探究矿井火灾及其防治策略

2015-07-27张海峰神华神东煤炭集团榆家梁煤矿陕西神木719300

山东工业技术 2015年19期

关键词：起因防治危害

张海峰,郭　焘（神华神东煤炭集团榆家梁煤矿,陕西　神木　719300）

探究矿井火灾及其防治策略

张海峰,郭焘
（神华神东煤炭集团榆家梁煤矿,陕西神木719300）

摘要:本文简述了矿井火灾的类型、特点及危害，介绍了矿井火灾的三个要素，一是热源；二是可燃物的存在；三是氧气的供给。分析了我国矿井火灾防治的现状，并从内因方面和外因方面提出了有针对性的防治策略。

关键词：矿井火灾；起因；危害；防治

0　引言

在煤矿生产中，矿井的火灾是重大灾害之一。矿井火灾的火势发展非常迅速，而且火情复杂多变，对矿井的影响范围很大，一旦发生通常都会造成财产、矿产资源的损失及人员的伤亡，更严重的是矿井火灾还会引发瓦斯爆炸，爆炸会扩大灾害的范围及程度，进而给生产带来更大程度的灾害。在煤矿生产中，为了时刻预防矿井火灾的发生，确保煤矿的安全生产，所以对矿井火灾详细情况的掌握是非常重要的。

1　矿井火灾的概述、类型、特点及危害

1.1矿井火灾概述

矿井火灾发生的过程是一个具有很复杂物理化学变化的过程，矿井火灾往往发生在矿井巷道内以及采空区内，此外发生可以波及井下的火灾如地面井口的火灾也被归于矿井火灾种类之一，矿井火灾是矿井的重大灾害之一。

1.2矿井火灾的类型

内因火灾和外因火灾是矿井火灾根据起火原因来划分的。内因火灾一般发生在矿井内的空气非常有限的情况，也有内因火灾发生在风流较为畅通的地方，也必然是空间狭小和氧气供应不充分的燃烧的，内因火灾发生、进展的过程较慢。内因火灾往往发生在地质构造破碎带、煤柱、停采线、采空区、断层、旧采区封闭不严或者掘进冒顶等部位。矿井下发生的火灾不同于其他情况下的火灾较容易被发现，在发生的初期通常只能通过对矿井内的空气温度的上升、空气成分的细微变化及矿井内空气湿度的增大来被察觉发现。当内因火灾缓慢发展进入到明火燃烧阶段，燃烧的过程加剧，则会从起火部位产生大量的煤炭干馏生成物及大量烟气，当发现有光和热产生时，才容易被我们发现。由上可知，虽然内因火灾的发生进展较慢，但是内因火灾一旦发生其扑灭的难度非常大，燃烧过程产生的对人体有毒、有害的气体也会给矿井下的相关人员带来生命安全威胁，给矿井的安全生产带来极大的影响和损失。

外因火灾通常是指由外来的热源，诸如机电设备老化、瓦斯爆炸、机械之间的摩擦、放炮、焊接火花、电流短路等等原因而导致的矿井火灾，此外还包括由内因火灾在处理过程中的不规范而引发的外因火灾，一般多发生在井底车场、井筒、石门及其它有机电设备的巷道内，这些原因中又以胶带输送机引发的火灾最为严重，此种原因引发的火灾发展速度快、发生突然、涉及的面非常广泛因此造成的损失非常严重。有统计资料显示，国内外所发生的众多重特大煤矿事故中，每次事故死亡人数数以百计的大都属于外因火灾。矿井火灾事故中外因火灾死亡人数所占的比重非常大。矿井外因火灾的发展速度快、时间短而且导致的后果非常严重。

1.3矿井火灾的特点及危害

矿井火灾的特点可以由三个特性来概括，一是破坏性；而是继发性；三是灾难性；破坏性是由于矿井火灾发生时火焰及高温烟流在巷道中流动，对巷道中的支护及相关设备造成的破坏，同时对矿产资源造成燃烧浪费。继发性是由于矿井火灾发生时，不仅仅会在初始起火位置出现燃烧过程，火灾发生时所产生的高温烟流所经过的地方，当有新鲜风流同时汇入时，就可能有新的起火点即二次起火发生。灾难性是由于矿井火灾发生时往往会有大量的有毒、有害气体产生，在井下会蔓延至整个巷道，从而对井下人员造成生命威胁，导致伤亡事故扩大。井下人员的生命安全所受到最大的威胁便是矿井火灾所带来的，主要原因就是井下空间相对较小，矿井供风量非常有限，矿井之内的巷道连通错综复杂，当有火灾发生井下人员进行避灾时会受到来自各种环境条件的影响及限制。当井下发生火灾时，会产生大量的高温烟火，起火部位及周边的温度非常高，短时间内产生的大量热量及燃烧产生的烟气难以扩散，在井下巷道通风的时候，燃烧产生的高温烟流可以随巷道内的风迅速的传到很远的地方，从而扩大火灾发生的范围及面积，使起火部位之外很远的区域内的人员也同样受到高温的损伤。与此同时，火灾发生时燃烧所产生的烟雾还会阻挡人员的视线，降低空气的能见度，继而阻碍所有井下人员的安全撤离及后续灭火救援工作的进行。在火灾发生时燃烧会产生大量对人体有毒、有害的气体以及烟、蒸汽等等，不单单会对人体的五官及呼吸系统造成强烈的窒息作用和刺激性，烟气本身中还含有大量的一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等有毒、有害气体，从而造成风流中氧气的浓度急剧下降，当烟气被井下人员吸入之后会造成井下人员出现窒息、中毒等伤亡事故的发生。当矿井中的火灾发展到某个强度时例如火灾发生过程中又火风压的出现，就极有可能会使矿井通风网络的风流方向造成改变，进而使燃烧产生的烟气流动不受控制，使得矿井内的受灾面积及范围进一步加大，因此会造成更多的井下人员受到火灾燃烧产生的烟气的伤害。此外，还会给井下相关人员的安全撤退带来极大的危险和更大的困难。当矿井中发生火灾时，井下通风网络风流紊乱，极有可能引发煤尘爆炸或者瓦斯爆炸的严重二次事故。

2　我国矿井火灾防治的现状

2.1我国矿井火灾防治的现状

有资料显示，我国目前现有的煤矿中超过一半以上的均存在自燃发火的问题，这其中有记载的可能会带来自燃起火危险的矿井约占总量的47%，矿井自燃发火又占总发火次数的94%。我们可以看出，目前我国的煤矿火灾预防治理所面临的形势十分严峻。因此，从上世纪50年代开始，为了找出最有效的防止矿井火灾发生的手段，大力推广了黄泥灌浆防火技术；进入到80、90年代，研制出了惰气防灭火、矿井自燃发火预测系统、带式输送机火灾防治、快速高效堵漏风等相关防火技术，同时还逐步形成了可以适应高效采煤法和普通采煤法的综合防治灭火技术。此外，由于我国对火灾的基础理论研究较为滞后，关键的防灭火设备仍然不健全，防灭火技术还有待进一步提高和完善。因此，我们所面临的矿井防灭火工作还需要继续进行研究。

2.2矿井火灾的起因

2.2.1矿井火灾的基本要素

造成矿井起火的原因非常多，但是引发矿井起火的基本要素有三个：氧气、热源、可燃物三个要素，简称“矿井火灾三要素”，是矿井火灾发生的必要条件。矿井火灾三要素缺一不可，必须同时都有，三者相互作用、配合，达到某一程度时才会引起矿井火灾的发生。矿井火灾三要素缺少任何一个要素，火灾就不可能发生，所以预防矿井火灾必须从控制和消除“三要素”入口。

（1）热源。矿井火灾的热源来源非常多，例如瓦斯爆炸、煤尘燃烧、电气设备运转故障产生的热量、煤的自燃、放炮、焊接作业产生的明火及其他作业过程中的明火等等。由于热源是矿井火灾发生的必要因素，当有足够的热量和温度的热源产生时才具备引燃可燃物的条件。

（2）可燃物的存在。在矿井的生产过程中，所开采的煤炭本身就是可燃物。此外，井下的油料、采煤过程中所产生的煤尘、炸药、相关设备等等都具有可燃性。可燃物的存在是矿井生产中火灾发生的基本条件。

（3）氧气的供给。氧气可以供给可燃物在燃烧过程中的燃烧所需，可燃物的持续燃烧需要有充足的氧气供给。所以足量的空气供给是维持燃烧并形成火灾必不可少的条件[1]。

2.2.2矿井火灾发生的原因

前文所述根据引发火灾的热源的不同可将矿井火灾分为内部原因和外部原因。

（1）矿井火灾发生的内部原因主要是由于可燃物在空气中受空气的氧化，在积聚热量之后引发的矿井火灾。因为没有外部原因而引起的火灾，因此也可以称之为自燃火灾，是矿井火灾防治的重中之重。有数据显示，超过八成以上的矿井火灾都属于内因火灾。由于内因火灾所具有的特点，所以就现阶段而言绝大多数的矿井灭火研究都是针对内因火灾而开展进行的，根据内因火灾的所具有的特点展开相应的防治灭火措施。

（2）外因火灾大多数情况是发生在中小型的矿井生产中，往往由于操作违规如违章使用明火或者是违章爆破等等原因造成，而在电气自动化和机械化程度均较高的矿井中，起火原因往往是由于机械设备的管理维护不到位，或者是在机电设备操作过程中不当使用，造成机电设备运转故障等等原因而引起的火灾。随着矿井生产电气自动化程度的大大提升，由机电设备而引起的外因火灾数量也在呈大量上升的趋势。此外，还有在生产中违反相关规定在井下违章放炮、吸烟等等而引发的外因火灾也偶有发生。由于外因火灾的发展速度非常快，在救援与灭火过程中稍有延迟，将会给矿井带来难以估计的损失，甚至是出现重大伤亡事故的情况。

2.3矿井火灾防治中存在的问题

近年来随着我国基础行业的快速发展，我国矿井生产进入到了发展的春天，与矿井安全相关的防灭火装备与防灭火技术同样发展迅猛。虽然发展的较快，但是就目前的情况来看防灭火技术及装备仍然不能满足矿井的防灭火要求，防灭火的技术和装备仍需要不断的进行提高和完善，才有可能改变现有的防灭火局面。笔者认为，现阶段我国的矿井防灭火工作中存在的主要问题有以下三个方面：第一方面，煤矿自燃起火阶段的测定技术，目前还不能根本解决这一问题。尽管我国就煤矿自燃起火阶段的预测不论是理论上还是模拟，或是实验都进行了很多的相关研究，也取得了很多重要的研究成果，同时也研制了一些专用的预测装置，但是由于受现场条件的限制，难以普及，相关技术有待提高。第二方面，监测传感器的稳定性差、品种单一，精确度不高，性价比低，因此在一定程度上阻碍了相关技术的发展。第三方面，我国对世界性难题隐蔽火源探测进行过重点研究，形成了诸如预埋温度探头测温法、钻孔测气法、测氡法、地质雷达探测法及计算机数值推测法。但是由于种种原因的影响，上述方法的精确度还不是很高，因此对实际的防灭火工作作用有所限制。

3　　矿井火灾的防治

3.1矿井内因火灾的防治应做好以下三项工作：

（1）矿井的通风系统及设备应该适应采矿环境及使用要求，然后依据开采顺序及设计方案，选用与矿井相对应的通风方式。

（2）采用分区通风，这一方法的优点是可以降低整个矿井的阻力，提升矿井整体的通风能力，而且可以减少漏风和方便风量的调节，当矿井内因火灾发生时，分区通风对于隔绝起火区域和稳定风流起到明显的控制作用。

（3）做好预防性防灭火准备工作，第一，用泥浆作为灭火的灌浆材料，所谓的预防性灌浆就是通过输浆设备将泥浆（诸如黄土、水、砂子等按照规定比例混合）输送到有可能发生自燃的区域，从而达到防止内因火灾发生的目的，使用泥浆这一灌浆材料作为防止自燃火灾发生的较为有效的手段之一，因此这一防火方法在有条件使用该方法的矿井中应用较为广泛。第二，采用阻化剂进行灭火，阻化剂是由几种物质或一种物质的乳浊液或者溶液灌注到煤柱缝隙、采空区域等发生自燃可能性高的部位，通过降低煤的氧化能力，来达到减缓煤的氧化程度，此种方法最为简便、性价比高，很适合应用于水土较为缺乏的矿井。第三，使用尾矿作为灌浆材料，此种方法较第一种方法制浆工艺非常简单易行，只需通过浮选之后过筛，无需过多工序便可作为防灭火的注浆材料。

3.2矿井外因火灾的防治应做好以下两项工作：

3.2.1防止火灾产生

第一，防止失控的高温热源产生和存在，严格对高温热源和明火进行管理。第二，严格禁止使用可燃性材料。第三，防止产生机电火花。第四，防止胶带摩擦起火和防止摩擦引燃瓦斯。第五，防止高温热源和火花与可燃物作用。时刻预防火灾的发生。

3.2.2防止火灾蔓延

第一，在适当的位置建造防火门，防止火灾事故扩大。第二，在每矿井地面和井下都必须建造消防材料库。第三、在每一矿井地面设置消防水池，在井下设置消防管路系统。第四，主要通风机必须具有反风系统或设备，反风设施，并保持良好状态。为了防范外因火灾的蔓延，防止火灾事态进一步的扩大，将已发生火灾的区域尽量控制在一定范围之内，将火灾所造成的损失减小到最低。

3.3正确选择开采、开拓方法

要尽量做到以下面两个方面：第一方面，要根据矿井的实际情况采用合适的采煤方式。第二方面，不断提高回采速度，提高回采率。