關(guān)于煤礦火災(zāi)防治現(xiàn)狀研究文獻綜述

1、關(guān)于煤礦火災(zāi)防治現(xiàn)狀研究文獻綜述RevisedbyHanlinon10January2021關(guān)于中國煤礦火災(zāi)防治現(xiàn)狀研究文獻綜述摘要：煤炭工業(yè)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展直接關(guān)系著建設(shè)全面小康社會目標的實現(xiàn)和國家能源安全。我國煤礦安全生產(chǎn)危險源多、災(zāi)害嚴重的形勢非常嚴峻，尤以火災(zāi)為甚。每年自燃形成的火災(zāi)近400次，煤自燃氧化形成火災(zāi)隱患近4000次，僅我國北方煤田累計已燒毀煤炭達42億噸以上。煤礦火災(zāi)防治及其繼發(fā)性災(zāi)害的防控技術(shù)，對煤礦的安全生產(chǎn)具有非常重要的意義。本文簡述了我國煤礦礦井火災(zāi)防治現(xiàn)狀，研究和總結(jié)煤層自燃機理和礦井內(nèi)因引起的火災(zāi)預(yù)防治理技術(shù)，分析了常用的防

2、滅火技術(shù)及其優(yōu)缺點，并介紹了一些新型防、滅火材料。關(guān)鍵詞：煤炭自燃；防滅火技術(shù)；防滅火材料正文：一、煤炭自燃規(guī)律及其機理我國煤礦中有56%的礦井存在煤層自燃發(fā)火危險。近20年來，隨著我國采煤新技術(shù)的試驗和推廣，煤炭的產(chǎn)量和效益大幅度提高。但開采強度大，端頭支架處頂煤放出率低（有的不放）采空區(qū)遺煤量較多，使得煤層自然發(fā)火幾率增高，礦井自燃火災(zāi)事故增多。目前，煤炭自燃已成為制約我國煤炭工業(yè)高產(chǎn)高效的主要災(zāi)害之一。煤自燃規(guī)律煤礦火災(zāi)主要是煤自然發(fā)火，由于空氣滲漏進入松散煤體，空氣中的氧與煤分子表面的活性結(jié)構(gòu)接觸，發(fā)生物理吸附、化學(xué)吸附及化學(xué)反應(yīng)，同時放出熱量，在一定的蓄熱環(huán)境下，煤體不斷地氧化、放熱

3、、升溫，當煤溫超過臨界溫度后，煤體繼續(xù)升溫，達到煤的著火點溫度，最終導(dǎo)致煤體燃燒。1在煤礦里，自燃火災(zāi)主要是指煤炭在一定條件和環(huán)境下自身發(fā)生物理化學(xué)變化（吸氧、氧化、發(fā)熱），聚集熱量導(dǎo)致著火而形成的火災(zāi)。自燃火災(zāi)大多發(fā)生在采空區(qū)、遺留的煤柱、破裂的煤壁。煤巷的高冒以及浮煤堆積的地點。煤的自燃機理關(guān)于煤的自燃問題，長期以來，一般都認為煤中黃鐵礦的存在是自燃的原因，由于黃鐵礦氧化成為三氧化二鐵及三氧化硫時能放出熱量，在有水分參加的情況下，可以形成硫酸，它是很強的氧化劑，更加速煤的氧化，促進煤的自燃。需要指出，有的含有黃鐵礦的煤，雖然經(jīng)過長斯放置，并不一定發(fā)生自燃，而不含或少含黃鐵礦的煤也有自燃現(xiàn)象

4、。因此，煤的自燃并非完全因含有黃鐵礦而引起。其主要原因是由于吸收了空氣中的氧氣，使煤的組成物質(zhì)氧化產(chǎn)生熱量，再被水濕潤，就放出更多的濕潤熱，也會加速煤的自燃。此外，煤的自燃還與煤本身的性質(zhì)有關(guān)。如煤的品級;煤的顯微組分、水分、礦物質(zhì)、節(jié)理和裂隙;煤層埋藏深度和煤層厚度;開采方法和通風(fēng)方式等。煤的自燃從本質(zhì)上來說是煤的氧化過程。礦井火災(zāi)發(fā)生的“三要素”礦井火災(zāi)發(fā)生必須具備的三個條件是：一是要有可燃物；二是要有一定的溫度和足夠熱量的引火熱源；三是要有一定量的氧濃度空氣。俗稱火災(zāi)三要素，才能構(gòu)成火災(zāi)。其相互關(guān)系如下圖所示。2圖1煤礦自燃火災(zāi)發(fā)生條件圖影響煤炭自燃發(fā)火的因素影響煤自燃的因素很多，包括煤

5、自燃傾向性、煤層地質(zhì)條件、開拓開采條件、煤體漏風(fēng)條件及溫度、聚熱條件及煤體空隙度等，影響過程極其復(fù)雜。但這些因素不外兩大類，即影響煤炭自身與氧反應(yīng)的因素和影響外界供氧因素，這正是煤炭自燃防滅火技術(shù)研究的根據(jù)所在。3二、中國煤礦火災(zāi)防治技術(shù)的現(xiàn)狀我國從20世紀50年代起在煤礦推廣灌漿防滅火技術(shù)，6070年代對均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)、阻化劑防滅火技術(shù)、泡沫防滅火技術(shù)進行了研究應(yīng)用，8090年代研究了自燃火災(zāi)預(yù)測預(yù)報技術(shù)、惰氣防滅火技術(shù)、凝膠防滅火技術(shù)、火區(qū)快速密閉技術(shù)、堵漏風(fēng)技術(shù)、帶式輸送機火災(zāi)防治技術(shù)、內(nèi)外因火災(zāi)監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)等，90年代以后主要集中在原有防滅火技術(shù)裝備性能提升以及新型防滅火材料研制等

6、方面。煤礦火災(zāi)防治技術(shù)經(jīng)過50余年的發(fā)展，已形成了火災(zāi)預(yù)測、監(jiān)測、預(yù)防、治理相結(jié)合的綜合火災(zāi)防治技術(shù)體系，并且在災(zāi)變時期風(fēng)流流動及控制、救災(zāi)決策輔助系統(tǒng)、災(zāi)后搶險救災(zāi)技術(shù)等方面取得了較大進展。煤自燃的識別和預(yù)測方法46磁探測法。依據(jù)煤炭在氧化自燃過程中，烘烤后的上覆巖石的磁性隨自燃溫度升高而增強，通過檢測煤巖磁性的變化來判斷煤炭的自燃程度進行早期預(yù)報。電阻率探測法。其依據(jù)是煤炭自燃發(fā)火后,煤層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和含水性會發(fā)生較大變化，通過分析其變化進而進行自燃的早期預(yù)報。氡氣探測法。根據(jù)煤層自燃后,隨煤溫升高,氡氣濃度上升,依此判斷火區(qū)位置，確定自燃程度進行自燃的早期的預(yù)報。測定空氣和圍巖的溫度的方法

7、。根據(jù)煤炭在氧化自燃過程中產(chǎn)生一定的熱量，使圍巖和空氣溫度升高的性質(zhì)，通過檢測煤巖和環(huán)境溫度來判斷煤炭的自燃程度進行早期預(yù)報。測定井下空氣成份的變化的方法。依據(jù)煤炭在氧化自燃過程中，除放出一定熱量外，同時熱解釋放出CO,CH等碳氫類氣體的特點，通過檢測分析采掘空間是否有煤炭自燃而產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物，進行煤炭自燃的早期預(yù)報。煤自燃滅火方法分析一般情況下，易自燃的實體煤不會發(fā)生自燃，這是由于實體煤比表面積較小，煤與氧接觸面積小，其氧化放熱量也小，煤氧化放出的熱量能很快發(fā)散到周圍巖層，因而煤溫不會升高而引起自燃；在采空區(qū)深部，盡管松散煤體量也較大，但由于煤的耗氧使采空區(qū)深部氧濃度很低，通常也不會發(fā)生自燃

8、。所以煤氧接觸和煤溫達到一定高度是煤發(fā)火的兩個要素。因而對于易自燃煤層，要防止其自燃應(yīng)從減少煤氧接觸入手，減少煤氧接觸面積和阻止氧氣向松散煤體附近擴散和滲漏。當發(fā)生自燃或煤溫較高時，還要降低煤溫。可通過盡量減少向煤體破碎帶漏風(fēng)，減少煤氧接觸幾率，防止煤體熱量聚集。惰化防滅火技術(shù)惰化技術(shù)，就是將惰性氣體或其它惰性物質(zhì)送入擬處理區(qū)，抑制煤的自燃的技術(shù)。惰性物質(zhì)惰化技術(shù)，除已作為常規(guī)防滅火技術(shù)措施使用的黃泥漿外，近年發(fā)展起來的有粉煤灰、頁巖泥漿、選煤尾礦泥、阻化劑和阻化泥漿等，已經(jīng)比較廣泛地被應(yīng)用。它們的作用，除惰化外還兼有降溫，對煤礦本身則微有污染，應(yīng)當予以注意。7但是注惰效果主要取決于能否保證惰

9、氣質(zhì)量，合理必需的注人量及其連續(xù)性，以及能否輔以強有力的檢測技術(shù)，否則很難取得理想的效果。各礦必須認識到這一點，不可將注惰作為一項萬能的措施，盲目地濫用。阻燃物質(zhì)防滅火技術(shù)該技術(shù)是指將一些阻燃物質(zhì)送人擬處理區(qū)，以達到防滅火目的。使用的阻燃物質(zhì)主要有黃泥漿、粉煤灰漿、頁巖泥漿、選煤廠尾礦漿、阻化劑和阻化泥漿。阻化劑主要有無機鹽吸水液、氫氧化鈣阻化液、硅凝膠、表面活性劑、高聚物乳液粉末狀防熱劑。它們的作用，除惰化外還兼有降溫，對煤礦本身則微有污染，應(yīng)當予以注意。8從目前技術(shù)的發(fā)展及經(jīng)濟的可承受性來看，具有較大優(yōu)勢的還是粉煤灰注漿和阻化劑。它們最可取的是可以取自某些廢棄物及其再利用，對環(huán)保亦起到一定

10、有利作用，并免于與農(nóng)掙地。但阻化劑技術(shù)也存在著一定的缺陷，不容易均勻分散在煤體上，且噴灑工藝難實施;腐蝕井下設(shè)備，影響井下工人的身體健康。泡沫防滅火技術(shù)泡沫防滅火技術(shù)是以化學(xué)方法產(chǎn)生膨脹惰性泡沫，以進行防滅火處理的一種技術(shù)手段。由于其可堆積、流動性好，并且有一定的固泡時間，所以更適用于深部高溫區(qū)域的防滅火工作。常用的泡沫防滅火技術(shù)有化學(xué)惰氣泡沫防滅火技術(shù)和三相泡沫防滅火技術(shù)?；瘜W(xué)惰氣泡沫防滅火材料由多種原料組成，其原料皆為固態(tài)粉狀，井下滅火時一般采用鉆孔壓注方法將其溶液注入自然發(fā)火的區(qū)域。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的惰氣泡沫可迅速向周圍空間、漏風(fēng)通道及煤壁裂隙擴展，充填火區(qū)空間，窒息火區(qū)，而且惰泡具有較

11、好的穩(wěn)定性，可以起隔絕空氣的作用。此外，化學(xué)惰泡的落液還具有較高的阻化能力，可以有效地抑制殘煤的復(fù)燃，從而達到防滅火的目的。三相泡沫由液體膜、固體粉末和氣體組成，并可添加無機固體干粉以增加其固化性能。無機固體三相泡沫用于防滅火充填封堵作業(yè)時，可適當增加固體廢棄物用量以降低成本，適當提高流動性，使之能被壓入所有漏風(fēng)通道堵住漏風(fēng)。而用于高頂垮落空洞防滅火充填作業(yè)時，應(yīng)減少固體廢棄物的添加量，提高凝固速度以縮短無機固體三相泡沫的凝膠時間，以利于無機固體三相泡沫的堆積，從而密閉支護空洞，窒息著火點。含惰氣的無機固體三相泡沫不僅有普通無機固體三相泡沫的作用，并且在破泡時能釋放出惰氣，稀釋該地點瓦斯、氧氣

12、等濃度，促進著火點窒息，防止瓦斯爆炸。9總之該技術(shù)的優(yōu)點是能快速、遠距離撲滅礦井火災(zāi)。至目前為止,在我國煤礦井下應(yīng)用高泡滅火技術(shù)撲滅火災(zāi)達余次,成為世界上應(yīng)用該項技術(shù)次數(shù)最多的國家之一。2.4堵漏風(fēng)防滅火技術(shù)采取有效的封堵漏風(fēng)通道的措施，防止漏風(fēng)而引起煤自燃火災(zāi)。在生產(chǎn)實踐中，我國煤礦工作者和學(xué)者總結(jié)出了夾縫密閉墻堵漏技術(shù)、噴射水泥砂漿堵漏技術(shù)、高惰泡沫堵漏技術(shù)等適合我國礦山實際的漏風(fēng)封堵技術(shù)。南屯礦自行研制生產(chǎn)的聚胺酯噴涂設(shè)備，體積小、重量輕，在井下使用非常方便。灌漿技術(shù)利用漿液包裹煤塊保水增濕的方法減緩煤體氧化速度、漿體固化沉淀物充填煤體縫隙來隔絕漏風(fēng)阻止氧化達到防滅火的效果，這種方法被稱

13、為灌漿防滅火法。按回采工藝關(guān)系，一般可分為采前預(yù)灌、隨采隨灌、采后灌漿等幾種；按實施方法又可分為埋管灌漿、鉆孔灌漿與工作面撒漿等。這是我國煤礦普遍應(yīng)用的方法，傳統(tǒng)的灌漿材料是黃土，上世紀80年代開始使用頁巖、矸石等材料，并在許多地區(qū)得到推廣。10該技術(shù)的優(yōu)點是:(1)包裹煤體，隔絕煤與氧氣的接觸；(2)吸熱降溫；(3)工藝簡單；(4)成本較低。但同時也存在缺點：(1)只流向地勢低的部位，不能向高處堆積，對中、高及頂板煤體起不到防治作用；(2)漿體不能均勻覆蓋浮煤，容易形成“拉溝”現(xiàn)象，覆蓋面積?。?3)易跑漿和潰漿，造成大量脫水惡化井下工作環(huán)境，影響煤質(zhì)。均壓防滅火技術(shù)均壓防滅火技術(shù)又名均壓通

14、風(fēng)防滅火技術(shù)，它是用通風(fēng)的方法減少自燃危險區(qū)域漏風(fēng)通道兩端的壓差，使漏風(fēng)量趨近于零，從而達到切斷氧源達到防滅火的作用。常用的風(fēng)壓調(diào)節(jié)方法有：風(fēng)門、風(fēng)窗調(diào)節(jié)法，風(fēng)機調(diào)節(jié)法，風(fēng)機、風(fēng)窗調(diào)節(jié)法，風(fēng)機風(fēng)筒調(diào)節(jié)法等。11這些方法實質(zhì)就是通過增加風(fēng)壓的措施和減少風(fēng)壓的措旗，或者說是分為增壓調(diào)節(jié)法和減壓調(diào)節(jié)法來進行防滅火的。凝膠防滅火技術(shù)凝膠防滅火技術(shù)是一種較好的固水堵漏防滅火技術(shù)。所采用的凝膠是不同于化學(xué)中的膠體體系的水凝膠。向水中加入少量添加材料，經(jīng)過一段時間物理、化學(xué)反應(yīng)后便形成凝膠。凝膠形成時間可通過改變添加材料的量來控制。12該膠體具有固水性、吸熱降溫性、密封堵漏性、阻化性以及成膠時間可調(diào)等主要特

15、性。膠體對煤層自燃有良好的防治效果。成膠前，凝膠原料呈溶液狀態(tài)，此時通過管路用泵進行輸送，調(diào)節(jié)成膠時間，使成膠原料流至預(yù)定的發(fā)火部位形成凝膠，固結(jié)在煤體中，利用凝膠的吸熱降溫和堵塞漏風(fēng)特性來滅火。但該技術(shù)也存在著一定的缺點：(1)流量小，流動性差，較難大面積使用；時間長了膠體會龜裂；(3)胺鹽凝膠會產(chǎn)生有毒有害氣體；(4)成本較高。阻化劑防滅火技術(shù)阻化劑主要是鹵化物與水溶液充分混合，浸入到煤體的裂隙中，并覆蓋在煤的表面，把煤的外部表面封閉，隔絕氣，阻止煤炭自燃。阻化劑包括氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、水玻璃等無機鹽類化合物。鹵化物具有吸水能力，其吸收大量水分覆蓋在煤的表面，也減少了氧與煤接觸，延長煤

16、的自然發(fā)火期，吸收的水分還具有冷卻作用。目前常用的阻化劑主要是氯化物。13阻化劑防火工藝有兩類：(1)在采煤工作面向采空區(qū)遺煤噴灑阻化液防止煤炭自燃；(2)向可能或已經(jīng)開始氧化發(fā)熱的煤壁打鉆孔壓注阻化液，以抑制煤的自燃。但是阻化劑不穩(wěn)定，由于液膜容易干涸破裂，阻化劑有可能變成催化劑，甚至有可能起到反作用，因此阻化劑對于撲滅大面積煤層自燃火災(zāi)效果不佳。而且阻化劑離開了水的作業(yè)，阻化效果會隨之消失。一些新型防滅火材料3.1MEA新型防滅火材料選材為MEA新型防滅火材料，該型材呈灰白粉末狀、無毒、無味、無污染、無腐蝕性，配水30200倍使用，保水、固水時間長，并有失水再生能力。MEA系列防滅火劑成膠

17、后具有致密性、成膜性和附壁性，膠體可耐8001000的高溫，在一定溫度下促使燃燒體表面焦化、形成隔熱、隔氣的焦化層，可有效阻止復(fù)燃。14MEA防滅火劑是固體材料，同水均勻混合，吸水反應(yīng)成膠，配比簡單、設(shè)備少、操作方便，和注水玻璃凝膠相比可節(jié)省80以上的工作量，能夠適應(yīng)快速防滅火工作的要求。在工藝上只需一個水箱，一臺注漿泵（壓力1.5MPa、流量520mmin）即可滿足工作要求。MEA防滅火劑同水配比均勻混合是關(guān)鍵，也是發(fā)揮MEA防滅火劑綜合功效的前提。由于轉(zhuǎn)載巷水壓達到1.3MPAa，故采取邊加水邊加料方式，在加料時必須注意向水流與現(xiàn)水面的交匯處加料，以充分利用交匯接觸面往上翻起的水花把料劑帶

18、走、合，混以達到均勻混合、致密成膠的目的，即水加滿、料加完。3.2FHJ16型膠體防滅火材料膠體材料具有較大的熱容，能快速降低煤層溫度和隔絕火源，并目有良好的耐高溫性和穩(wěn)定性，所以是一種重要的礦井防滅火材料，可廣泛地用于煤礦火災(zāi)的防治。在礦井防滅火過程中，一般需要將膠體材料通過竹路輸送到井下并注入到發(fā)火區(qū)，使膠體停留在發(fā)火區(qū)附近，以發(fā)揮其滅火效果。最近研制的新型膠體材料（FJH16）由于其用量少、材料運輸量小、使用工藝方便和滅火效果優(yōu)良而在眾多煤礦中推廣應(yīng)用。FHJ16型膠體是采用FHJ16型膠體添加劑與水混合制成的，它是一種流變性非常復(fù)雜的非牛頓流體。膠體材料的流變性對注膠滅火工藝影響很大，

19、流動阻力越小，則堵塞竹路的危險性越小，越有利于竹道輸送。而在煤層發(fā)火區(qū)附近，膠體流動阻力越大，則越容易隔絕火源、堵塞漏風(fēng)，滅火效果就越好。所以，F(xiàn)HJ16型膠體具有良好的滅火功能。15氣溶膠氣溶膠指的是懸浮于氣體介質(zhì)中的直徑必須在lum與0.5um之間的一種液體或固體微粒物質(zhì)。氣溶膠中氣體與固體產(chǎn)物的比約為6:4，其中固體顆粒主要是金屬氧化物、碳酸鹽或碳酸氫鹽、炭粒以及少量金屬碳化物；氣體產(chǎn)物主要是N、少量的CO和CO。它的滅火效率高；造價經(jīng)濟，維護費用低；無毒無害；無22泄露，安全可靠。新型高分子防火材料不可燃、不助燃，無毒、無味、無腐蝕作用，具有極強的吸水性、保水性，吸水后急劇膨脹。當水量

20、不足時呈粒狀，水量充足時呈糊狀，且具有流動性，比重略重于水，在高溫狀態(tài)甚至在火燒的情況下能確保不縮水;膨脹率極高，約為1:400,極少一部分便能充填大量空間。通常充填一個3m3空間高冒，僅需這種新型防滅火材料20kg，一個人即可輕松背走。對于一個圭寸閉面積8m2老塘墻也僅需200kg,非常適用于應(yīng)急狀態(tài)下的快速注漿。除了自燃煤礦火災(zāi)還有可能是因為人為的不合理的操作或設(shè)備的老化而引起的，所以除了了解這些滅火材料和技術(shù)，還需要加大對員工的技術(shù)教育力度和對設(shè)備的資金投入。20加強安全管理，建立、健全安全生產(chǎn)責(zé)任制：按照安全生產(chǎn)法的規(guī)定，主要負責(zé)人必須建立健全本礦安全生產(chǎn)責(zé)任制并嚴格落實，必須督促、檢

21、查安全生產(chǎn)工作，并及時消除事故隱患；制定、完善各種規(guī)章制度和操作規(guī)程，各種作業(yè)做到有章可循，并加強礦井現(xiàn)場管理，及時制止、糾正各種“三違”行為，切實落實安全管理責(zé)任。杜絕引火源，設(shè)置防火門，盡可能多的采用不燃性材料，設(shè)置消防材料庫，建立井下消防系統(tǒng)：預(yù)防明火（即嚴禁吸煙、嚴禁用燈炮取暖等）、放炮引火、電氣引火、摩擦引火；井口房、支架和井口建筑物都應(yīng)采用不燃性材料進行建筑；進風(fēng)井口必安裝防火門，井口附近設(shè)置消防材料庫，井下主要運輸大巷和機電硐室都備有滅火器材，在地面設(shè)置消防水池和井下消防管路系統(tǒng)。小結(jié)：近年來，我國煤礦的防滅火技術(shù)與手段已有了較大的發(fā)展和提高。但面對井下復(fù)雜的實際情況，在消滅和控制火區(qū)的過程中，一定要從理論與實際綜合考慮，因地制宜，采用幾種防滅火技術(shù)和材料綜合作用，關(guān)鍵是要分析煤炭自燃的發(fā)生發(fā)展狀況、位置及根據(jù)礦井的實際條件，選擇合適的技術(shù)和手段綜合滅火，只有這樣，才能有效地控制和消滅火區(qū)，為正常的煤礦安全生產(chǎn)提供保障。與之同時，還要加大礦井滅火資金的投人和嚴格的措施管理。這樣才能使礦井防滅火技術(shù)和管理再上一個新臺階。隨著煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和新的防滅火問題的出現(xiàn)，這些技術(shù)都還存在一些不足。為了充分發(fā)揮現(xiàn)有防滅火技術(shù)的優(yōu)點，克服其缺點，我們還需要