通风防灭火技术在煤矿中的应用.pdf

258 2020 年 07 期 精 品JINGPIN 通风防灭火技术在煤矿中的应用 ■ 段新民 冀中能源峰峰集团大淑村矿通风区 河北邯郸 056202 摘 要煤炭作为我国国民经济和社会高速发展的基础性能源，2017 年全国累计生产煤炭 34.45 亿 t, 占我国一次能源消费的 60.4。虽 然煤炭行业大力实施去产能政策，但从我国能源的中长期发展战略可以得到，我国计划在 2020 年和 2030 年煤炭在一次能源结构中的比重还 将保持在 62 和 55 左右，其比例依然超过 50。矿井火灾是我国煤炭行业的主要灾害之一，据统计，目前我国 90 以上的煤层为自燃或 易自燃煤层，由煤自燃引起的火灾占矿井火灾总数的 8590，在全国的 25 个主要产煤省区的 130 多个大中型矿区均不同程度的受到煤自 然发火的威胁，矿井内因火灾严重制约着煤炭工业的健康高效发展。 关键词通风防灭火技术；煤矿；应用 引言 在煤矿采掘过程中，造成火灾事故的原因包括煤炭自燃、人为 引燃、电路系统火花放电等，其中，煤炭自燃灾害发生的频率最多。 煤炭自燃给井下作业人员带来安全危害，给煤矿企业带来财产损失， 并增加了煤矿开采的难度和预防成本。 1. 矿井起火原因 （1）外因发生的火灾主要原因是工作人员的违规操作或机械 设备发生了故障，导致井下发生火灾，从而给施工人员造成生命财 产损伤。外因火灾的表现形式主要有施工人员在井下抽烟或使用明 火及机械设备出现故障导致出现火星，点燃了瓦斯，从而发生爆炸。 在煤矿开采过程中出现明火是十分危险的事情，施工单位需引起足 够重视，一旦发生火灾，直接威胁到施工人员的生命安全，也会给 企业造成严重的经济损失，因此需要特别重视煤矿开采过程中可能 出现明火的情况，需要采取一定的措施，防止明火出现；（2）煤炭 自燃是引起火灾的内因。在煤矿开采过程中，如果井下通风质量差， 会导致井下温度逐渐上升，煤炭自燃点比较低，当温度达到煤炭自 燃点时，煤炭就会自燃，如果不及时处理，会导致煤炭大面积燃烧， 发生严重的火灾事故。在煤矿开采过程中，煤矿自燃发生爆炸事故 的多发地是在煤矿瓦斯集中处，需要煤矿开采单位足够重视。 2. 通风防灭火技术原理 煤矿通风主要目的是为井下人员正常呼吸提供出充足的氧气， 有效对井下的温度进行调节，同时，将井下开采过程中产生的瓦斯 等有毒有害气体有效排出，确保煤矿井下的空气中各项成分的指标 处于一个合理的范围内。从当前煤矿通风情况来看，主要分为自然 通风、机械通风的情况。因此，通常情况下均采用的机械通风，该 种通风方式主要是通过技术人员控制通风机的方式，给空气中风流 提供出充足的流动动力，确保新鲜风流能够达到指定的地点，同时 乏风能够及时有效的排出井下。 3. 通风防灭火技术在煤矿中的应用 3.1 开采技术 开采易自燃煤层时，需结合煤层赋存条件采取预防煤层自燃发 火的综合治理措施，大量防治矿井内因火灾的生产实践证明合理 的开拓系统、巷道支护方式和开采方式对于防止煤层自然发火起着 决定性作用。从防止矿井自然发火的角度出发，对开采、开拓的要 求一般有（1）最大的煤炭回收率，最小的煤层暴露面，减少矿井 内因火灾形成的具有煤自燃倾向的煤体，从而减低煤层自然发火可 能性；（2）限制或阻止空气流入和渗透至疏松的煤体，切断矿井 内因火灾形成的连续供氧条件，对此可以从消除漏风通道和减小漏 风压差 2 个方面进行考虑；（3）正规的开采方式及合理的开采顺序， 最大程度的不为热量积聚提供合适的环境条件；（4）最快的回采速 度， 当工作面推进速度大于等于安全推进速度时， 破碎煤体暴露在 “自 燃带”的时间就会小于等于煤的最短发火期，从而破坏了矿井内因 火灾形成中一定时间的必要条件。 3.2 堵漏防灭火技术 堵漏防灭火技术主要通过减少漏风通道，切断矿井内因火灾形 成必须的连续供氧条件，达到有效抑制矿井内因火灾的目的。针对 堵漏防灭火技术，广大学者对矿用充填堵漏材料进行了大量的研究。 其中灌注黄泥浆及砂浆、 混凝土等无机堵漏材料， 工作量大、 操作复杂， 不易于井下施工；马丽散、罗克休、聚氨酯等有机堵漏材料，制备 工艺复杂、成本昂贵，限制了其在煤矿行业的广泛应用。针对上述 材料存在的问题，研制出了一种以黏土和水泥为基料，添加剂和玻 璃纤维为辅助材料的新型复合浆体材料， 该材料可适用于空巷道喷涂、 密闭墙施工、高冒处理、永久煤巷喷涂；将水泥基料中掺入复合发 泡剂产生的均匀泡沫，成功研制出一种具有质轻、密闭效果好、易 制备、施工速度快且经济的无机固化泡沫。 3.3 惰化防灭火技术 惰化防灭火技术主要是利用惰性气体阻燃这一原理来实现防灭 火目的的。在井下作业时一旦发生着火事故，地表人员可以利用通 风管道向井下充入一定量的惰性气体，让着火点在耗尽氧气等助燃 气体后自行熄灭。 氮气是目前最常用到的阻燃气体， 其不仅成本低廉， 且起到的效果显著。 3.4 阻化剂防灭火技术 阻化剂防灭火技术就是将阻化剂溶液喷洒在煤体上，利用阻化 剂的负催化作用，阻止氧气与煤结构上的活动链环的羧基反应，延 长自然发火期，从而达到防治煤炭自燃的目的。常见的煤自燃阻化 剂主要有卤盐阻化剂、铵盐阻化剂、凝胶阻化剂及一些复合阻化剂， 阻化剂防火工艺有在采煤工作面向采空区遗煤喷洒阻化剂、向可能 或已经开始氧化发热的煤体打钻压注阻化剂及利用专门的设备向采 空区送雾化阻化剂。针对新型阻化剂及阻化防火工艺设备的开发研 制等研究热点，近年来，在单一 MgCl2 阻化剂基础上加入一定配比 的还原性铁粉及硅藻土，成功研制出一种具有良好阻化性能和耗氧 效果的脱氧性阻化剂；以纯天然、无毒植物萃取物为原材料，采用 先进的螯合技术研制出环保型煤自燃阻化剂（EFI），成功应用于 易自燃的低变质烟煤，并取得了良好的抑制煤自燃的效果；为了解 决传统阻化剂喷洒覆盖范围小、阻化效果不佳的问题，以高压 N2 为载体输送气雾阻化剂，并结合工作面支架后部多点自动喷洒技术， 建立具有阻化剂自动喷洒、高压输送与快速扩散等特性的采空区阻 化剂高效喷洒工艺系统。 3.5 相泡沫防灭火技术 三相泡沫是将不溶性固态不燃物（如黄泥或粉煤灰）分散在液 体（水）中，通入惰性气体（N2）或空气并添加极少量的添加剂（发 泡剂和稳定剂）通过三相泡沫发泡器充分搅拌混合，形成固体颗粒 均匀附着在气泡壁上的大量富集的含有气 - 液 - 固三相体系的泡沫 材料。该材料集固、液、气三相材料的防灭火性能于一体，充分利 用固体不燃物的覆盖性、惰性气体的窒息性和液体的吸热降温性进 行矿井火灾的防治。该技术由王德明及团队于 2001 年首次提出，并 对三相泡沫组成及特性、防灭火特性、防灭火工艺及现场应用做了 大量的研究工作。由于三相泡沫防灭火技术成功克服了注浆防灭火 中由高向低流动的“拉沟”、惰气防灭火中惰性气体易随漏风遗散、 凝胶防灭火技术中流动性差等缺点，已发展成为矿井火灾防治工作 中常用的技术手段。 4. 结束语 总的来说，煤矿开采防火工作是十分重要的，是对煤矿开采施 工过程中的人员安全和财产安全最有力的保障。在防灭火技术研发 与创新方面，开发人员还需要对防灭火技术实施阻碍进行深入研究， 对技术进行创新和改良，以提高防灭火技术的有效利用率。 参考文献 [1] 王显政．煤炭主体能源地位突出以煤为基、多元发展是我国能源 安全战略的必然选择［J］．中国煤炭工业，2014（4）24 － 25． [2] 李晓曦，谭波．煤自燃阻化剂的阻化效果动力学分析及优选［J］ ．中国安全科学学报，2017，27（6）79 － 84． [3] 王家臣．我国放顶煤开采的工程实践与理论进展［J］．煤炭学报， 2018，43（1）43 － 51．