Y 型通风综合防灭火技术研究

2022-11-20吴健

山西化工 2022年6期

吴健

（汾西矿业集团通风管理部，山西介休 032000）

引言

煤炭是我国重要的资源开采和消耗形式，即使在国家不断调整资源结构的当下，煤炭在我国资源需求总量中的比例仍然居高不下。在煤炭开采过程中遗煤自燃、瓦斯爆炸造成的矿井事故频发，对煤矿安全、高效开采造成了巨大的阻力，综合防灭火技术是资源领域技术优化的重要方向，是降低矿井事故资源浪费程度、经济损失量、人员伤亡数量的关键。随着我国煤炭开采深度的不断增加，瓦斯治理问题、遗煤自燃问题日益突出，治理技术的优化和应用已经迫在眉睫。Y型通风综合防灭火技术作为一种能够治理高浓度瓦斯、降低遗煤自燃可能性的技术，其应用和针对性研究是煤矿安全生产领域的重点。

1 Y 型通风系统概述

在采矿深度较浅的我国煤矿矿井中，U 型通风系统是最常见的通风手段。这种通风系统不仅建设简单、成本较低，而且面对瓦斯浓度较低的浅层煤矿矿井时基本可以满足安全开采的需求，被全国范围内的煤矿企业所采用。但这种“一进一出”的U 型通风系统存在一定的技术难点，首先就是漏风通道多，有部分流入的风流会进入到采空区，导致采空区上隅角区域聚拢大量的瓦斯，一旦瓦斯浓度超过安全限值就有可能引发矿井安全事故；其次是风流流出时有较大可能推动部分采空区的瓦斯进入到工作巷道，导致巷道内的瓦斯接近或超出安全限值。U 型通风系统在浅层煤矿、低瓦斯工作状态下有一定的适用性，但随着煤矿开采深度的不断扩大，瓦斯涌出量的不断增大，U型通风系统越来越不适用。为了改变这种U 型通风系统的不足，煤矿开采领域开始尝试改建Y 型通风系统，解决上隅角区域瓦斯聚拢问题，减少瓦斯流入工作面的量，综合优化煤矿矿井开采工作面的通风效果和安全程度[1]。但在实际应用后发现，这种Y 型通风系统同样存在一些问题。首先，Y 型通风系统的进风量更大，漏风的可能性更高，漏风加大了采空区遗煤自燃的可能性；其次，Y 性通风系统通过抽采的方式来降低瓦斯进入巷道的量，同时加大了采空区氧化带的范围，但如果想要控制采空区遗煤自燃的可能性就需要降低抽采量，又会出现瓦斯进入巷道的问题。因此，应用Y 型通风系统时煤矿需要做好瓦斯问题和遗煤自燃问题的平衡，同时考虑两方面的安全隐患，提高煤矿开采过程的安全和效率。

2 Y 型通风系统存在的特征

2.1 火灾灾害特征

Y 型通风系统相较于U 型通风系统多了很多应用抽采的部分，抽采是Y 型通风系统中应对瓦斯问题的重要方式。也由于Y 型通风系统中应用了多种抽采形式，所以Y 型通风系统在采空区漏风方面也比U 型通风系统表现得更严重，给采空区遗煤自燃创造了条件。燃烧需要可燃物、氧化剂、点火源作为基础，采空区遗煤就是可燃物，空气就是最常见的氧化剂，在漏风严重的情况下采空区遗煤获得更大的氧化条件，氧化产生的热量又难以被带走的情况下，遗煤自燃的几率大幅度增加。所以，Y 型通风系统的火灾灾害主要以遗煤自燃为主，且控制难度较大。

2.2 瓦斯浓度特征

Y 型通风系统在优化和应用过程中充分考虑了瓦斯安全问题，尽可能将煤矿矿井中瓦斯聚拢区域的瓦斯浓度控制在安全限值之下，以期保证煤矿开采过程的瓦斯安全。根据实际测量可知，Y 型通风系统中的采空区深部基本是负压区域，瓦斯在高低压的影响下从上隅角区向负压区流动，上隅角区的瓦斯浓度得到有效控制；采空区深部如果密闭效果理想，则可在此处埋设管道对瓦斯进行抽采，既能够保证采空区内的瓦斯浓度安全，避免采空区瓦斯向工作面流动，又能够将瓦斯抽采出来作为资源进行利用。而且，Y 型通风系统在进风区域的通风量较大，即使有部分瓦斯进入工作面也能够很快被进风稀释，始终保持在安全限值以下。

3 Y 型通风系统中火灾防治技术的应用策略

遗煤自燃是Y 型通风系统中常见的火灾事故发生原因，还是引发瓦斯爆炸问题的源头，想要有效地防治采空区燃煤自然需要从切断其燃烧条件、监控采空区遗煤状态入手，做到防治结合。

3.1 Y 型通风系统中的火灾监控预防策略

采空区遗煤自燃会导致相应环境因素变化，比如温度上升、释放出特殊气体等，火灾监控预防策略主要以温度、特殊气体为监测目标，通过这些因素的变化来判断是否已经存在遗煤自燃的条件，为后续的火灾治理创造有利条件。

3.1.1 温度探测

采空区遗煤氧化过程会产生热量，热量聚集到一定限度会引发自燃。虽然采空区的遗煤自燃非常隐蔽，但只要发生就会出现温度升高的环境变化。由此可见，温度监测是煤矿矿井开采过程中预防火灾和监控火灾出现的重要手段。常见的探测仪器包括红外探测仪、温度传感器等。这些探测温度的设备和系统不仅能及时采集采空区温度的变化，还能够为消灭火灾源头指明方向。红外探测仪能够对采空区遗煤实现远距离、非接触监测，但监测范围较小，对深度大、范围广的煤矿采空区覆盖效果不理想。温度传感器能够对采空区实现温度数据采集，为观测温度随时间变化提供数据，但同样存在监测范围小的问题，覆盖采空区需要较多的传感器共同工作，成本较高。

3.1.2 特殊气体探测

特殊气体是指煤炭燃烧过程中会产生的、产量与煤炭燃烧阶段有关系的气体，比如一氧化碳、氡等。一氧化碳是采空区遗煤自燃会释放的气体，且随着遗煤环境温度的升高而出现明显的变化，能够反映出遗煤氧化和燃烧的程度，用于辅助监控采空区遗煤火灾。氡是一种放射性的惰性气体，遗煤自燃过程中温度的变化与氡的析出率成正比，可帮助监测人员掌握采空区是否出现自燃现象、自燃温度和范围。但由于整个煤矿矿井内存在通风系统，空气整体处于流动状态，把握特殊气体的运移规律是正确应用特殊气体探测遗煤自燃位置、范围、趋势的关键。

3.2 Y 型通风系统中的灭火策略

对照燃烧条件可知，煤矿采空区遗煤自燃的灭火关键在于切断空气与遗煤的接触，减缓遗煤氧化、燃烧的速度；降低采空区遗煤温度，消灭“点火源”。

3.2.1 灌浆灭火技术

灌浆灭火技术就是一种切断空气与遗煤接触的灭火技术，在众多新型防灭火技术被开发应用的今天仍然有应用空间。灌浆灭火技术的关键在于配制好的灌浆材料，这种灌浆材料能够填充自燃位置，切断遗煤与空气的接触，消灭燃烧条件中的氧化剂；因为使用到了水，不仅能够使遗煤保持湿润，消灭已有的火苗，还能够降低遗煤的温度，使其下降到自燃温度以下。目前，很多煤矿矿区都采用水与矸石、尾矿、电厂飞灰来制作灌浆材料，一方面能够降低黄土的使用对资源的浪费，还能够使煤矿开采、生产环节产生的废弃物得到有效应用，实现资源的再利用。

3.2.2 惰性气体灭火技术

惰性气体灭火技术主要指氮气，这种灭火技术已经在消防领域得到广泛应用，关键就在于降低周围环境中的氧气含量，切断燃烧条件中的氧化剂一环。在应用氮气灭火的过程中不仅能够通过降低氧气含量来阻断燃烧现象的发生，还能够形成高压区阻止通风系统的风流带来新的氧气，还能够降低易爆气体瓦斯在空气中的浓度，而且不影响煤矿开采工作的后续开展。但在实际应用过程中，起火地点若位于密闭性较差或处于采空区深处，诸如氮气进行灭火的速度和效果都比较差，这种灭火技术需要视情况使用。

3.2.3 均压防灭火技术

均压防灭火技术是一种借助煤矿通风系统而实现防火、灭火的技术，即通过控制采空区风流流向来打造接近完全密封的状态，使采空区遗煤在严重缺少空气的情况下停止氧化和燃烧。均压技术在煤矿通风系统中应用，有成本低、效果好的优点，但对于通风系统的漏风情况有较高的要求[2]。若采空区风压差无法尽可能缩小，或漏风阻力无法快速提升至最大，均压防灭火技术的应用效果就会大打折扣。