一、背景技术
从全国来看，矿井井筒火灾具有影响范围大、涉险人数多、造成的安全后果和财产损失巨大等特点，因此针对高瓦斯矿井井筒内和井底马头门火灾管理的重点还是以预防火灾为主。对于高瓦斯矿井井筒内和井底马头门已经出现明火的火灾，由于受到矿井反风安全风险大、井筒内风速大、火灾蔓延迅速、作业现场灭火器材有限、灭火空间狭小、井筒深度大和现有灭火方法、工具很难对着火区域进行有效灭火等因素的制约，因此，高瓦斯矿井井筒内和井底马头门发生火灾后的安全后果往往是灾难性的，这些已经在高瓦斯矿井历次井筒火灾事故中得到验证。
对于高瓦斯矿井井筒火灾而言，即使采取矿井反风措施后，由于反风风量仅为正常通风期间风量50%左右，反风回风流中瓦斯浓度比正常回风流中瓦斯浓度高出1倍以上， 含有高浓度瓦斯的回风流经过井筒着火点，发生瓦斯爆炸或爆燃几率大大增加，甚至会造成矿毁人亡，安全风险极大。火灾期间，如保持矿井正常通风，有害气体会沿风流迅速蔓延，受灾范围人员脱险获救的概率几乎为零。火灾如得不到及时控制，火风压会引起井下风流逆转，大大增加井下发生瓦斯爆炸或爆燃的概率。因此，高瓦斯矿井井筒内火灾往往因无法采取矿井反风手段和灭火手段匮乏，致使灭火不及时，给员工生命和企业财产带来重大损失。
二、研究内容
为解决上述存在的技术问题，我们研究了一套适用于高瓦斯矿井井筒的高效灭火系统，在保持高瓦斯矿井正常通风模式下，利用井筒内二氧化碳灭火系统、瓦斯抽放系统及矿井在线监测系统的结合，对矿井井筒内和井底马头门火灾实现快速、有效灭火，有效保护高瓦斯矿井井下员工人身和矿井财产安全。
1.技术方案
该灭火系统包含有井筒内二氧化碳灭火系统、井筒进风风量控制系统、井下有害气体处理系统和矿井在线监测系统。
（1）井筒内二氧化碳灭火系统包含有设置于矿井附近地面的二氧化碳储存站和若干环形二氧化碳出气口，在井筒内壁上自上而下至井底马头门处每间隔一定距离设置一个环形二氧化碳出气口，若干环形二氧化碳出气口均与二氧化碳储存站并联连接，设置独立控制开关。
（2）井筒进风风量控制系统包含有若干风量控制风门，风量控制风门设置于井底车场与进风井井底联通的巷道上，用来控制各个进风井井筒的风量。
（3）井下有害气体处理系统包括有害气体抽排系统和增氧系统。有害气体抽排系统包含有瓦斯抽放站和与之连接的抽放管路，抽放管路接至各个风量控制风门靠近井筒的一侧，井筒内火灾期间，利用瓦斯抽放站将有毒有害气体抽出排放。增氧系统包含有氧气储存站和氧气浓度传感器二，氧气储存站和氧气浓度传感器二设置于主井和副井进风风流汇合处以外10米范围内，氧气浓度传感器二检测到混合风流中氧气浓度低于20%时，打开氧气储存站的气瓶，向混合风流中补充氧气。
井筒内每两个环形二氧化碳出气口之间以及井底马头门处设置氧气浓度传感器一，若干氧气浓度传感器一、若干风量控制风门、若干环形二氧化碳出气口、氧气浓度传感器二均与矿井在线监测系统连接，通过监测数据远程控制各连接器件的操作。
有害气体抽排系统设置为地面瓦斯抽放站或者井下专用抽放系统，井下专用抽放系统将气体直接排放至采空区回风巷或总回风巷。
2.技术效果
该灭火系统适用于具有两个及以上进风井井筒的高瓦斯矿井，单个进风井井筒发生火灾期间，能够通过另一个或几个进风井井筒保持矿井正常供风，保证各用风地点风量基本满足要求。
1、2 风量控制风门 3 氧气储存站 4 氧气浓度传感器二
图1 灾变前通风系统示意图
（1）在井下建立二氧化碳灭火系统、进风风量控制系统、有害气体处理系统，结合矿井在线监测系统，将各系统中的监测部件以及执行部件与矿井在线监测系统连接，利用地面远程控制程序，在接收到监测数据后对井下执行部件进行远程控制操作，无需操作人员进入火区和灾区，操作安全、快捷，不存在人员伤亡，不存在灭火盲区。
（2）在井底停车场与进风井井底连通的巷道上设置若干风量控制风门，利用矿井井筒控风技术控制火灾期间进风井的进风量，以进风风流为载体，通过遍布井筒和井底马头门处的二氧化碳灭火系统将含有大量二氧化碳的低氧空气送达着火点，达到隔绝灭火的效果。
（3）通过有害气体抽放系统和增氧系统形成有害气体处理系统，大大减少了混入新鲜风流中的有害气体总量，增加了混合风流中的氧气含量，确保井下风流中有害气体不超限、氧气浓度符合要求，避免了高瓦斯因矿井反风造成的安全风险，既保证矿井通风安全又实现了快速、高效灭火的目的，有效保障了高瓦斯矿井井筒火灾中人员和财产的安全，适合大规模推广应用。
图2 灾变后通风系统示意图
3.具体实施方式
以高瓦斯矿井副井井口以下350米处发横火灾为例。通过矿井在线监测系统监测到火灾之后，实施远程控制操作灭火。首先根据着火点的位置打开自上而下的4个环形二氧化碳出气口的阀门（每两个环形二氧化碳出气口间距为100米），然后关闭与副井井筒联通的风量控制风门，如图2中的风量控制风门20和21，将副井井筒的进风风量控制到不大于150m3/min，主井做为主进风井，担负矿井总进风任务。通过地面二氧化碳储存站和井筒内的环形二氧化碳出气口向副井井筒内持续注入大量二氧化碳，利用井底马头门和井筒内的氧气浓度传感器一来监测氧气浓度，并通过监测数据调整二氧化碳流量，使井筒中着火点以上空气中的氧气浓度迅速降低到10%以下，当低氧空气经过着火点时，着火点就会因为缺氧而窒息熄灭，达到隔绝灭火的目的。
当高瓦斯矿井副井井口发生火灾时，在利用矿井控风技术进行井筒快速、高效灭火的同时，立即开启瓦斯抽排系统，对关闭风量控制风门范围内的有害气体进行抽排，通过瓦斯抽排管路排放至地面（或总回风巷），并通过安装在混合风流处中的氧气浓度传感器二监测混合风流中的氧气浓度，根据监测的氧气浓度数据调节增氧系统的氧气补给量，向混合风流中补充氧气，确保混合风流中氧气浓度不低于20%。
三、系统特点
1.该系统适用于高瓦斯井筒内各个位置的火灾灭火，以进风风流为载体，使低氧空气能够全部覆盖灾变的进风井井筒，不存在灭火盲区；
2.进行井筒内灭火作业时，灭火操作人员均不进入火区和灾区，操作更加安全、快捷；
3.适用于具有两个进风井井筒的高瓦斯矿井，单个进风井井筒发生火灾期间，能够通过另一个进风井井筒维持矿井正常供风，保证各用风地点风量基本满足要求，确保井下风流中有害气体不超限、氧气浓度符合要求，避免了高瓦斯因矿井反风造成的安全风险，达到了即保证矿井通风安全又快速、高效灭火的目的。
转化果平台咨询电话：4001817969
