矿井火灾事故的救援处理技术探讨

张洪宝

（临矿集团救护大队，山东 济宁 272000）

矿井火灾主要指在发生在矿井下巷道、采空区、工作面等区域的火灾事故，能够直接影响井下作业安全性。也是造成人员伤亡、设备损坏、资源破坏的重要原因，严重甚至会引发煤尘爆照或瓦斯爆炸。如果不及时采取救援技术处理，会扩大事故危害性，最终为企业造成巨大损失[1]。

1 引发矿井火灾事故的主要原因

1.1 内在原因

煤炭自然是引发矿井火灾事故的内在原因，多发于井下停采线、断层等煤炭散落量较大的区域，或者密封性不严的老旧采矿区。由于煤炭具有可燃性特质，长时间暴露在空气中，容易产生氧化反应并不断升温，当热量聚集到一定成程度，则会产生自然现象。通常情况下，由内在原因引发的矿井火灾事故可以归纳为三个阶段，分别为潜伏期、自热期和燃烧期。因内在原因引发的矿井火灾通常有迹可循，并且过程缓慢，然而由于火源隐蔽性较强，所以处理难度也相对较大。

1.2 外在原因

由外部火源引发的矿井火灾即外在原因。其中包括：因设备长期运行时间较长产生热量或明火、电火花等引发的火灾事故。尤其近年来，科学技术不断发展，矿井作业也逐渐向自动化趋势发展，在提高作业质量和效率的同时，也在一定程度上增加了作业的安全隐患。具体来说，机电设备在矿井作业中使用率较高，如果工作人员存在操作不当或维护管理不到位等问题，将会导致设备超常运行并发生故障，从而引发火灾事故[2]。相对于内在原因而言，外在原因引发矿井火灾事故的几率更大，发生率高达总数的八成以上。通常情况下，由外在原因引发的火灾事故起火迅速，如果没能及时发现并处理，将会在短时间内扩大影响范围，为企业甚至社会造成不必要损失。

2 矿井火灾事故常见的救援处理技术

在矿井火灾控制和预防过程中，需要给予以下三方面因素高度重视，其一是井下可燃物体。其二是井下热源，其三是空气中的氧浓度。结合工作经验总结可以看出，只要将温度和氧浓度控制好，就能够有效规避矿井火灾事故发生几率。现阶段，国内外专家和学者结合这一理论，对矿井火灾事故救援处理技术施进行深入研究，并在实践中不断优化和改进，取得了较为显著的效果，具体阐述如下。

2.1 堵漏风处理技术

堵漏风处理技术，适用于采空区或工作面巷道巷帮隔离带等堵漏风等场所。这种技术在应用初期阶段，主要采用灌注砂浆和黄泥浆等方式进行堵漏，从而达到防火目标。近年来，随着社会经济飞速发展，科学技术不断进步，多样化堵漏材料应运而生。例如：质地较轻的快速膨胀材料和五级固化粉煤灰材料等。这些材料在应用过程中，普遍具有抗压能力较强、防火效果良好等特点，并且可以有效阻绝氧气。但凡是有利必有弊，新型材料在应用过程中也存在一定不足之处，其中包括成本较高、工作量较大等缺陷。并且一些材料在高温环境下容易产生有毒、有害气体，对井下作业人员造成不良影响[3]。

2.2 泡沫防火灭火处理技术

所谓泡沫防火灭火处理技术，就是利用化学原理使材料发生反应，从而产生膨胀惰性泡沫，预防井下火灾事故发生。现阶段应用范围较为广泛的泡沫防火灭火处理技术有两种，分别为三相泡沫防火灭火技术和化学惰气泡沫防火灭火技术。这两种技术均存在各自的优势和缺陷。优势在与水能分布较为平衡，能够有效避免“拉沟”现象的产生，应用在采空区和煤堆自燃防火中效果尤为显著。缺陷在于泡沫破灭后会形成液态水，当水分全部蒸发后，防火性能也会随之下降。

2.3 惰性气体防火灭火处理技术

该技术主要是在需要处理的区域中输入惰性气体，从而达到灭火和防火的目标。按照惰性气体的不同种类进行分析，可以将该技术划分为三种，第一种为燃油惰气处理技术，第二种为氮气处理技术，第三中为二氧化碳处理技术。

其中燃油惰气处理技术，适用于井下密闭区域，主要处理因自然因素或外界因素引发的火灾事故。其原理是利用化学原理将空气与煤油结合，使其产生化学反应形成惰气，并将惰气输入到需要处理的区域，有效避免火灾发生。然而，结合该技术实际实践结果来看，存在较为显著的制约因素[4]。具体从两个方面分析：其一是惰气参数控制难度较大，容易导致一氧化碳气体超标。其二是只有在燃烧室中燃烧燃油，才能够产生惰气，混合气体出口温度能够达到60℃左右。由此可见，该处理技术存在一定局限性。

氮气处理技术，适用于集约化综采或者综放开采条件下的采空区防火、灭火处理工作中。相对于空气人眼，氮气比重较小，将其应用于火点在空间中部或上部位置的火灾处理中，处理效果较好。但是，该技术也存在一定缺陷，即无法将氮气中的氧气全部分离。具体来说，当前矿井火灾事故处理使用氮气处理技术时，最常见的制氮机有两种，分别为变压吸附装置和有膜式制氮装置。但是在制氮过程中，无论采用吸附分离技术还是膜分离技术，都无法将氧气全部分离，这也使得氮气中必然存在少量氧气。

二氧化碳处理技术主要是利用二氧化碳发生器，按照化学方式，使其产生二氧化碳气体，从而达到防火、灭火目标。一些企业也会直接采用化工厂生产的液态二氧化碳进行防火灭火。该技术的优势在于获取高纯度二氧化碳的方式简便，并且防火灭火效果显著，尤其使用液态二氧化碳阻燃和阻爆性更好，同时具备较强的降温效果。但是液态二氧化碳储存时间较短，最多不得超出48 小时，由于使用量较大、冲撞次数频繁，不仅在一定程度上增加了维护费用，还会降低救援工作整体效率。

3 矿井火灾事故救援装备中存在的一系列问题

3.1 燃油惰气灭火装备中存在的潜在隐患

通常情况下，在处理大面积的明火火灾，或防止瓦斯或煤尘爆炸中，会优先选择使用燃油惰气灭火装备。随着科学技术不断发展，该装备也得到了进一步优化和完善，适用范围也越来越广泛，包括采空区、巷道等区域，均能够发挥良好的防火灭火效果[5]。然而，结合燃油惰气灭火装备结构和技术指标来看，仍然存在一些不足之处，阻碍了其进一步应用和发展。具体可以从以下几点分析：

第一，燃油惰气出口温度最高可以达到90℃左右，不能满足矿井火灾事故降温需求，即使熄灭明火，处理区温度仍然较高，容易造成火势复燃。

第二，燃油惰气中含有大量一氧化碳。如果在火灾救援处理过程中，惰气注入密封不严，将会导致一氧化碳泄漏，容易导致救援人员中毒。另外，如果燃油燃烧不充分，将无法为燃烧区提供充足氧气，最终无法达到防火灭火目标。

第三，当前，我国对燃油惰气产品的定义是非防爆产品。由于在井下火灾事故处理时，燃烧燃油后产生惰气，所以其安全性不能得到充分保障。

第四，燃油惰气装置体积较大，移动困难，在矿井环境中适应性较差。

3.2 液态二氧化碳装置中存在的潜在隐患

上文提到，液态二氧化碳处理技术具有灭火、防火能力强、速度快、成本低等多种优势，并且适用范围交广，能够在短时间内处理气体、固体、电气等火灾事故[6]。但在使用液态二氧化碳装置过程中，救援人员需要充分考虑以下几点安全技术防护问题：

第一，采取何种措施控制运输罐的温度和压力。

第二，如何在井下安全灌注液体二氧化碳，有效避免管道冰堵，保证二氧化碳注入处理区。

第三，在处理大面积火灾事故时，如何保证液态二氧化碳供给连续性，从而提高火灾处理效率。

3.3 矿井巷道密闭墙启封装备存在的潜在隐患

当前，矿井火灾事故救援队在破除密闭墙时，大多采用人工破拆方式，这种方式耗时较长、在一定程度上降低了火灾处理效率。虽然个别救援队伍对静力无声爆破剂进行实验，但是由于借鉴经验较少，其安全性无法得到充分保证。所以在矿井巷道密闭墙破拆方面，仍然存在较大的发展空间。

4 矿井火灾事故救援装备技术完善措施

4.1 燃油惰气装备完善措施

在燃油惰气灭火装备研究设计过程中，应赋予其多重保护功能，从而提高其安全性和可靠性。具体来说：

第一，针对燃油惰气出口温度较高问题，需要重点研究配套降温技术和设备，保证能够迅速降低处理区温度，避免火势复燃。

第二，针对燃料燃烧后产生的一氧化碳气体，需要重点研究净化技术，保证气体在泄漏的同时能够得到有效净化，避免救援人员中毒[7]。

第三，结合燃油惰气装备体积大小，设置配套的快速移动底座，使其能够在井下火灾处理时灵活移动。

4.2 液态二氧化碳装备完善措施

针对上文提出的液态二氧化碳灭火装置中存在的不足之处以及相关问题，需要通过以下措施进行优化和改进：

第一，运用双层真空并且隔热效果较高的材料设计液态二氧化碳储存罐，有效延长液态二氧化碳储存时间。

第二，重点对储存罐的管路内部压力和防冰堵能力进行试验，并结合试验结果设计压力自动增压系统、自动泄压系统。

第三，重点研究其汽化特征，保证液态二氧化碳能够持续、稳定汽化。

第四，通过科学试验进一步优化和完善汽化喷射装置，保证其具有及时性和高效性。同时精确计算管件、阀门的长度。

4.3 矿井巷道密闭墙启封装备完善措施

矿井产生火灾事故后，需要及时采取救援技术进行处理，如果无法做到及时性和高效性，将会导致火势蔓延，为企业和社会造成巨大损失。上文提到，在矿井巷道密闭墙破除过程中，大部分救援队伍选择人工破除方式，由于效率低、耗时长，无法充分满足火灾事故出来需求，针对这一问题，专家和学者需要重点研究适用于矿井巷道密闭墙快速、安全启封的工具和技术。其中包括气动链条锯、气动破拆工具等。另外，在实际作业中，需要保证工具在高频率使用过程中不会产生火花，以免增加火灾隐患。同时要具备及时断水和停机功能，并且工具体积要小、速度要快，及时单人作业应能够及时完成相关工作。想要实现以上需求，可以从以下两个方面入手：

第一，应用材质较强的合金材料，或耐冲击性较强的复合外壳材料设计和研究矿山专用的破拆工具。设计完成后需要通过多次试验，对其冲击性能进行实验，保证其在摩擦过程中不会产生火花现象，同时需要对抗静电能力和阻燃性进行试验。

第二，在起动链条锯设计和研发过程中，需要保障其锯齿位置具有较强的耐高温性能，并且在使用过程中，不会因摩擦产生火花现象。

5 结语

综上所述，矿井火灾事故一旦产生，如果不及时采取救援措施处理，会导致火势加大，从而造成设备损坏、人员伤亡。为避免火灾事故造成的一系列不良影响，本文结合引发矿井火灾事故的内因和外因进行分析，同时对常见的防火和灭火处理措施进行阐述，并结合当前灭火装备中存在的不足之处，针对性提出完善措施，旨在为提高火灾处理效率奠定基础。