矿井自燃火灾超前协同防控技术分析

刘世承，李仲勋

（毕节职业技术学院，贵州毕节551700）

煤炭是我国的主要能源类型，但在开采的过程中很容易产生自燃的情况。行业内工作人员需要尽可能地针对现状寻找相应的超前协同防控措施，并在落实过程中更注意相关要点。主要原因在于，煤矿自燃必然产生能源损耗，此种损失完全可以避免，而且我国的防灭火技术还需要进一步完善，当前难以在矿井自燃的情况下精准确认火源。未来的矿井自燃火灾需要颠覆传统的被动防治措施，而是要以超前协同防治为主，才能有效降低资源损耗。

1 矿井自燃火灾概述

矿井火灾的产生过程十分复杂，在发生的过程中不仅有物理变化的特点，还有化学变化。我国是煤矿火灾现象较为严重，且事故发生率最高的国家，必然要在后续的工作中提高重视度，为矿井工作人员的生命安全负起责任。

2 矿井火灾类型

矿井火灾可以划分为两种，即内因火灾和外因火灾，主要划分依据是起火原因[1]。内因火灾一般是由于矿井内的空气稀薄且不流通，即便空气流通性强，也有可能由于其中的氧气成分不高产生自燃的现象。内因火灾的产生则主要是由于矿井所在的地质结构不稳定，且掘进工作区域封闭性不好。若矿井下产生自燃火灾，地面的监测人员很难在第一时间发现地下情况的变化，在发生的初期只能依靠矿井内空气温度的上升情况判定，一旦内部的火灾发展到明火燃烧的阶段，由于燃烧的加剧，矿井内会产生大量的烟气，此时地上人员才能明显感知到井内情况不对。由此可见，井内火灾虽然发展较慢，但实际上一旦起火扑灭难度很高，且在矿井内部燃烧过程中带来的高温、有毒气体等对井下工作人员的生命安全会造成严重威胁，一旦矿井自燃基本上必然会造成人员伤亡，这也说明了矿井自燃火灾超前协同防控工作的展开迫在眉睫。

外因火灾通常情况下指的是外来热源引发的火灾，如瓦斯爆炸、设备老化以及机械摩擦产生火花等，矿井的外因火灾常由于处理不当二次起火[2]。与内因火灾不同，外因火灾的起火速度极快，且事发突然，因此造成的损失与内因火灾相比更加严重。经统计世界范围内的煤矿火灾事件中，伤亡人数过百计的大多是外因火灾。

3 矿井自燃火灾的特点及危害

根据上文内容可以基本分析出，矿井自燃火灾具有较强破坏性，不仅如此，还有继发性和灾难性。其中破坏性主要体现在矿井火灾发生时，火焰和高温硫烟在矿井巷道中流动破坏设备和支护结构，会随着火灾发展造成严重的资源浪费。继发性则是指在矿井自燃火灾产生时，不但会在火源地燃烧，而且会蔓延到所有高温硫烟经过的区域，一旦在这个过程中，火焰接触到流动空气，很有可能产生二次起火。矿井自燃火灾的灾难性是显而易见的，燃烧产生的有毒烟气和粉尘都对人体有较大程度威胁，一旦开始燃烧，有毒气体就会逐渐蔓延到矿井下的每个巷道当中，若不及时救援，井下工作人员的生命安全根本得不到保障。

4 矿井自燃火灾基本要素

众所周知，热源、可燃物和氧气被称为“矿井火灾三要素”[3]。简单讲就是矿井自燃火灾的产生，三者需要同时满足，且会在发展过程中相互配合，一旦达到符合自燃条件的程度，就会产生火灾。反之，一旦三者中的一点得到控制，矿井自燃火灾就不可能发生，因此未来的超前协同防控工作必然要从上述三点入手。

（1）热源。矿井自燃火灾的热源来源十分广泛，常见的有瓦斯爆炸、设备运转故障、井下工人操作不当、爆破和焊接等，简单讲就是井下产生明火是导致自燃火灾的主要原因。

（2）可燃物。矿井内的煤矿资源本身就是可燃物[4]。煤矿燃烧过程中产生的烟尘、矿井中无处不在的瓦斯气体，都是能够引发矿井自燃火灾的可燃物。

（3）氧气。氧气是燃烧的必须要素，可燃物只有在持续的氧气供给环境中才能维持燃烧。

5 矿井自燃火灾超前协同防控措施

（1）自身防控。针对该特点，矿井在设计和建设的过程中，可以有意识地采取合理手段控制自燃条件的形成，赋予矿井本身一定程度的防灭火能力。采取无煤柱开采、设计易于隔绝的采矿区都能使煤矿减少与氧气的接触，降低矿井自燃火灾发生的可能性。

（2）灌浆防控。此种防控技术指的是将粘土、页岩碎屑等材料按照一定比例与水混合搅拌成浆液，在矿井开采过程中喷洒在采空区当中，就能够起到良好的防火效果。或者用此种浆液填充井下的煤岩缝隙和表面孔洞，也能达到阻隔氧气的效果，同时浆液中的水分能够增加煤矿表面湿度，降低其自燃的可能性。

（3）阻化剂。阻化剂防灭火也是当下矿井工作常见的技术，指的是在煤的表面形成阻隔，延缓煤矿的氧化过程，也就能达到防护目的。

（4）惰性气体。惰性气体防灭火本质上是降低矿井内空气中氧气的浓度，将氧含量降低到能够抑制瓦斯爆炸的浓度，即可达到防火的目的。且惰性气体能够快速充满采空区，若矿井已经产生自燃火灾，在内部输入惰性气体能够有效控制火情，最终达到熄灭的效果。

（5）一般措施。矿井自燃火灾除了超前预防外，也要配合使用一般的防护措施，能够得到的防护效果也是十分理想的。如：在矿井中使用不可燃的支护材料、每隔一段距离设置一扇防火门，以及完善消防给水设施等。

6 矿井自燃火灾超前协同防控要点

6.1 超前采矿工程控氧化

矿井自燃火灾的超前采矿工程控氧化工作可以从三个方面入手分析。首先是矿区尺度，根据矿区煤层的自燃倾向性、发火期和间距层等细节，可以将矿井划分为3个危险等级，具体的矿井自燃火灾等级的划分标准如图1所示。

图1 矿井自燃火灾等级划分标准

其次是矿井尺度。如：某矿井工作人员根据矿井尺度得出，该煤矿区在采掘后期应采取对角式的分区和通风方式展开工作，且同盘区的工作面也要注意按照煤层实际走向布置。在设置推进长度时，该工作人员要求尽可能将长度保持一致，且回采工作也要求工人按顺序开采，避免间隔开采提升后续工作难度。

最后是工作面尺度。在工作面尺度下，工作人员可以分析工作面的采高、长度和影响因素等细节。具体的工作面长度计算模型如下：

以某矿井的自燃火灾预防工作为例，该矿井工作人员从预防自燃的角度分析，得出了顶煤留设厚度应在30cm 以下的结论，首层煤开采过程中，按照设计方案，煤柱应预留16m左右的距离，而下层煤柱的距离应预留18～21m左右。

6.2 超前综合预防自燃

矿井自燃火灾超前综合预防控制技术的具体应用以某矿井为例，该矿井属于典型的矿井煤层煤样，开采之前工作人员进行了实验，发现该矿区的自燃火灾风险类型为Ⅱ类。根据该实验结果工作人员选择使用自燃火灾超前预防技术展开后续的控制工作，为保障工作效果，工作人员提前设计了下工作面受到自燃火灾威胁程度的评估方式，系统地分析了上覆岩层破坏程度和采动裂隙分布规律，最终推导出了下工作面不受自燃火灾影响的最小相对静压计算方式：

在该公式的帮助下，工作人员能准确计算出超前协同防控工作落实需要的具体数据。

7 结束语

综上所述，虽然以往在矿井自燃的处理方式是快速灭火，但随着煤矿采挖的深入，火灾也越来越难以控制。针对此种现象，工作人员应变被动为主动，即利用超前采矿工程空氧化和综合防治的方式控制自燃，尽可能减少矿井自燃火灾的产生次数。