麦捷煤矿防灭火设计分析

2021-04-11＊姜涛

当代化工研究 2021年18期

＊姜涛

（山西潞阳麦捷煤业有限公司山西 045000）

1.引言

山西寿阳潞阳麦捷煤业有限公司（文中简称“麦捷煤业”），原为寿阳麦捷实业煤业有限责任公司，位于寿阳县城北解愁乡荣家沟村东。根据煤科集团沈阳研究院《2020年度麦捷煤业瓦斯涌出量测定报告》，矿井绝对瓦斯涌出量22.91m³/min，相对瓦斯涌出量8.06m³/t；CO2绝对涌出量为4.01m³/min，相对涌出量1.41m³/t，为高瓦斯矿井。2020年10月经山西省煤炭工业局综合测试中心测试，8#、12#、15#煤层自燃倾向性等级均为Ⅲ类不易自燃。在煤矿开展与生产过程中，为深化“安全第一，预防为主”的煤矿安全生产原则，最大限度规避矿井在开采过程中出现的火灾隐患，应努力提升煤矿矿井在开采过程中的防火灭火能力，对矿井整体进行防火灭火的科学设计。

2.矿井火灾因素分析

通常情况下，煤矿的火灾可以为外因火灾和内因火灾[1-2]。造成外因火灾的因素主要有以下几个方面：（1）存在明火，煤矿工人在井下工作时带有打火机等物件，或违规进行电焊作业；（2）出现明火，在电气设备出现故障时出现的自燃或机电设备发生爆炸等；（3）炮火，在煤矿炮眼封孔深度不够时，炸药喷出导致巷道周围可燃物着火；（4）瓦斯爆炸或煤尘爆炸引发火灾；（5）机械设备之间的高速摩擦引发的火灾，例如皮带机与托辊之间的摩擦导致皮带发生自燃，运输机车的制动引起铁轨摩擦起火。

内因火灾产生的原因主要有：（1）有易自燃的煤炭存在，如自燃煤层或陷落柱等地质构造区周边煤质自燃发火性指标发生变化的煤体；（2）有含氧量较高的空气流过；（3）风速适当，煤氧化生成的热量能不断积聚。在矿井进行开采过程中，只有煤矿内部环境具备以上三种因素，且这三种因素已经在煤矿环境中持续一段时间，这时将会造成内因火灾的发生。另外，采空区管理不善，违规使用充填材料、浮煤多、温度高；煤壁裸露时间长，没有及时封闭等，也是发生自燃的外部因素。

3.矿井防灭火措施

(1)开拓防灭火措施

在15#煤层、8#煤层开拓巷道布置在煤层中时，采用锚网喷支护。对于采取绞车房等硐室的支护过程中，相关操作人员在选择支护材料的过程中应严格应用不燃性的支护原材料，并在支护过程中需选择砌碹或锚喷的支护方式。150503、150506工作面采用走向长壁、后退式综合机械化低位放顶煤全部垮落法（综放），回采率高，巷道布置简单，回采速度较快，有较好的防火性。在进行煤矿开采过程中，相关工作人员应对周围的开采环境进行及时观察，对于开采环境中可能出现的自燃征兆及时发现并快速处理。并且在开采工作完毕以后，应及时对采空区采取巷道密闭处理。在工作面回采时，应该进行有效的管理，保证合适的回采速度。这样，可以最大程度上控制开采出来的煤炭氧化量。为了减小煤炭自燃，应该及时清理皮带周围洒落的浮煤，以免浮煤自燃引发火灾。此外，在回采时，要尽量将工作面的顶煤和底煤切割干净，减少采空区的遗煤量。

总的来说，为了提高矿井的抵抗自燃发火的能力，应该做好以下几个方面：①提高煤炭的回采率，减少采空区中的遗煤量；②回采时要控制煤炭的破碎程度，煤块越完整越能降低发火的概率；③尽可能的提高工作面的回采速度，避免采空区中高温热源的形成；④要做好采空区的密闭工作，从而减少采空区内浮煤的氧化，达到最大程度上抑制采空区煤层自然发火以及瓦斯爆炸。

(2)通风系统措施

煤层的发火与煤炭接触空气的时间有很大的关系。为此，需要做好采空区密闭工作，减少巷道的漏风。一方面，可以降低矿井的局部通风阻力，提高矿井通风的效率。另一方面，可以在发生火灾时实现对风流的控制，降低发生火灾的范围。

本矿采用对角式通风，布置有单独的进风井和回风井。矿井采用的负压通风，工作面采用的是U型通风方式，最大程度上减小了采空区的漏风。这样可以很好地防止采空区内煤炭的自燃。在工作面回采时，需要根据生产量确定合适的风量。不能随意地调节风量，以免加速采空区内煤层的氧化。调节风门、风墙等通风设施，应设置在围岩坚固、地压稳定的地点。

(3)煤层自燃监测方面的措施

目前，煤层火灾的监测主要有矿井火灾束管采样监测系统、煤矿安全监控系统和人工检测三种手段。因我矿煤层自燃倾向性均为Ⅲ级不易自燃，未装备束管监测系统。

人工检测一直作为煤层火灾的主要监测手段，由人工直接在各测点进行气体检测，以此判断气体变化进而判断是否发生煤层火灾。目前我矿已建成多功能气体分析实验室，通过对井下气体进行取样分析，提高防灭火能力。

4.矿井外因火灾防治

井下外因火灾在矿井火灾中所占比重较大，也是本矿火灾防范的重点工作。造成外因火灾的原因有使用明火、放炮、煤尘瓦斯爆炸、机电设备运转不良、机械摩擦、电流短路等。发生火灾的地点有井口房、井筒、机电硐室及安装有机电设备的巷道或工作面。同时，与内因火灾相比，外因火灾具有突发特性，灾害扩散速度快、范围大，很容易造成人员伤亡，危害尤为严重，因此必须加强外因火灾防治。

(1)火灾源头控制

煤矿火灾的控制需要从杜绝高温热源和清除易燃物两个方面做起[3]。杜绝高温热源要做好以下几个方面：①严禁在井口房和主通风机房附近20m内使用明火和吸烟，进风井口应装设防火铁门，井下机电硐室、火药库等硐室的出口装设向外开的防火铁门；②严控生产火花、机电火花、摩擦火花等火源的产生；③严禁井下使用灯泡取暖和使用电炉，严禁使用无防爆合格证的电器设备，并且在采矿环境中的井下区域以及井口房区域内，严禁开展电焊等可产生明火的操作；④处于矿井下方的相关大型采矿设备，以及动力变压器等一些高压设备在运行过程中，应对其做好短路、过负荷等相应的保护措施，确保其在开采过程中能够安全、稳定的运行。

清除易燃物需要做好以下几个方面：①井下使用的各种液体燃料，需要放到专用的铁质容器内，存放在指定的地点，并由专人看管；②对于机械设备附近出现的油料泄露要及时地清理；③要严格控制巷道内一些可燃物质的堆放量，例如木材等；④运输机的皮带以及各种电缆的绝缘皮要尽量采用阻燃材料，这样可以降低发火时引发的灾难。

(2)煤尘瓦斯事故引发的火灾防治措施及装备

在煤矿开采过程中，煤矿开采环境以及相关的煤矿开采技术对于开采过程中所产生的粉尘量的大小都能够起着很大的影响。在开采过程中，如果遇到断层和褶皱发育的开采地带时，粉尘量则会大幅度增加。在开采工艺基本一致的外在条件下，急倾斜与缓倾斜煤层相对比，在开采过程中能够产生的粉尘量也会较大。对于煤矿开采技术来说，煤矿开采过程中的机械化设备运用的频率越高，则产生的粉尘量则越大。本矿井开采中厚、厚煤层，采用综采方法开采，产尘量较大，因此采煤工作面防尘是矿井防尘的重点工作。井下主要产生粉尘的地点有：采掘工作面、运煤系统转载点、胶带输送机以及刮板输送机等运输过程中。液压支架安装自动喷雾降尘装置，降柱、移架时同步喷雾，喷雾压力控制1.5MPa以上，喷雾流量控制在20～25L/min。破碎机安装防尘罩，在进出两端设喷雾装置并安装挡帘。工作面运输顺槽内设置两道全断面自动控制风流净化水幕：位置设置在距工作面30m处，一道在皮带顺槽皮带机头上风侧10m；工作面回风顺槽内设置两道全断面自动控制风流净化水幕：两道水幕在采煤工作面回风顺槽距工作面出口30-50m处，并保持10m间距。水幕必须覆盖巷道全断面，以过滤从工作中排出的粉尘。

(3)停产期间综采面防灭火措施

停产期间，降低工作面配风量，计划将150503工作面由1300m³/min调整至7000m³/min，150506工作面由1200m³/min调整至600m³/min满足正常回采配风量50%即可，以降低工作面上下出口压差，尽量减少采空区漏风。为防止工作面向采空区漏风，采煤队组在150503、150506工作面上、下隅角各施工一道双层袋闭，要求袋闭严实。袋闭完工后，通防队使用快速密闭材料喷涂，以加强气密性，严防采空区漏风[4]。

加强工作面抽采在线监测。抽采队做好150503工作面高抽巷和150503轨顺抽采管路CO浓度、温度等指标监测工作，每天至少测量汇报一次，异常时及时通知通防部、抽采部。检查采煤面顺槽防火门，进行关闭试验，保证防火门周围顶板完好，无底鼓现象，能够正常关闭。抽采队负责完成气动注浆泵检修维护工作，确保设备完好，随时使用。503工作面后溜上部每隔25#架悬挂1台CO便携仪，跟班瓦斯员负责监管、更换；发现便携有数据及时汇报。