抚顺东露天矿采场火灾辨识分析及防治方案

2021-03-07刘广新李焕忠

露天采矿技术 2021年1期

王洋，刘广新，李焕忠

（抚顺矿业集团有限责任公司东露天矿，辽宁抚顺 113003）

露天煤矿在生产作业中由于其自身工作环境的特殊性和开采条件的特殊性，存在许多的危险因素。其中，露天煤矿火灾事故的预防和处理，是露天煤矿解决危险因素中的重要一项。煤矿火灾防治应坚持以基础理论研究为先导，以关键技术装备研发为重点，以推广应用为目的，不断创新提高防火技术的有效性、适应性和经济性[1]。通过对抚顺东露天矿采场火灾因素辨识分析，结合生产实际采取可行有效的防治措施，可以提高采场火灾事故的预防能力，实现抚顺东露天矿采场火灾事故可防可控。

1 东露天矿采场煤炭自燃情况

1）东露天矿采场煤炭自燃现状调查。东露天矿自建矿以来，原煤生产及土方剥离工程中使用爆破工艺，对煤坑的边墙煤帮产生一定的松动，进入空气后，容易发生边角煤层自燃现象。由于东露天矿在日伪时期遭受了十分严重地乱挖乱采现象，造成边坡下面存在数量众多的老井工采区或旧巷道，由此严重的威胁目前露天开采的安全[2]。随着矿山发展规划的实施，采掘深度的增加，揭露的井工旧巷、旧采迹越来越多，揭露的旧巷、旧采迹的煤炭与空气中氧接触后极易自燃。

2）东露天矿煤炭自然发火。矿井自燃火灾是威胁煤矿安全生产、造成煤矿重特大事故的主要灾害之一[3]。东露天矿煤层自燃倾向性等级为Ⅰ级，属于容易自燃煤层，煤质发火期相对较短，约为30 d。

3）东露天矿防灭火系统现状。东露天矿在坑下东部泵站的蓄水池内安装1 台潜水泵，在矿坑南帮铺设1 排2 300 m 长，直位φ108 mm 的消火管路，消火管路上每100～150 m 安设1 个DN50 阀门，阀门上分别接上DN50 塑料管2 000 m，分别引至坑下采煤工作面火区和南帮煤壁火区的消火工作。

2 东露天矿采场火灾辨识分析

从东露天矿作业环境的角度辨识分析，其采场火灾危险因素分为内因火灾和外因火灾。辨识分析内因火灾和外因火灾发生的燃烧必要条件，煤炭发生自燃、着火等燃烧类型，及煤炭形成分解燃烧和阴燃的燃烧方式和特点，并采用现场定期巡视、火灾风险管控、火灾隐患排查、采场煤层揭露、案例经验总结等方法对采场火灾进行辨识分析，确定了采场火灾危险有害因素。

2.1 内因火灾

2.1.1 内因火灾分类

1）采场煤层自燃。可燃物在没有外部火花、火焰等火源的作用下，由于受热或自身发热并蓄热所产生的自然燃烧现象叫自燃[4]。2015 年12 月南帮E8400，+20 采场火区为煤炭松动爆破后未及时采装，造成煤炭长时间裸露引发煤炭自燃，形成火区。

2）旧巷、旧采迹的煤炭自燃。2016 年10 月在西小坑煤炭采区+2 m 水平进行采煤作业时，揭露了大量的旧巷、老空区和旧采迹，随着巷道的揭露以及采空区的塌陷，老空区内已氧化的煤得到充足的氧气供应后形成了煤层自燃，且自燃向着隐蔽的纵深处扩展蔓延，逐渐发展成了大面积的高温火区。

2.1.2 内因火灾原因

煤是能自然发火的矿物，煤炭自燃形成的火灾必须同时满足3 个条件：①露天开采揭露出来的煤炭、旧巷、旧采迹的煤炭具有自燃倾向性，并呈破碎状态堆积存在；②持续的通风供氧促使煤的氧化过程不断发展；③煤氧化产生的热量不断积蓄，不能及时散热，持续升高温度。

2.2 外因火灾

外因火灾是由于外来热源引起的火灾，包括明火（如点火、吸烟、电焊、气焊等）引燃的火灾；油料（如柴油、维修用油等）在使用、运输和保管时引起的火灾；电气设备（动力线、照明线、电动设备等）的绝缘损坏和性能不良、短路或过负荷引起的火灾；炸药在使用、运输过程中引起的火灾；机械作用（摩擦、震动冲击等）引起的火灾；雷击造成的火灾。在煤矿火灾事故中，外因火灾占重大恶性事故比例达到90%以上，且死于外因火灾事故的人数占总数的65%。因此，绝不能由于外因火灾的发生比率小而忽视其危险性[5]。

3 东露天矿采场火灾防治方案

3.1 采场火灾消火技术

坚持科技创新，探究防治煤矿火灾危害的技术措施，是实现现代煤矿安全开发稳定运行的技术保障[6]。采场火点消火途径主要是熄灭采场火点燃烧中心的火源、降低温度和隔绝氧气，东露天矿采场采取综合治理措施，消火方法分别采用水浇法、清除火根法、渗透法、隔绝空气掩埋法等。

3.1.1 水浇法

水浇法是露天煤矿目前普遍使用的一种灭火方法，水进入火区起到冷却、降温的作用，同时阻止了矿物氧化反应的进行。利用露天煤矿采场内部防排水系统所汇集的水作为水源，通过泵站在采场内建立送水消火管路网络，用消防水枪向火区喷洒注水，同时采用洒水车直接把水喷洒到火区。因此，其工艺可分为以下2 种：①用管路输水：即水源（虹吸）-管路-消防水枪-火点；②洒水车运水：即水源-洒水车-水带-火区。水浇法适用于消灭明火或火根在2 m 以内的范围较小的火区，煤炭采场临时出现的火点。水浇法的优点是取材方便，降温散热效果好，成本低，见效快。水浇法工艺图如图1。

图1 水浇法工艺图

3.1.2 渗透法

渗透法是应用于采场工作面的暗火，其基本做法是根据所掌握的各火区范围，以火区边缘为界，挖建蓄水池。因为水有较强的渗透力，它可以穿过火物料的空隙，到达火区的燃烧中心，降温、隔氧达到灭火的作用，同时水池沿火区的边缘而挖建，可以阻止火区向横向扩散。如2017 年年初东露天矿在西小坑火点上挖了1 座长20 m、宽10 m、深0.5 m 的蓄水池，将上部消火渗透水引入，通过近1 个月的时间，将该处暗火消灭。渗透法工艺为在火区周围挖建蓄水池渗透，即火区-周围挖建蓄水池-自流水（虹吸）-渗透。渗透法工艺如图2。

图2 渗透法工艺

3.1.3 清除火根法

清除火根法就是用水枪配合把已燃物料用机械设备运走，直至剥除火根进行灭火的方法。其适合于消灭火根浅、面积小、水不易到达的火区。优点是消火彻底，不复发。如2019 年东露天矿南帮E8600、+30 m水平火点就是采用此方法进行了消火，清除火根运至排土场。东露天矿与西露天矿比邻，且西露天矿已形成了1 个巨大的矿坑，到界的西露天矿坑为东露天矿排土提供了排土空间[7]。清除火根法工艺采用挖沟机、铲车、大汽车，将火点的火消灭根除，即挖掘设备与水枪配合-火区-清除火根-散热-运至排土场。消除火根法工艺如图3。

图3 消除火根法工艺

3.1.4 隔绝空气掩埋法

隔绝空气法就是在火区上部覆盖0.5～1.0 m 的沙子阻火细碎物料，并用人工、设备进行填埋，达到隔绝氧气灭火的目的。适合于小面积孤立的火区。缺点是消火不彻底易造成火区向四周发展。如2018 年东露天矿南帮E8400 坡面火区采用沙子进行了掩埋，掩埋量达100 m3左右。用近4 d 将此火区掩埋，消灭了该处火区。隔绝空气掩埋法工艺如图4。

图4 隔绝空气掩埋法工艺

3.2 采场火灾预防措施

为了预防采场火灾事故发生，并实现及时有效消灭坑下蓝烟、明火等安全隐患，特制定如下预防措施：①从火源的来源方面考虑，必须及时处理生产过程中遗留的各种发火隐患[8]，加强坑下采场检查和巡视，对坑下易发生自燃火灾的物品，要立即清理干净；②在坑下采场所有防火区设有“严禁烟火”等防火警示标志；③严格控制煤层爆破量，所爆破的煤量不得超过15 d 的生产量；④采场采装工作面应将坡面松动的煤层及平盘上浮煤清理干净；⑤运煤道路及煤场每天进行浮煤的清理及洒水降温、除尘工作；⑥完善坑下采场消火系统，铺设6 条虹吸自流水管路，并保证24 h 消火；⑦配备消火水车5 辆，以备边远采场无水源、火点小的火区消火使用。

3.3 采场火灾消火作业安全措施

1）旧巷消火安全措施。东露天矿由于旧巷较多，坑下旧巷火区时有发生，为了确保完成消火作业和消火人员的人身安全，特制定如下安全措施：①发现有塌落的旧巷时，要用绳索圈定，挂上警示标志；②在处理新揭露的旧巷时，消火人员不能立即靠近洞口，防止被瓦斯熏伤。必须先用水将火的周围冷却后，再进行消火作业；③消火时作业人员要站在安全地点侧面顺风给水，防止被产生的烟气和热量所熏伤、烫伤或烧伤。

2）高段消火安全措施。在高段消火作业时，消火作业环境和周围环境严重威胁消火人员的人身安全，为了确保完成消火作业和消火人员的人身安全，特制定如下安全措施：①水车必须停靠在距工作面坡底线10 m 以外的安全地带，将水车的尾部朝向工作面，选择好撤离火区的路线；②在高段消火作业时，一定要设置好安全监护人员，上下各设置1 名监护人员，确保作业人员的人身安全，瞭望工作面的变化情况，要随时做好撤离的准备，保持不少于4 人1组作业，做好互相呼应；③高段消火时要从侧面给水。将浮块先清理干净，然后由下至上逐渐推进；④在梯段较高、坡角较大的工作面消火时，应从其上方压消防水枪消火，严禁将消防水带或消防水枪放在浮块上或大裂缝处，防止塌陷造成人员伤亡。