，制氮装备有深冷空分、变压吸附和膜分离三种，根据安装与运移方式不同，后两种又设计成井上固定、井上移动和井下移动三种。我国于20世纪80年代进行了氮气防灭火技术的研究。1983年天府矿务局进行了罐装液氮入井灭火试验，1987年抚顺龙凤矿利用井上氧气厂氮气防治综放工作面采空区自燃，1992年西山矿务局杜儿坪矿利用井上移动式变压吸附制氮装置制氮防治近距离煤层群自燃，1995年衮州兴隆庄矿利用井下移动式膜分离制氮防治无煤柱开采邻近工作面采空区自燃。从目前看，氮气防灭火系统仍落后于综采、综放开采技术的发展，应进一步提高制氮装备的稳定性和可靠性，研制采空区氮气浓度自动监控与制氮装置联动系统，并完成信号自动分析与传输，优化注氮工艺，使氮气防灭火系统更加完善。

燃油惰气灭火技术主要用在当发生外因火灾或因自燃火灾而导致的封闭区，以民用煤油和空气为原料，经过急剧的化学反应，形成惰性气体产物（主要成分是CO₂及少量的O₂、微量CO、水蒸汽等），然后将具有一定压力的惰气注入预处理区，达到防灭火的目的。煤炭科学研究总院抚顺分院于20世纪80年代初研制成功煤矿专用的燃油惰气发生装置。但燃油惰气防灭火技术还有一些关键问题需要进一步解决，如惰气的纯度、温度、装备的稳定性、远距离操作性等。

CO₂防灭火技术是利用CO₂发生器或液态CO₂对预处理区进行防灭火的技术，利用CO₂分子量比空气大、抑爆性强、吸附阻燃等特点，可在一定区域形成CO₂惰化气层，对低位火源具有较好的控制作用，并能压挤出有害气体以控制灾区灾情，该技术特别适用于电器设备和精密、昂贵仪器的火灾，灭火后不会对仪器设备造成污染性的损失。但对于复杂地质条件或不明高位火源点，其应用则受到了限制。

八、胶体防灭火技术

胶体防灭火技术是近年来发展起来的新型防灭火技术，集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体。凝胶材料由基料、促凝剂和增强剂与水混合胶凝而成。基料有硅胶、XK2-PR等，促凝剂有碳酸氢铵、碳酸氢钠及铝酸盐等。针对矿井不同自燃火灾状况和实际条件，可选择采用不同的胶体防灭火技术。胶体防灭火机理在于:高水胶体通过钻孔或煤体裂隙进入高温区，其中一部分未成胶时在高温情况下水分迅速汽化，快速降低煤表面温度，残余固体形成隔离层，阻碍煤氧接触而进一步氧化自燃。而流动的部分混合液随着煤体温度的升高，在不远处及煤体孔隙里形成胶体，包裹煤体，隔绝氧气，使煤氧化、放热反应终止。随着注胶过程的不断进行，成胶范围不断扩大，火势熄灭圈增大，直至整个火源熄灭。完全干涸的胶体还可以降低原煤体的孔隙率，使得通过的空气量大大减少，从而抑制复燃。硅凝胶材料在成胶过程中会产生刺激性气体，恶化了井下工作环境。

矿井内火灾防治技术：矿山安全工程学成果

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