矿山井下防灭火措施探讨

李 理

1 矿井起火原因

1.1 矿井火灾的外因

对我国大部分中小型矿山企业来说,起火的主要原因是未按爆破作业程序及明火使用不当,设备经常出现操作故障或违规操作,电气设备也无法正常工作.但近年来,由于国家经济发展速度的日益提高,许多矿井也开始大规模采用设备,但施工人员却往往不能按照设计要求,设备有时还会发生外部井下冒烟或爆裂等问题。违反规定,很容易引发火灾。通常,如果火灾是由上述原因引起的,它会在很短的时间内以惊人的速度蔓延。因此,新发现火灾的应急管理非常重要。需要救援人员。

1.2 矿井火灾的内因

煤炭是一种使用时必须燃烧的资源,因此它是高度易燃的。当煤氧化时,它会迅速燃烧。如果燃烧面积太大,火灾是不可避免的。煤的自燃是煤矿中普遍存在的问题。煤可以自行氧化,不需要从外部点燃。如果管理措施不完善,这样的煤火很容易上火。据有关部门调查,矿山火灾中内部火灾所占比例超过80%。为了有效控制它,分布很广,危害也很严重。当前,我国煤矿面临的关键挑战是如何有针对性地预防和扑灭内部火灾。

2 矿井火灾隐患

2.1 矿山正常生产中断

如果采空区的煤柱发生内部火灾,通常需要很长时间才能完全扑灭。目前的常规做法是完全隔离火区。这样做的后果是煤炭将被冻结,正常开采将无法继续。特别是发生内火的煤矿,即一侧一矿一井,则整个煤矿封闭,无法开采。

2.2 严重的经济损失

地下有许多易燃易燃物质,一些非常小的火源也会导致火势蔓延,潜在地危及地下采矿和运输设备等设备。

2.3 环境污染

我国一些煤矿区容易发生明火。当发生大火时,燃烧时间会很长。如果消防措施不完善,或者专业工具不够,消防技术落后,那么火灾问题就很难立即处理。它会破坏煤炭资源,有害气体难以驱散和去除,降低空气质量,容易造成酸雨或温室效应。

3 矿山消防措施

矿井防火的基本原则是"先防同时灭火"。由于各种原因,可分为外部防火措施和内部防火措施。

3.1 户外防火措施

（1）防止形成火源:①井口室和通风机房半径20m 范围内不可使用明火。②在井下进行电焊和气接头时,都需要建立专门的、可靠的保护措施。③在煤矿使用允许使用的安全炸药时,必须严格遵守爆破规定,禁止明火或电线爆破。④使用性能较好的矿用防爆设备,电缆安装必须遵守《煤矿安全规程》以防止产生火星,保护系统须配备齐全,且不得在地下使用灯泡和电炉。⑤设备需要灵巧安全可靠,并达到防止因碰撞而形成火花的要求。

（2）防火门:铁质防火门进风口设有门,可将井口紧紧关闭。易于关闭的井口可防止井口附近的地面和地下发生火灾。在每个生产水平进风口与地下车库的交界处,应安装两扇防火门,以便在一个机翼发生火灾时,能够迅速切断空气供应并控制火势;门。

（3）消防器材和消防器材的安装:按照规定建立地下消防物资库,存放消防物资和工具,并定期检查更换。

（4）安装消防供水系统:每个矿井必须建一个地上水池来储存消防用水。所有主要地下隧道和矿山巷道均应铺设消防水管,并按一定距离安装。

3.2 内部防火措施

（1）减少各种火灾隐患:①采矿技术:选择正确的矿山开发方式,合理组织矿区;选择正确的采煤方法和开采程序;着眼于高位,提高挖矿速度,加快挖矿速度,不挖乱分配的阶段。房间和矿区之间的煤块;预防性固井、注入缓蚀剂和惰性气体等。②通风技术:选择合理的通风方式,设置适当控制气流的手段,采取等压措施防止矿区火灾,加强通风防火管理。

（2）及时预报预报:掌握山火征兆,及时做好火灾预报预报,预防山火初发阶段。

（3）及时处理:采矿过程中的各种火灾隐患必须及时消除,减少自燃的可能性。比如加强废弃物管理,及时补充煤渣,及时进行高温处理。

3.3 井口防灭火措施

根据我国颁布的矿山安全规程规定内容，井口坚决执行以下措施：一是进、回风井口附近20 米内禁止吸烟、生火或利用火炉取暖，不得堆积干柴、木板等易燃物品。二是井口房内和井下不得进行电焊、气焊和喷灯焊接等作业。如果必须在井口房内、井下主要硐室和主要进风井巷内进行电焊、气焊和喷灯焊接等工作，每次必须制定安全措施，由矿长批准。三是井口设置专职检身员，必须携带自救器，严禁带烟火下井，严禁穿化纤衣服入井。四是井口房必须用不燃性材料建筑。

4 全矿井防灭火措施

4.1 灌浆系统

矿井地面修建灌浆站1 个，配套灌浆水池容积为2000m3，灌浆水泵房内安设两台型号为150D—30*5 的水泵，扬程为150m ；流量为155m3/h ；转速为1480r/min。矿井地面现有灌浆立眼1 个，深220m，使用φ159×10mm 无缝钢管。

4.2 注氮系统

矿井现采用井下移动式制氮机组，井下共有注氮硐室2 个。

一号氮气站共安设3 台制氮机，其中1 台DM-1000 型、2 台DM-500 型制氮机，一号氮气站总额定流量为2000m3/h ；二号氮气站共安设8 台制氮机，其中6 台DM-1000 型、2 台DM-500型制氮机，二号氮气站总额定流量为7000m3/h，矿井总额定流量9000m3/h，一号、二号氮气站采用联合注氮，管网覆盖整个一采区。

4.3 煤层自燃预测预报系统

一是束管监测系统，矿井采用SG-2003 型矿井自燃火灾束管监测系统，可随时掌握工作面采空区、掘进工作面及主要进、回风大巷气体变化情况。其中综放工作面布置5 个测点，每个综掘工作面布置2 个测点，一采区运输下山、辅运下山、回风下山各布置1 个测点。二是人工检测，在井下主要地点布置人工测点，由专人直接在测点进行气体和温度检测，并每7 天进行取样化验分析。

5 采面防灭火措施

5.1 采面开采期间防灭火

老塘防火采取以埋管注浆为主，束管预测、对工作面上下端头垒设丝袋闭、下隅角埋管注氮、合理配给风量等辅助综合防治自燃发火方法。

采面束管监测监控。矿井采用SG-2003 矿井自燃火灾束管监测系统对工作面采空区气体变化情况进行监测，随时掌握采空区气体变化情况。一是矿用自然发火束管监测系统主干束管（16 芯）→采面回风顺槽（5 芯）→采煤工作面上隅角及工作面老塘侧。二是为及时准确地掌握老塘气体成份变化情况，进行老塘三带划分，开采前，在工作面上隅角、120# 支架、80# 支架、40# 支架及下隅角各埋设1 个束管采样头，总计埋设束管采样头5 个，工作面埋设束管需穿入2 寸铁管内，以防止束管被压坏，束管头由工作面上隅角引出至束管监测机房主干管路汇接，随工作面推进进行老塘三带划分。根据老塘三带划分情况，确定监测束管埋设距离。三是通防部门定期派专人对束管监测进行全面检查，发现问题及时汇报处理，确保束管监测数据准确、可靠，井下束管化验室每天对工作面老塘气体进行抽取气样化验，监测数据结果形成日报表，及时报相关领导审阅。四是由于抽放管路抽采时负压的作用，会容易导致向采空区漏风，增大采空区内的自然发火隐患，要根据束管监测监控数据及时调整抽放量，消除自然发火隐患。

图1 矿井下防火措施流程

5.2 采面注氮系统

矿井现采用井下移动式制氮制氮机组，根据《矿井防灭火专项设计》要求：一是氮气释放口应高于底板，以90°弯拐向采空区，与工作面保持平行。二是井下注氮管路采用¢ 108mm 铁管和¢ 159mm 铁管两种管路。采面注氮管使用单趟¢ 108mm铁管与主干¢ 159mm 注氮管路进行汇接，沿工作面运顺皮带里帮铺设至下隅角，预先在埋设位置设置三通，从三通上接出弯头进行注氮，释放口间距一般在30m ～ 50m 之间。

回采工作面注氮量计算：Qn=60Q0（C1-C2）/（CN+C2-1）。

一号氮气站注氮量和二号氮气站注氮量，都满足需求。

图2 氮气站注氮设备

图3 三号制氮机

5.3 采面上、下隅角老塘堵漏

采空区的主要漏风通道为采空区的上、下隅角，做好上、下隅角堵漏对采空区防火至关重要，根据防火经验，加强上、下隅角的堵漏能够阻断上、下隅角漏风通路。

5.3.1 进、回风侧老塘强制放顶

采煤队要提前将运回顺顶板的锚索和托盘回收，有助于老塘冒落。采煤队要提前将运回顺顶板的锚索、锚杆和托盘回收，有助于老塘冒落。回风顺槽、运输顺槽顶板和帮的锚索、锚杆、托盘随回采在支架前方小于0.6m、距顶板不超过0.8m 的进行回收、不得进入老塘。回收时不得超前回收，如果煤帮及顶板破碎，不许回收。如回收锚索、锚杆托盘后老塘仍不冒落，由采煤队采取措施进行强制放顶，务必保证老塘冒落。

5.3.2 工作面上、下隅角垒丝袋闭

采煤工作面上、下隅角每推进1.2m 各垒丝袋闭一道，垒丝袋闭时必须将两侧铁网破开，要保证丝带闭严密，防止向采空区漏风，丝带闭出现破损必须立即修复，且丝袋闭不能重复使用，此项工作由采煤单位负责，通防部门负责现场监督。

5.4 预防性灌浆

灌浆防灭火是目前我国矿井采用比较多的一种预防煤炭自燃的方法。灌入的砂浆能够吸热降温，将煤体进行包裹，隔绝氧气，同时能够填充空隙，在采空区形成1 层隔离带，降低漏风。灌浆材料采用排土场的露天沙较为方便，其物理性质满足要求。

（1）灌浆管路布置：井下灌浆管路一趟从立眼经回风总排总排至五川，使用φ108×4mm 无缝钢管；另一趟管路从立眼经行人下山至五川，使用φ108×4mm 无缝钢管。工作面回风顺槽灌浆管路采用φ108×4mm 无缝钢管与主干灌浆管路汇接。未开采前在工作面开切眼上隅角绞车窝子埋设第一组Ф108mm 注浆高顶管，工作面推进20m 时，可进行第一次注浆。以后每间隔30m 在工作面上隅角埋设一组Ф108mm 注浆高顶，埋入采空区20m 时进行一次注浆，高顶管埋入50m 后做废，两趟管路交替埋入。根据工作面实际情况，随时对老塘埋管及上隅角注砂段进行灌浆，灌浆注砂时，可根据现场实际情况加入适量阻化剂。

（2）每个灌浆段所需灌浆量：Q砂=KxLxHxM=1.2×4.0×4.0×3.0=57.6m3。式中：Q砂—灌浆用砂量m3，K—灌浆系数取1.2，L—灌浆长度m，H—灌浆宽度m，M—高度3.0m。Q水=KxQ砂/C=1.1×57.6÷0.33=192m3。式中：Q水—灌浆用水量m3，Q砂—灌浆用砂量m3，K—系数1.1，C—灌浆用水量与用砂量比例，取3 ：1。

（3）防止溃浆、透水安全措施。①采煤队提前在工作面运、回顺低洼点处施工水泵窝子，安设水泵，在灌浆前施工排水沟至水泵窝子，灌浆期间进行排水。②上、下隅角要打设好丝袋闭，垒丝袋闭时必须破网，将丝袋闭垒好后塞严塞实。③灌浆时砂量要均匀适度，切忌砂量忽大忽小。④加强对工作面注浆情况的观测，工作面或上隅角煤帮若出现砂浆流出，灌浆人员立即通知地面停止注浆。

（4）人工检测：在采面上隅角、架间各布置1 个人工防火观测点，每班由瓦检员对测点风流中的O2、CO、CH4和温度进行检测，发现问题及时汇报处理，并每7 天进行一次取样化验分析。

5.5 运输顺槽、回风顺槽巷道防灭火

一是采面运、回顺巷道为煤巷，全部为褐煤，褐煤的特点是水分大，燃点低，容易自燃，在两顺每隔200m 设一个防火检查点及采面上隅角、架间设置自燃发火观测点，挂好标志牌，通风队安排专人进行防火检查，发现问题及时汇报、处理。二是对皮带拖轮及时维护，皮带下浮货及时清理，防止因摩擦引起火灾。三是采面运、回风顺槽消防清水管路每间隔50m 出一个分歧和阀门，每个分歧接设一根防火高压胶管，每根高压胶管长度不小于25m，发现发火隐患及时处理。

5.6 采面回采结束后自燃发火防治

采面回采后撤除期间对工作面进行顶管灌浆工作，保证撤除期间防治自然发火工作。采面撤除结束后，对采面两顺及外围不使用巷道进行永久性封闭工作。采面回采结束后必须在45 天内对采面进行永久性封闭（不包含外围巷道）。

6 掘面防灭火措施

一是施工单位对所负责的掘进面的掘进巷道电缆、机电设备进行检查，严禁失爆、短路，杜绝电器设备引起的火灾。二是掘进面配电点必须设置2 个8kg 干粉灭火器，2 个防火桶，1 把防火镐,1 把防火斧，一把防火钩，2 个充沙量不少于0.2m3 沙箱，每个沙箱配置一把消防锹，沙袋数量能够布满沙箱表面积的2/3 以上。三是确保供水管路水量充足，管路末端水压不低于0.6MPa，管路必须延至距工作面10m 处，管路每50m 设Φ25mm分歧和阀门，分歧上安设备用的Φ25mm 高压胶管，长度为25m～ 30m。四是掘面要加强锚网支护, 巷道网兜浮煤要及时清理。如巷道出现高冒区，要及时喷浆，采取相应措施进行支护，并向此处打孔注水泥浆处理，防止漏风供氧蓄热引起自燃发火。并设检查点加强检查。五是人工检测：在掘进工作面回风巷道内布置1 个人工防火观测点，每班由瓦检员对测点风流中的O2、CO、CH4 和温度进行检测，发现问题及时汇报处理，并每7 天进行一次取样化验分析。

7 外围巷道、硐室防灭火措施

一是在井底车场附近设置消防材料库，配齐防火物品。二是井下不用的坑木（包括老料）和废旧杂物等易燃物品，及时清理上井。三是对井下巷道设置自燃发火观测点挂好标志牌及防火检查点，通风队安排专人进行防火检查，发现问题及时进行打孔注水降温，然后根据检查情况对巷道锚喷，注水泥浆封堵裂隙措施进行处理。四是对井下所有密闭每7 天进行1 次循环检查，检查密闭完好情况，发现问题及时使用河沙、水泥封堵裂隙；对闭内CH4、O2、CO 等气体浓度进行检测并取样，进行化验分析，发现问题及时采取调整氮气流量、对闭内措施管进行注水、注浆措施进行处理。五是在一采区下段运输下山、辅运下山、下段行人下山和回风下山内各布置1 个人工防火观测点，每天由专人对测点两帮、顶板及风流中的CO、CH4和温度进行检测，发现问题及时汇报处理，并每7 天进行一次取样化验分析。

6 结语

本文分析了采矿区火灾的特点，总结了我国矿山安全常用的防火控制措施，同时设计了典型矿区建设具有一定运行可行性的防灾控制体系的思路，为矿山安全生产提供一定借鉴同时，本文对于推进采矿防火，实现安全生产也具有重要的指导意义。