矿井防灭火技术现状及研究

煤

CoalTechnology

炭技术

Vol.30,No.07June,2011

矿井防灭火技术现状及研究

邓

凯，黄

鹂，彭

伟，李朝妹

（安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001）

摘要:介绍了矿井煤自然发火的基本规律以及目前国内外常用的矿井防灭火技术。同时，深入探索了煤层自然发

火机理和规律，并进一步研究了综合防灭火技术。关键词:矿井；煤炭自燃；防灭火中图分类号:TD75文献标识码:A文章编号:1008-8725（2011）07-0079-02

ResearchandStatusofMineFirePreventionand

ExtinguishingTecheology

DENGKai,HUANGLi,PENGWei,LIChao-mei

（CollegeofEnergyandSafety,AnhuiUniversityofScienceandTechnolugy,Huainan232001,China）

Abstract:Thispaperintroducedthebasiclawofcoalspontaneouscombustionandcommonminefirepreventionandcontroltechniquesathomeandabroadpresently.Meanwhile,themechanismandlawofspontaneouscombustionofcoalseamhadbeendeeplyexploredandcomprehensivefirepreventionandcontroltechniqueshadbeenfurtherresearched.

Keywords:mine;spontaneouscombustionofcoal;firepreventionandextinguishing

燃物）、供氧（氧化剂）和热源，通常称为燃烧的三要

若燃烧发生后缺少任意一个条件，则会熄灭，这素。0前言

是矿井防灭火工作的根本依据。近年来，有研究者还

煤炭作为我国的主要能源，在国民经济能源结提出了燃烧四面体概念），即加入链反应要（见图1构中占据很重要的位置。矿井火灾是煤矿重大灾害素，使链反应的继续，保证燃烧的持续。基于中断燃

材料和烧中链增长反应原理而发明的新型灭火剂和阻燃剂之一，一方面矿井火灾不仅烧掉大量的资源、

生产设备，而且由于要封闭火区，严重破坏了煤矿正具有很好的灭火效果，这都为链反应是燃烧过程的常的生产秩序；另一方面燃烧消耗了风流中的氧气，基本要素提供了依据[1]。使风流中的氧气体积分数下降，同时产生大量的热（2）按照煤发生自燃的必要条件，可以将采空区

有毒气体和粉尘，严重污染环境。煤层自燃火灾分为自燃难易程度不同的3个区域能、（见图2），即散

[2]防治不仅要求矿井有合理的开拓系统和开采方法、热带、自燃带和窒息带，一般称之为采空区“三带”。

合理的通风系统、可靠的专项防治措施和管理制度，采空区“三带”的划分方法：根据采空区漏风流速划还必须要有相应的防灭火技术、完善的防灭火系统分；根据氧气体积分数划分。最近国内外一些学者还和防灭火装备，只有这样才能保障矿井的安全生产。提出了用升温率指标划分采空区三带的标准。

（3）影响煤体自燃的因素是多方面的，诸如煤质特

1矿井煤自然发火的基本规律

粒度分布、水分等）、煤堆特性（几何尺寸、征（反应性、

（1）燃烧必须同时具备以下3个条件：燃料（可形状、空隙等）、气象条件（风向、风力、气温、湿度等）、!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2010(2)：25-27.术[J].煤矿安全，（1）松软突出煤层具有瓦斯渗透率低、难抽采等

[2]周世宁,林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京：煤炭工业出

特点。版社，1999.

（2）通过软件模拟揭煤前后煤层应力场变化、分[3]涂敏,付宝杰.低渗透性煤层卸压瓦斯抽采机理研究[J].采矿与安

全工程学报，2009，26(4):433-436.布规律，从而确定深孔欲裂爆破位置和区域范围大

致在集中应力区后半区域，这样既增加了前方安全[4]胡国忠,王宏图,范晓刚,等.低渗透突出煤的瓦斯渗流规律研

究[J].岩石力学与工程学报,2009，28(12)：2527-2535.

防护距离，同时又消除了这个区域内高瓦斯。[5]白国基,甘林堂.深孔控制预裂爆破技术应用浅议[J].煤矿安全,

（3）通过现场深孔欲裂爆破增透实验，瓦斯抽采2007，38(7)：68-70.

体积分数由7.52%提高到9.79%，和抽采量均较采[6]蒋承林,俞启香.煤与瓦斯突出的球壳失稳机理及防治技术[M].

徐州:中国矿业大学出版社，1998.取爆破前提高了30%,瓦斯治理效果明显，从而消除

[7]王厚良,王本忠,王劲红,等.深立井揭穿多层突出煤层技术与实

了突出危险。安全揭煤，顺利进行了井底水窝的施践[J].煤炭科学技术，2009,37(6)：31-35.工，取得良好的经济效益和安全效益。[8]张忠永.深孔预裂爆破在石门揭煤中的应用[J].矿业安全与环保,

2009,36(6):69-72.参考文献：

[1]

侯少杰，程远平，王海峰，等.单一松软强突出煤层瓦斯抽采技

（责任编辑

王凤英）

收稿日期:2010-11-03;修订日期:2011-04-12作者简介:邓凯（1986-），男，河南驻马店人，安徽理工大学在读硕士研究生，主要从事矿井防灭火方面研究，E-mail：dk.198611@163.com。··80煤炭技术第30卷

氧惰化，抑制煤自燃。

在存在漏风通道的情况下，惰性气体容易遗失，不能长期起到防灭火的作用。惰性气体能迅速抑制火

惰灾，但灭火降温困难，使火区完全熄灭时间相当长。

性气体本身虽无害，但具有窒息性，对人体有害。2.3阻化剂防灭火技术

图1燃烧三角形和燃烧四面体

阻化剂防火是采用一种或几种物质的溶液灌注1.可燃物2.氧化剂3.热源4.链反应

到采空区、煤柱裂隙等易于发生煤炭自燃的地点，降低煤的氧化能力，阻止煤的氧化进程。阻化剂主要有无机盐吸水液、氢氧化钙阻化液、硅凝胶等。

直接在工作面喷洒阻化剂，会使工作面过于潮湿，工作面环境更加恶劣，生产设备也容易遭到腐蚀。2.4均压防灭火技术

均压技术是在20世纪50年代由波兰贝斯特隆

图2采空区三带分布示意图

60年代一些采煤技术发达的国家教授首先提出的，Ⅰ.散热带Ⅱ.自燃带Ⅲ.窒息带

竞相采用，同期，我国也在淮南、辽源等矿区试用这煤层的地质条件、采煤方法、通风方式等影响因素。

后来在徐州、大同、鹤岗等矿区逐渐（4）煤炭自然发火多发生在巷道高冒区、停采一防火新技术。

均压防灭火技术就是采用风窗、风机、连通管、切眼、巷道交叉点处的三角煤、在煤柱内掘进的推广。线、

改变通风系统内的压力分布，巷道等地点，这主要是受采动和矿压的影响，使煤壁调压气室等调压手段，

降低漏风通道两端的风压，减少漏风，从而达到抑制产生裂隙和破碎，易于氧化升温，造成自燃发火。

和熄灭火区的目的。

2国内外常用的防灭火技术2.5凝胶防灭火技术

凝胶防灭火技术就是通过压注系统将基料和促

为了防治煤炭自燃，国内外广泛采用注惰性气

凝剂按一定比例与水混合后，注入到煤体中凝结固

预防性灌浆、注水、喷洒阻化剂等技术。近年来，体、

化，起到堵漏和防火的目的。矿井防灭火所用的胶体

胶体泥浆、三相泡沫等防灭火又广泛地采用了凝胶、

主要指水的凝胶，假凝胶或假凝胶与泥浆等形成的

该类技术对保证矿井安全生产起了重要作用，技术。

胶体材料中通混合胶体，以及类似凝胶的黏稠流体。

推动了矿井防灭火技术的进步。

黄土等作为骨料。骨料的常还填充一定量的粉煤灰、

2.1预防性灌浆防灭火技术

加入不但可增强胶体的强度和耐高温性，而且基料

预防性灌浆就是将水和不燃性固体材料（黏土、

的用量通常也可降低。

粉煤灰等）按一定比例制成泥浆，利用矿井的高度差

2.6三相泡沫防灭火技术

或者泥浆泵通过钻孔或管路送至可能发生自燃的地

三相泡沫防灭火技术是由中国矿业大学通风防

点，起到防火的作用。

灭火课题组提出的。防治煤炭自燃的三相泡沫是将

预防性灌浆按与回采的关系可分为采前预灌、

不溶性的固态不燃物（粉煤灰、黄泥等）、惰性气体

随采随灌和采后封闭灌浆3种。采前预灌是在工作

（N2）和水并添加少量的添加剂（发泡剂和稳泡剂）通

面尚未回采前对其上部的采空区进行灌浆，这种灌

过三相泡沫发泡器充分搅拌混合，形成固体颗粒均

浆方法适用于开采老窖多的易自燃、特厚煤层。采后

匀附着在气泡壁上的大量富集的含有气—液—固三

注浆是采空区封闭后，利用钻孔向工作面后部采空

相的体系。三相泡沫集固、液、气三相材料的防灭火

区内注浆。随采随灌则是随着采煤工作面推进的同

氮气的窒性能于一体，利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、

时向有发火危险的采空区灌浆，这是预防性灌浆采

息性和水的吸热降温性进行防灭火，大大提高了防

用的主要方法。

灭火效率。

井下自燃火灾通常处于工作面或巷道顶部的比较高的部位，用泥浆灭火时不能滞留在发火部位，流3结束语过发火部位后仅使煤表面温度得到降低，煤体内部

在防治矿井煤炭自燃过程中，没有一种方法是温度仍然很高；泥浆不能均匀覆盖浮煤；泥浆脱水量

能解决所有问题的。只有摸清煤层自然发火机理，掌较大，会恶化工作环境。

“预防为主，防治结合”的握煤层自然发火规律，坚持2.2惰性气体防灭火技术

根据各个矿井的实际情况，选择合适的技自从20世纪50年代以来，惰性气体防灭火的指导方针，

才能保证矿井安全、高产、稳产。方法开始得到使用。从1974年起，德国的注氮气防术和手段，

灭火技术发展显著。我国也从20世纪70年代开始参考文献：

[1]宋录生.矿井惰性气体防灭火技术[M].北京：化学工业出版社,

应用氮气防灭火技术。可以被用作矿井防灭火的惰2008.性气体主要有3种：二氧化碳、燃烧产生的惰性气体[2]张延松,王德明,朱红青.煤矿爆炸、火灾及其防治技术[M].徐州：

中国矿业大学出版社,2007.和氮气。惰性气体防灭火技术主要是指将惰性气体

（责任编辑王凤英）送入拟处理区，稀释此空间内的氧气，使防治区域缺