露天煤矿防灭火的安全技术

张立新

摘 要：近年来随着煤矿开采技术和新型开采设备的不断发展，露天采矿日益受到青睐，露天煤矿也蓬勃发展开来。然而与不断激增的数量相比，露天煤矿自身所具有的安全隐患，却时刻不容小觑。尤其是露天煤矿煤层的自燃火防治，是安全工作的重点，基于此，该文对露天煤矿中的防灭火安全技术进行了探讨。

关键词：露天煤矿 防灭火 安全技术

中图分类号：TD75 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（a）-0044-01

1 露天煤矿发生自燃的机理

露天煤矿采煤面的煤炭，由于长期裸露在空气中，在阳光暴晒和空气风化的作用下，煤质中的水分和瓦斯气体会消失殆尽，并变得支离破碎，质地疏松。这就会极其有利于空气进入煤质内部的空隙中，使煤炭吸附上氧气，发生煤氧复合作用，这种作用既有物理效应，也有化学效应，尤其是化学效应，煤质发生氧化以后会释放出大量的热量，并逐渐在煤层以下积累，不断积累的热量又会加剧煤氧复合作用，形成恶性循环，激发温度不断上升。一旦达到煤的燃点，则煤质就会发生自燃。

2 露天煤矿采取的日常火灾预防管理

2.1 日常性预防管理措施

日常性预防管理的重点在于定期巡查，严把现场安全关口。具体包括：（1）保持对煤场、采区例行巡查3次，如遇大风、高温等极端天气应酌情加大巡查力度，及早发现风险及早排除隐患，对可能引发火灾例如吸烟、明火、电线短路等要严格杜绝。（2）连续监控煤场工作区温度。一旦发现温度有异常升高波动，则应立即采取必要的降温措施，并对相关区域进行局部清理，去除该区域表层煤质，尤其是一些风化严重、形成松散状粉末的碎煤，降低煤氧复合作用发生的可能性，规避自燃发生。（3）从露天开采计划上进行综合优化和合理平衡，严格按照生产订单计划进行合理开采，避免过大面积的长期暴露采煤面，并且要与巡查、防火能力相匹配，确保配套防护措施能够满足防灭火需要，从而最大程度地降低煤炭自燃的发生。

2.2 煤炭储存管理

（1）对于有条件的煤矿，建议对煤炭实施封闭式储存，用彩钢板材质做成的仓库，既节约成本，施工搭建方便，同时又能有效避免风吹日晒对煤炭的风化作用，大大降低煤炭风化并发生自燃的概率。（2）合理安置风障或者搭建挡风墙，其目的仍是为了避免风直接吹到煤炭，造成风化。

3 露天煤矿防灭火的常见安全技术

3.1 氮气防灭火安全技术

3.1.1 氮气灭火产生的原理

氮气灭火，主要是利用了氮气的物理性质。氮气是不可燃气体，且本身不助燃，常温、常压下为无色、无味、无毒气体，经加压后以液氮形式可以方便存储在相应容器中。并且氮元素化学性质稳定，很难与其他物质发生反应，因此可用于灭火。而由于大气总量相对固定，如果人为增加某区域的氮气含量，则会导致该区域的氧气含量相应地下降。相关资料显示，如果将氧含量控制在10%以下，那么就能有效避免煤炭发生氧化自燃，而如果将氧含量控制在3%以下，那么就可完全抑制该区域可燃物的燃烧。也就是基于这样的防火原理，在实践中通过向综采区注入大量氮气，由于气体的扩散作用，会渗入到采空区、冒落区和裂隙带，并对所有区域形成有效保护，大大降低以上区域煤层发生自燃的可能性，从而达到防火的目的。

3.1.2 氮气灭火产生的作用

（1）冷却作用：由于液氮温度很低，将液氮喷向可燃物，液氮会瞬间发生气化，吸收大量热量，从而有效快速灭火。（2）抑爆作用：充入氮气后，煤矿各区域的空气成分大大改变，尤其是其中混入的易燃易爆成分含量得到有效降低，从而避免接触明火后出现爆炸。（3）窒息作用：充入氮气后，除了易燃易爆气体降低，氧气含量也会降低，即使有火出现，也会因缺氧而窒息。

3.2 注浆灭火安全技术

利用注浆灭火，也是应用较为广泛的一种技术。主要是利用由凝胶、并添加适当比例的粉煤灰、黄土等制成浆液，并将该浆液由注浆管道直接输送至采煤区。通过注浆，一是能够填实煤层间裂隙，避免混入可燃气体，二是受热后能够释放水份，降低温度，从而可以有效降低自燃发生概率。整个注浆系统由液池Ⅰ、液池Ⅱ、比例泵以及注浆管道构成，液池配好浆液后经比例泵按照需要进行适当混配。其中关键设备比例泵为抚顺分院露天所独立研发制造，由单螺杆式浓浆泵和计量式比例混合器两个相对独立的部分构成，并能通过控制工作压力和流量，对混合比例进行精确控制，从而实现自动化调配混合比例。

注浆时，先要在火区周围进行打孔，并观察孔周围是否有大的裂隙，如果有则要适度增加浆液浓度，调配较短的凝固时间，以便取得良好封堵效果。具体钻孔参数应选多少，则根据不同煤质而区别对待，可先通过浆液渗透实验，确定浆液在该煤质中的渗透半径，一般而言，网孔参数选煤体渗透半径的50%～70%即可。

3.3 大面积灭火安全技术

3.3.1 进行大面积灭火的技术方法

大面积灭火技术大致上有以下4种：（1）在火区填充适量砂土，达到隔离空气的目的，减少风化；（2）通过对火区浇水，降低火区温度；（3）对火区出现的裂缝，或打钻孔进行灌浆；（4）如有条件，可以单独隔离火源易发区。

3.3.2 大面积火区对技术方法的选择要求

（1）大石头火区：主要是从综合成本与生产相匹配，同时又保证技术上的可行性，可采用逐级台阶式挖注水沟进行注水降温与底部区域剥挖灭火相结合，提高防火安全系数。（2）新生火区：主要是对上部表层区域进行注水降温，控制火区扩散，在下面进行剥挖，彻底消灭火源。然后表层用黄土覆盖，底部进行灌浆，杜绝复燃。（3）采剥台阶上灭火：所谓采剥台阶上灭火，也就是挖制采剥台阶时或向前推进采煤面时，对爆破的高温钻孔进行注水降温。长期实践证明，通过直接向炮孔中注水、炮孔旁侧加打注水孔、或者在打孔前先对相关区域进行注水降温等，都可有效防止火灾发生。

4 结语

露天煤矿相比于传统的矿井深采优势明显，因而受到广泛推广，但露天开采的采煤面，几乎全部裸露在空气中，并处在日光照射下，氧气、温度条件都利于煤炭自燃的发生，倘若稍微疏忽或未及时给予有效处置，则极有可能引发大规模的火灾。因此必须对相关防灭火管理工作坚持常抓不懈、坚持科学管理，从管理和相关防灭火技术上切实作出努力，要求各部门协同配合，齐抓共管，做好现场安全防护工作，从而切实做到及早发现，及早解决，避免火灾蔓延扩大给人民群众生命安全和财产安全带来巨大危害。

参考文献

[1] 杨占军，肖平.抚顺西露天矿内排土场防灭火技术的研究及应用[J].煤矿安全，2002（7）：121-122.

[2] 张国柱，张万龙，李景堂，等.平庄西露天煤矿防灭火方案的确定[J].环保与安全（露天采矿技术），2004（5）：137-138.

[3] 朱志宇，赵浩，刘光伟.浅析露天煤矿煤炭自燃[J].露天采矿技术，2011（1）59-60.

[4] 王志华，吴国光，孟献梁，等.煤炭自燃防灭火材料技术进展[J].能源技术与管理，2010（1）：79-80.endprint