集团总工程师
正高级工程师
1、概述：
我国存在有煤炭自燃的矿井占矿井总数的56%，具有自然发火危险的煤层占累计可采煤层数的60%；煤炭自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的90%。 百万吨发火率近年虽有所下降，但仍居高不下，高达1%，与世界几个主要产煤国家相比，差距还很大。煤层自燃不仅直接烧掉了宝贵的煤炭资源，而且还破坏了煤层的赋存条件，危及煤矿的安全生产，使得大量煤炭资源难以开采而间接损失；更为严重地是煤层无控制地不充分燃烧，释放出大量有害物质，引发一系列的生态环境恶效应；煤田自然，煤层消减，导致地表塌陷，河流改道，地下水位降低，部分土地荒漠化，严重地破坏了国土资源。这些都恶化着人类的生存环境与条件，影响着地区社会经济的可持续发展。
根据《煤矿安全规程》规定：开采有自然倾向性煤层的矿井，在矿井和新水平的设计中，必须采用综合以及专项预防煤层自然发火措施。
煤峪口矿是内因火灾隐患较为突出的矿井之一，过去是将防治内因火灾放在治理上，属于“头痛医头，脚痛医脚”的被动式治理方式，由于煤炭自燃是一个缓慢的过程，一旦发现已相对较迟，不利于隐患的治理，因此我矿在内因火灾隐患治理和预防上一直处于被动的状态，随着矿井开采的继续和防灭火实践经验的积累，严峻的现实迫使我们必须改变内因火灾防治意识，创新管理，才能适应突飞猛进的矿井开采生产的实际。为此我矿提出“以防为主，防治结合”的内因火灾防治新理念的综合治理方法。
2、重点区域分析：
通过对我矿内因火灾治理经验进行分析总结，目前我矿重点防治区域有以下几方面：
2.1、综放工作面的防火：
410盘区采用综合机械化一次采全高低位放顶煤的开采技术，受开采技术的限制，采空区内留有遗煤，而且在81006之后的所有工作面全部采用顶回风巷对上隅角瓦斯进行治理，由于顶回风巷超前工作面切割巷3～10m，造成工作面采空区“氧化带、自热带、窒息带”加长(采空区“三带”位置在70m左右)，如果工作面出现回采速度放慢或停止回采时，即“三带”长时间停留在同一区域时，那么极易在采空区内造成内因火灾隐患的发生。
2.2、采空区的防火：
我矿是一个开采多年的老矿，井下采空区面积大，地表裂隙和沉陷坑直达采空区，外部漏风通道发达；同时，14#层与11、12#合并层属近距离开采煤层，煤层间隔为4～7m，随着14#层开采的延伸，其采空区与上覆合并层采空区塌落面积逐渐加大。在采后应力作用下，采空区密闭和盘区保护煤柱被压裂、变酥，形成内部漏风通道。由于漏风通道众多且难以封堵，采空区内因火灾隐患较为突出。
2.3、外界影响因素：
永定庄煤业公司跨界开采的我矿309、404火区下部的15#层8908工作面时采用正压通风方式，受其通风方式的影响，309、404火区的平衡状态极易被打破，容易造成复燃。
3、综合治理措施：
对以前治理措施进行分析和实践，我区在防灭火管理上创新管理思路，“变治为防”，将“被动治火”变为“主动防火”，通过对410盘区综放工作面、404火区采等区域的治理应用后，效果十分明显，现将治理方法说明如下：
3.1、内因火灾预测预报分析：
3.1.1、每周二次对综采工作面上隅角、回风的气体取样、化验，建立数据库分析、判断气体中△O2、CO/△O2、CO2/△O2的变化量，以判断工作面内因火灾的发展情况；
3.1.2、通过对工作面风量、月进度分析，预测下阶段防灭火工作可能发生和情况；提出针对性治理措施，向矿领导汇报。
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8812工作面气体化验分析情况汇总表 |
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取样地点：上隅角 |
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时间:2011年5月 |
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序 号 |
取样时间 |
气体情况 |
△O2 (%) |
C0/△O2 (%) |
C02/△O2 (%) |
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CH4 (%) |
CO2 (%) |
CO (%) |
O2 (%) |
N2 (%) |
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1 |
5月1日 |
0.07 |
0.97 |
0 |
19.8 |
79.16 |
1.16 |
0.00 |
0.84 |
|
2 |
5月3日 |
0.08 |
1.32 |
0 |
19.23 |
79.37 |
1.79 |
0.00 |
0.74 |
|
3 |
5月5日 |
0.05 |
0.28 |
0 |
19.99 |
79.68 |
1.11 |
0.00 |
0.25 |
|
4 |
5月9日 |
0.1 |
1.52 |
0 |
19.33 |
79.05 |
1.60 |
0.00 |
0.95 |
|
5 |
5月10日 |
0.09 |
0.87 |
0 |
18.95 |
80.09 |
2.26 |
0.00 |
0.39 |
|
6 |
5月12日 |
0.1 |
0.9 |
0 |
19.9 |
79.1 |
1.05 |
0.00 |
0.86 |
|
7 |
5月15日 |
0.14 |
0.46 |
0 |
19.45 |
79.95 |
1.72 |
0.00 |
0.27 |
|
8 |
5月17日 |
0.06 |
0.41 |
0 |
19.65 |
79.88 |
1.50 |
0.00 |
0.27 |
|
9 |
5月19日 |
0.12 |
0.47 |
0 |
20.29 |
79.12 |
0.66 |
0.00 |
0.71 |
|
10 |
5月22日 |
0.24 |
2.93 |
10 |
17.11 |
79.719 |
4.00 |
2.50 |
0.73 |
|
11 |
5月24日 |
0.23 |
3.93 |
11 |
14.77 |
81.0689 |
6.70 |
1.64 |
0.59 |
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12 |
5月26日 |
0.23 |
1.94 |
10 |
16.84 |
80.989 |
4.61 |
2.17 |
0.42 |
|
13 |
5月29日 |
0.1 |
1.19 |
0 |
18.55 |
80.16 |
2.68 |
0.00 |
0.44 |
|
14 |
6月1日 |
0.27 |
2.2 |
13 |
17.46 |
80.0687 |
3.74 |
3.47 |
0.59 |
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15 |
6月3日 |
0.45 |
3.5 |
19 |
15.55 |
80.4981 |
5.77 |
3.30 |
0.61 |
|
16 |
6月5日 |
0.37 |
1.15 |
11 |
19.04 |
79.4389 |
2.00 |
5.51 |
0.58 |
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17 |
6月7日 |
0.47 |
1.48 |
16 |
18.47 |
79.5784 |
2.60 |
6.15 |
0.57 |
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14#层408盘区8812工作面，5月30日工作面头部回采至5#点头差12.3m，尾部回采至5#点差11.7m，5月工作面共回采了头部53.9m。尾部64.8m，平均每天回采头部1.7m，尾部2.16m ；至6月10日工作面头部回采至7#点头差10.8m，尾部回采至7#点差10.6m，5月30日至6月10日工作面共回采了头部41.5m。尾部41.2m，平均每天回采头部4.15m，尾部4.12m。 |
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根据判断内因火灾隐患发展趋势的三个指标进行分析：目前8812工作面上隅角内有CO出现，且工作面上隅角一氧化碳指数(CO/△O2)有持续超出0.5的现象，而且氧气增减量与二氧化碳指数随一氧化碳指数的上升同时有所上升，因此判断8812工作面采空区内有高温点存在。建议：一是加快工作面推进速度，每月进度不低于70m，；二是对8812工作面地面相对应位置进行裂隙调查，对新出现的裂隙尽快充填；三是对11、12#合并层408盘区回风巷：8808-8812一段进行灌浆。 |
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3.2、增强密闭堵漏：
①、我矿原来封闭工作面采空区外围系统时，采用1.0m厚的片石水泥砂浆密闭，现全部改为防火密闭，增加密闭气密性；
②、原防火密闭中间全部为充填黄土，但密闭内出现积水时了，随着黄土极易流失造成密闭出现漏风的现象，现改为密闭中部注粉煤灰充填材料，增加密闭的封堵效果；
③、原防火密闭为2.5m原水泥砂浆片石构筑，现改为3.0m厚水泥砂浆片石构筑，增加密闭抗压性。
3.3、预灌浆：
3.3.1、每年在灌浆工作结束后，对本年灌浆工作进行总结、分析；
3.3.2、根据矿井内因火灾分析结果，提出下年度预防性灌浆的年度计划和月度计划；
3.3.3、对重点地段实施分时间、分阶段、分地点的综合预防性灌浆，确保灌浆效果和灌浆量满足防灭火需要；
3.3.4、在每年4月份至10月份，充分利用有限的灌浆黄金季节，加大灌浆力度，确保完成月度和年度灌浆量计划。
3.4、注氮防火：
在地面建立集中制氮站，并在井下铺设注氮管路，采用“旁路式”注氮工艺，对厚煤层放顶煤工作面采空区实施注氮防灭火，改变过去采用注阻化剂防灭火的方法，使氮气能直接进入回采工作面采空区，与采空区内残存氧气进行置换，从而有效减少采空区氧气残存量，达到降低采空区氧气浓度，彻底消除采空区发生内因火灾隐患的可能。
3.5、气雾阻化剂防灭火
在工作面进风巷稳装一个贮水箱和一个乳化液泵，阻化剂在水箱内与水混合后，经乳化液泵加压，将阻化剂溶液通过雾化器雾化后喷洒在工作面采空区内，随采空区漏风飘散覆盖到遗煤上，起到降温和隔绝氧气阻止煤炭氧化的作用，预防采空区遗煤自然发火。
3.6、超前预防：
根据永定庄煤业公司公司开采15#层时采用正压通风时，对我矿309、404盘区采空区造成的影响，我区提前采用加固309、404盘区外露密闭，同时为加强密堵漏效果，在密闭中部充填罗克休封堵材料，并在密闭外部安装矿井监测监控传感器，对密闭外部进行有效监测，及时发现气体外泄及时采取措施进行处理，同时309、404盘区回风通道（西一风井井筒）进行预防性灌浆，从而全面消除309、404盘区的漏风通道，有效防止309、404盘区采空区内出现内因火灾隐患，将外部因素对我矿造成内因火灾隐患的可能减少到最低。
4、综合防治技术的创新：
①、在预测预报方面：将△O2、CO/△O2、CO2/△O2和工作面风量、月进度等内容加入内因火灾预测预报分析中，使内因火灾预测预报分析更加全面、细致、科学。
②、将过去封闭工作面外围系统时的永久密闭改为防火密闭，并在防火密闭中充填粉煤灰封堵材料，而且将2.5m厚防火密闭改为3.0m厚防火密闭，全面增强密闭封堵性、气密性和抗压性。
③、使预防性灌浆工作做到有计划、有安排、有总结，充分利用4～10月份的灌浆“黄金季节”，对矿井重点区域、重点地段进行预防性灌浆。
④、采用“旁路式”注氮方法，对厚煤层放顶煤工作面采空区进行内因火灾隐患的防治，使氮气直接进入采空区内，有效降低采空区氧气残存量，彻底消除采空区内因火灾隐患的发生。
⑤、超前预防，对可能造成我矿采空区出现内因火灾隐患的区域，提前实施封堵和预防性灌浆，并在重点地段安装安全监测监控系统传感器，从而实施连续、稳定、可靠的监控。
通过采取上述几方面的措施，使矿井内因火灾隐患得到了有效的治理，将内因火灾隐患消灭在萌芽状态，从而消除了矿井内因火灾隐患，给矿井安全生产打下了坚实的基础，为实现本质安全型矿井，为实现“零事故现场，打造零事故环境”提供有力的支撑。
5、结束语：
矿井内因火灾的防治是一项复杂的综合过程，涉及矿井生产的各个主要环节，煤峪口矿在日常生产中，对煤层内因火灾隐患进行及时、准确预报，避免人为因素的盲目性和被动性，从而做到预防为主、防治结合，最大限度地降低内因火灾造成的损失。
作者简介：
胡锦元，男，1970年7月出生，中共党员，1994年7月河北煤建院采矿专业毕业，大学本科学历，工程师，长期从事煤矿采煤专业技术工作，现任同煤集团煤峪口矿总工程师。
参考文献
［1］张国枢，通风安全学，徐州：中国矿业大学出版社，2008
［2］王德明，矿井通风与安全，徐州，中国矿业大学出版社，1990
［3］范天吉，矿井防灭火综合技术手册，吉林音像出版社，2003
［4］卢鉴章，申宝宏，煤矿灾害防治技术基础知识，北京：中国矿业大学出版社，2008
［5］张建民等，中国北方地区煤层自燃环境影响及治理对策研究，中国减灾，1998
［6］谭永杰，中国煤田自燃灾害及其防治对策、煤田地质与勘探，2000
［7］聂鸿元，绘合防灭火技术在高瓦斯矿井近距离煤层火灾中的研究作用，太原：太原理工大学，2007
［8］王省身，张国枢，中国煤矿火灾防治技术的现状与发展，火灾科学，1994
［9］乌剑明，许并社，王俊峰，吴玉国，煤自燃火灾防治新技术及矿用新型密闭堵漏材料的研究与应用
［10］余明高，我国煤矿防灭火技术的最新发展及应用，矿业安全环保，2000
［11］罗海珠，梁运涛，煤自然发火预测预报技术的现状与展望，中国安全科学学报，2003
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