煤矿内因火灾防灭火技术的发展思考

煤矿内因火灾防灭火技术的发展思考
摘要：在多年矿井防灭火的实践基础上，形成了煤炭自燃理论，发展了许多煤矿防灭火的材料及技术。

根据多年的现场工作经验，从现场工作人员的角度对以往较多材料进行了优缺点的分析，对今后矿井防灭火的发展方向提出了一些观点，重点强调了建立完整的防治煤层自然发火保障体系及提高矿井煤层自然发火预测预报能力的必要性。

关键词：保障体系预测预报防火材料自燃机理
随着矿井高产高效集约化的发展的需要和国家对煤矿安全生产的高度重视，对煤矿安全生产保障体系提出了更高的要求。

矿井火灾是煤矿主要灾害之一，每一场火灾的发生，轻则影响生产，重者可以烧毁煤炭资源和矿井设备，更为严重者则可能引燃瓦斯煤尘爆炸或火烟毒化矿井。

在煤矿里，通常根据引火的热源不同将矿井火灾分为外因火灾和内因火灾。

由外部热源如明火、放炮、瓦斯煤尘爆炸、机电设备运转不灵、摩擦、电流短路等原因引燃可燃物而发生的火灾称为外因火灾，外部火灾可以发生在矿井的任何地点，且属于偶然事件。

煤矿内因火灾主要是指煤炭在一定条件和环境下（如煤柱破裂、浮煤集中堆积又有一定风流供给）自身发生物理化学变化，聚集热量导致着火引起的火灾。

可燃物由蓄积热量发展发展成为火灾要经过三个阶段，即潜伏期、自热期和燃烧期。

潜伏期和自热期的时间较长，如果在潜伏期和自热期，破坏了外部的供氧条件或热量蓄积条件，自燃过程终止，便不能发展成为火灾。

所以，内因火灾往往是由于发现不及时或处理不当造成的。

就内因火灾的特点而言，它的发生是一个或长或短的过程，而且有预兆，易于早期发现。

但火源隐蔽，往往发生在人们难以或不能进入的采空区或煤柱内，要想找到真正的火源却非易事，因此不能及时扑灭，以致有的内因火灾可以持续数月、数年、数十年而不灭，烧毁大量煤炭资源，冻结大量开拓煤量。

分析当前众多防灭火技术，发现每一项技术都有其特殊性和适用条件，利用每一项技术还不能完全预防和杜绝自然发火事故的发生。

因此，在“预防为主”的宗旨指导下，加强综合防灭火技术研究，发展防灭火技术的可靠性和稳定性，成为每一个防灭火科技人员的责任和重担。

1 建立一整套完整的防治煤层自然发火保障体系
对于开采具有煤层自然发火的矿井，必须建立一套完整的防治煤层自然发火技术保障体系，完善防灭火技术体系库，服务于矿井安全生产。

矿井防灭火技术体系库应从以下几个方面考虑：
(1）矿井、采区、工作面巷道设计布置必须有利于防止煤层自然
发火；矿井、采区巷道尽可能布置在岩巷中，工作面巷道应避开应力集中区、老巷等位置，当无法避免时就必须在设计时就采区防灭火技术措施。

(2）通风系统务求简单、稳定、可靠。

矿井通风系统对煤层自然发火影响最大，要求通风系统合理，风流稳定、可靠、通风负压小；利用矿井通风系统优化软件，定期对矿井通风系统进行优化分析，当通风系统不合理时，必须及时进行改造；建立矿井火灾救灾专家系统。

目前许多科研院所研究了许多这方面的软件，但缺乏现场的广泛应用。

因此，每一个矿井应根据自己的实际情况建立通风系统数据库，使通风系统趋向自动化，实施通风系统在线分析优化、自动调整，提高矿井抗灾、救灾能力。

(3）巷道断面尽可能大，支护能力尽量强。

巷道支护应推广应用以锚网、锚喷为主的巷道支护技术，减少巷道变形、煤体破碎。

随着矿井开采深度的增加，矿山压力越来越大，巷道支护难度也越来越大，有必要研究巷道支护新技术。

根据现场统计情况，只要保持煤体完整，一般不易出现自然发火现象，所以提高巷道支护能力，减少煤体破碎程度，延缓巷道变形，成为研究巷道支护的首要任务。

(4）建立矿井防灭火技术数据库，应用到矿井各个生产环节；完善矿井防灭火设备；使矿井防灭火技术人员及作业人员熟练掌握每一项技术，提高防灭火作业人员素质；防灭火技术和设备必须系统化；根据矿井实际情况及不同隐患点，创建矿井防灭火技术和设备优化分
析系统，提高防灭火可靠性及有效性，减少无效防灭火工程。

(5）建立矿井防灾、抗灾指挥系统，提高矿井防灾、救灾快速应变能力，推行矿井防灾、救灾指挥军事化管理，在矿井上下建立矿井防灾、救灾指挥基地。

2 提高矿井煤层自然发火预测预报能力
煤层自然发火都有早期预兆，能够及时发现自燃发火早期现象，对避免自然发火事故的发生非常重要。

因此，矿井必须建立的煤层自然发话哦早期预测预报网络和防控体系，且应从以下几个方面考虑。

(1）完善矿井安全监控系统
目前矿井的安全监控系统仅布置了一氧化碳传感器、温度传感器，对这些传感器布置的数量、位置不够完善、合理，不具有自然发火分析判断能力，为更好的服务与自然发火的早期预测功能，应从以下几点继续改进、完善。

研制乙烯、乙炔等煤层自然发火标志性气体传感器；布置完善的各类煤层自然发火标志性气体传感器；根据每一个矿井的具体情况，建立煤层自然发火预测预报分析系统和识别系统，及时判断自然发火隐患的
位置。

(2）改进隐蔽着火源的探测手段
煤层自然发火一般出现在破碎的深部，若不能及时判断着火源的准确具体位置，很难做到防灭火的及时性，因此许多矿区出现很多“顽固性”高温点，久治不下，原因就在于此。

目前研制使用的红外测温仪，受现场客观条件制约，只能测定煤体表面温度，对深部火源探测效果不好。

有的矿区采用放射元素—氡探测大型火区，该技术对探测煤层埋藏较浅的大型火区效果较好，如太原理工大学组织实施的对大同矿区、新疆矿区进行的大型火区探测，取得了较好的效果，但现场操作较复杂，探测时间较长，受现场条件限制等问题。

所以研究快速可靠的隐蔽火源探测技术成为矿井治理自然发火的迫切
要求。

(3）扩大矿井安全检测系统与矿井火灾束管监测系统的兼容性
矿井火灾束管监测系统对乙烯、乙炔等进行分析采用气相色谱技术，一般仅对工作面采空区进行预测预报，且在对采空区进行自然发火预测预报时布点困难。

各矿使用两种系统一分为二，应合二为一，在巷道内布置采样点，弥补当前没有乙烯、乙炔传感器的缺陷，以便综合分析矿井自然发火隐患。

3 研究新型防灭火材料与装备
为了防治煤炭自燃，国内外广泛采用注浆、撒阻化剂、注惰气、
注凝胶、胶体泥浆、三相泡沫、阻化气雾等技术[1]。

这些技术在保证矿井安全生产起到了重要作用，但还存在不足：采用注浆技术，浆体注入到采空区后，一般有高向低的线流动，扩散范围小，浆液容易流失，有时还会发生溃浆事故；注惰性气体，气体容易随漏风逸散，不易停留在注入的区域内，且灭火降温能力差；注凝胶、泡沫树脂等，流动性差流量小，成本高；注惰气泡沫，泡沫容易破碎，一旦水分挥发，防灭火的性能就会消失；三相泡沫利用粉煤灰、黄泥等的覆盖性、氮气的窒息性、水的降温能力，综合气、固、液三相的功能，在火区治理中具有较好的现场实用性，然而对于工作面的防灭火而言，现场实践显示三相泡沫的产生伴随也产生一些有味的杂质气体污染井下空气，适才井下人员大多不愿使用。

因此，未来需要进一步研制材料来源广泛、价格低廉、配制方面、绿色的新型防灭火新材料。

4 探索煤层自燃发火机理与规律
自十七世纪黄铁矿导引学说提出后，煤炭自燃机理的研究取得了重大发展随后形成了细菌导因学说、酚基导引学说、及煤氧复合学说四大主要理论[2]。

随着科技的发展及人们认识的深入，在传统学说的基础上又发展出了对煤炭自燃机理新的认识：从煤岩相学研究煤自燃的机理发现，在煤温度升高过程中，因煤组分的不同，各阶段的氧化速率和放热强度以及蓄热能力均不同，所以煤自燃过程阶段的划分也各异[3-4]；从煤体表面的反应热研究发现，温度对反应速率有直接影响，煤的氧化反应是从表面逐渐进行的，且随着煤体温度的不同产
生出不同的气体；从煤的活化能入手研究，解释了煤自燃进程，提出了煤自燃逐步自活化反应理论[5]。

只有摸清煤层自然发火机理，掌握煤层自然发火规律，坚持“预防为主”的指导方针，提前采取预防措施，才能有效治理煤层自然发火，确保矿井长治久安。

随着人类对微观事物认识的不断深入，以及科学技术的不断进步，应继续探索煤层自然发火机理与规律，研究其对应的治理手段，做到有的放矢。

治理煤层自然发火是煤矿工作者与大自然作斗争的一项长期而艰巨的任务。

随着科学技术的发展，防灭火技术也在不断进步，防治手段也将不断完善。

只有经过人们不懈的努力，防治技术才能不断发展，才能满足矿井防灭火工作的需要，才能为我国煤炭事业做出更大的贡献。

5 结语
分析当前众多防灭火技术，发现每一项技术都有其特殊性和适用条件，利用每一项技术还不能完全预防和杜绝自然发火事故的发生。

根据多年现场工作的经验，认识到在新的科技条件下，必须在建立整套完整的防治煤层自然发火保障体系、提高矿井煤层自然发火预测预报能力、研究新型防灭火材料与装备、继续探索煤层自燃发火机理与规律等方面做出努力。

文中一些观点是站在一个基层工作者的角度上进行的考虑，从一个侧面能反映出现场的需求，对以后的矿井防灭火工作具有一定的参
考价值。

参考文献
[1] 王德明.矿井火灾学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.
[2] 秦玉书，赵玉田，张永吉.煤矿井下内因火灾防治技术[M].沈阳：东北大学出版社，1993.
[3] 张玉贵，唐修义，何萍.煤分子结构与煤的自燃倾向性[J].煤矿安全，1989（7）:1-5.
[4] 张玉贵.镜煤和丝炭自燃倾向性研究[J].煤矿安全，1991（2）:20.
[5] 秦波涛，王德明，李增化，等.以活化能的观点研究煤炭自燃机理[J].中国安全科学学报，2005，15（1）：11-14.。