摘要： 礦井火災(zāi)是威脅煤礦安全生產(chǎn)、危害職工生命安全的重大災(zāi)害之一。文中就我國(guó)現(xiàn)有的煤礦火災(zāi)防治技術(shù)及礦井火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)理論和方法進(jìn)行了全面系統(tǒng)的闡述。介紹了一些我國(guó)近幾年研究和開發(fā)成功的、適用于我國(guó)國(guó)情的可靠而經(jīng)濟(jì)的火災(zāi)防治技術(shù)與手段,同時(shí)給予適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。

　　我國(guó)56%的礦井開采的是易自燃煤層，礦井火災(zāi)是一大突出災(zāi)害。百萬(wàn)噸發(fā)火率近年雖有所下降，但仍高居不下，與世界幾個(gè)主要產(chǎn)煤國(guó)家相比，差距還很大。尤其是近幾年，重大火災(zāi)事故還時(shí)有發(fā)生，給煤炭企業(yè)帶來(lái)難以估量的負(fù)面影響，特別是有損于煤炭行業(yè)的社會(huì)形象，也嚴(yán)重制約著煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，火災(zāi)防治工作依然是煤炭企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)常抓不懈、重要而艱巨的任務(wù)。

　　1 礦井火災(zāi)分類

　　1.1 外因火災(zāi)

　　外因火災(zāi)是指由外來(lái)熱源，如放炮、瓦斯煤塵爆炸、機(jī)電設(shè)備不良、機(jī)械磨擦、電流短路、焊接火花等原因造成的火災(zāi)，同時(shí)也包括內(nèi)因火災(zāi)處理不當(dāng)而誘發(fā)的外因火災(zāi)。礦井外因火災(zāi)具有突發(fā)和嚴(yán)重的災(zāi)難性。例如福建省陸家地煤礦曾經(jīng)發(fā)生一起明火火災(zāi)，由于無(wú)法進(jìn)行反風(fēng)造成了死亡28 人的嚴(yán)重性事故。由于外因火災(zāi)的主要可燃物有木材、膠帶、電纜、油料等，故對(duì)井下可燃材料燃燒特性的認(rèn)識(shí)，對(duì)我們分析火源、控制火情、減少損失有著積極的作用。許多專家和學(xué)者做了大量的燃燒實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到了各種材料的基本燃燒性質(zhì)及火災(zāi)過(guò)程中各種因素的相互影響等寶貴的數(shù)據(jù)，豐富了人們對(duì)礦

　　井火災(zāi)燃燒特性的認(rèn)識(shí)。

　　1.2 內(nèi)因（自燃）火災(zāi)

　　自燃火災(zāi)是指煤炭自身的吸氧、氧化、發(fā)熱、熱量逐漸積聚達(dá)到著火溫度而形成火災(zāi)。縱觀我省煤礦有不少礦井的煤層有自然傾向性，如蘇邦煤礦今年年初發(fā)生自燃火災(zāi)及一些小煤窯的自燃火災(zāi)屢有發(fā)生等現(xiàn)象也說(shuō)明了這點(diǎn)。煤炭并不是一暴露于空氣中就自燃著火的，一般需要經(jīng)過(guò)潛伏期、自熱期和自燃期三個(gè)階段。

　�。�1）低溫氧化階段

　　特征：煤的重量略有增加，增加的重量等于吸附氧的重量，煤的化學(xué)性質(zhì)變得活潑，煤的著火溫度降低。

　�。�2）自熱階段

　　特征：煤溫升高；流經(jīng)火源后的空氣氧含量減少；空氣濕度增大，形成霧氣，在支架及巷道壁上凝有水珠；空氣中CO、CO2 含量顯著增加。

　　（3）自燃階段

　　產(chǎn)生大量的C 和碳?xì)浠�合物；空氣和煤巖溫度顯著升高；火源出現(xiàn)火焰；巷道中出現(xiàn)煙霧及特殊的火災(zāi)氣味。

　　2 礦井火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)

　　煤的自燃傾向性鑒定技術(shù)在80 年代中期前， 應(yīng)用的是照搬蘇聯(lián)的煤著火溫度降低值法。盡管發(fā)現(xiàn)它存在著不少缺點(diǎn)，但由于缺乏自己的技術(shù)和手段，仍然不能予以割舍，沿用了幾

　　十年。進(jìn)入80 年代中期，隨著新技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)才開始開發(fā)研制以現(xiàn)代色譜為基礎(chǔ)的新一代煤的自燃傾向性鑒定技術(shù)和手段�，F(xiàn)已開發(fā)出被納入法規(guī)的色譜吸氧鑒定法及其配套儀器ZPJ-1 型煤的自燃性測(cè)定儀，業(yè)已投入實(shí)際應(yīng)用，使我國(guó)在這方面的技術(shù)和手段步入國(guó)際先進(jìn)行列。色譜吸氧鑒定法，就是應(yīng)用現(xiàn)代氣相色譜技術(shù)與手段， 檢測(cè)煤低溫下吸氧的能力(氧量、速度)，作為判別煤的自燃傾向性程度。它的特點(diǎn)是使用了現(xiàn)代色譜技術(shù)，測(cè)定和計(jì)算都由色譜儀及其附件完成，人員不接觸有害物質(zhì)。該方法已納入《煤礦安全規(guī)程》(1992 年版)作為法定方法執(zhí)行。它簡(jiǎn)單易學(xué)，操作簡(jiǎn)便，且無(wú)害健康。

　　3 礦井火災(zāi)防治技術(shù)

　　我國(guó)煤礦火災(zāi)防治技術(shù)措施，總體上說(shuō)，有如下幾類。

　　3.1 均壓防滅火技術(shù)

　　均壓防滅火技術(shù)一般對(duì)工作面及掘進(jìn)面初期發(fā)現(xiàn)的高溫預(yù)兆點(diǎn)有較好地效果。它是采用通風(fēng)的方法減少自燃危險(xiǎn)區(qū)域漏風(fēng)通道兩端的壓差，使漏風(fēng)量趨于零，從而斷絕供氧源，起

　　到防滅火作用。

　　3.2 阻化劑防滅火技術(shù)

　　煤炭自然發(fā)火是由于煤與空氣中的氧氣相互作用的結(jié)果，在漏風(fēng)不可避免的情況下， 在煤的表面噴灑上一層隔氧膜，阻止或延緩煤的氧化進(jìn)程。阻化劑主要是鹵化物與水溶液能浸

　　入到煤體的裂隙中，并蓋在煤的外部表面，把煤的外部表面封閉，隔絕氧氣。同時(shí)，鹵化物是一種吸水能力很強(qiáng)的物質(zhì)，它吸收大量水份復(fù)蓋在煤的表面，也減少了氧與煤接觸的機(jī)會(huì)，延長(zhǎng)煤的自然發(fā)火期。

　　3.3 阻化汽霧防滅火技術(shù)

　　汽霧阻化防滅火其實(shí)質(zhì)就是將受到一定壓力的阻化溶液通過(guò)霧化轉(zhuǎn)化成為阻化劑汽霧。汽霧發(fā)生器噴射出的微小霧�？梢砸缆╋L(fēng)風(fēng)流為載體飄移到采空區(qū)內(nèi)，從而提高采空區(qū)防

　　火效果。

　　3.4 超大量灌注無(wú)機(jī)固化粉煤灰防滅火技術(shù)

　　目前現(xiàn)用防滅火充填材料主要有:黃泥漿充填材料、水砂漿充填材料、煤矸石泥漿充填材料、粉煤灰充填材料、石膏育填材料、水玻璃凝膠充填材料、廢水泥渣充填材料等。但都存在有成本高、脫水以后體積減少多，不能固化或固化以后支撐強(qiáng)度低等缺點(diǎn)。因此，根據(jù)目前的研究與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀，以粉煤灰為主料，研究出經(jīng)濟(jì)成本低，堆積能力強(qiáng)，固化后不脫水或少脫水，初凝時(shí)間和固化時(shí)間可調(diào)，具有堵漏、防火、滅火、防復(fù)燃、充填支撐強(qiáng)等功能的無(wú)機(jī)固化粉煤灰防滅火充填材料;并研究了利用黃泥灌漿系統(tǒng)灌注無(wú)機(jī)固化粉煤灰的配套裝置及其灌漿工藝來(lái)防治巷道高冒、空洞、沿空巷道幫、溜煤眼、聯(lián)絡(luò)巷、停采線、采空區(qū)等地點(diǎn)的煤炭自燃發(fā)火。

　　3.5 化學(xué)惰氣泡沫防滅火

　　化學(xué)惰氣泡沫防滅火材料由多種原料組成，其原料均為固體粉態(tài)，經(jīng)過(guò)分別溶解后形成2 種溶液。在井下滅火時(shí)，可采用鉆孔壓注方法，將溶液注入自然發(fā)火區(qū)域。當(dāng)2 種溶液混合后，

　　便會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生惰性泡沫，其體積可膨脹8!12 倍。惰氣泡沫可迅速向周圍空間、漏風(fēng)通道及煤壁裂隙擴(kuò)展，充填火區(qū)空間，窒息火區(qū)，而且惰泡具有較好的穩(wěn)定性，可以起到隔絕空氣的作用。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，達(dá)到防火的目的。

　　3.6 惰化技術(shù)防滅火

　　惰性氣體惰化技術(shù)，雖然很多煤礦都可以應(yīng)用，但在我國(guó)則規(guī)定，放頂煤開采的煤礦必須使用以它為主的綜合措施(除惰氣外還輔以其它措施)來(lái)防治煤自燃火災(zāi)，目的是要在較大

　　的程度上保證采煤安全。惰氣源目前發(fā)展起來(lái)的主要是氮?dú)�，制備的方式�?深冷空分、碳分子篩變壓吸附和中空纖維分離等三種，我國(guó)有相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品提供礦井選用。它們各有其特點(diǎn)，目前各礦主要考慮的是經(jīng)濟(jì)承受力， 除深冷空分固定資產(chǎn)較高外，其它兩類由于分離氮的基礎(chǔ)材料如碳分子篩、中空纖維等，還難以生產(chǎn)出可與國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)品， 造成初期投資也較高，加大了生產(chǎn)成本，使礦井在一定程度上失去經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。因此，欲廣泛發(fā)展和應(yīng)用這些新技術(shù)，還需要加大科研力度，解決基礎(chǔ)材料國(guó)產(chǎn)化及降低成本問(wèn)題。在應(yīng)用技術(shù)方面則應(yīng)改進(jìn)和提高注氮工藝，加強(qiáng)與采煤工藝的互相配合，以便取得好的效果。注惰效果主要取決于能否保證惰氣質(zhì)量，合理必需的注入量及其連續(xù)性，以及能否輔以強(qiáng)有力的檢測(cè)技術(shù)，否則很難取得理想的效果。各礦必須認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，不可將注惰作為一項(xiàng)萬(wàn)能的措施，盲目地濫用。致于目前已開發(fā)使用的三種制惰(氮?dú)?設(shè)備，相對(duì)來(lái)說(shuō)，更受歡迎的還是井下移動(dòng)式膜分離設(shè)備，因?yàn)樗�較碳分子篩設(shè)備更易操作和維護(hù)保養(yǎng)。但也有其缺點(diǎn)，除上述的需要國(guó)產(chǎn)化外，某些部件也須改進(jìn)、提高，特別是其凈化過(guò)濾裝置。此外，三種制氮裝備中，不論那一種，都需注重產(chǎn)品的質(zhì)量，并以優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)，保證裝備的正常和良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　3.7 堵漏技術(shù)防滅火

　　煤層開采時(shí)期火災(zāi)防治的第二個(gè)重要環(huán)節(jié)是堵漏，也就是采取某種技術(shù)措施減少或杜絕向煤柱或采空區(qū)的漏風(fēng)，使煤缺氧而不會(huì)自燃。堵漏技術(shù)和材料，我國(guó)近年發(fā)展也很迅速，相繼研究和開發(fā)出適于巷頂高冒堵漏的抗壓水泥泡沫和凝膠堵漏技術(shù)和材料，適于巷幫堵漏的水泥漿、高水速凝材料和凝膠堵漏技術(shù)與材料，以及適于采空區(qū)堵漏的均壓、惰泡、凝膠和尾礦泥堵漏等技術(shù)成果，它們各有其使用條件和優(yōu)缺點(diǎn)。目前，上述這些堵漏技術(shù)和設(shè)備及材料，我國(guó)都可以解決，各礦可以根據(jù)本礦的具體情況，因地制宜地選用。值得一提的是，均壓防滅火和凝膠防滅火技術(shù)，操作都不復(fù)雜，具有不污染或少污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，所需的投入也不多，技術(shù)也不復(fù)雜，值得各礦大力應(yīng)用。

　　3.8 液氮防滅火技術(shù)

　　液氮防滅火就是從地面或井下向已封閉的火區(qū)灌注氮?dú)�、加速火區(qū)的熄滅。自60 年代后期國(guó)外主要產(chǎn)煤國(guó)家將液氮技術(shù)用于井下防滅火以來(lái)，經(jīng)不斷開發(fā)完善，現(xiàn)已成為各國(guó)煤礦井下處理大型火災(zāi)的一種重要措施。近年，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)地面移動(dòng)式制氮設(shè)備的產(chǎn)氮量達(dá)1200m3/h， 產(chǎn)氮量在5000m3/h 的設(shè)備在研發(fā)中。德國(guó)從1974 年11 月至1986 年8月共應(yīng)用氮?dú)鉁缁?0 次，消耗氮?dú)膺_(dá)30 億m3，搶救出綜采設(shè)備65 套。80 年代初，我國(guó)一些煤層易自燃的煤礦開始采用注氮防滅火技術(shù)，取得了一定的效果，經(jīng)“八•五”攻關(guān)研制了能力為200m3/h 的井下移動(dòng)式制氮裝置。特別是近些年來(lái)我國(guó)的放頂煤開展迅速，此法采空區(qū)丟煤多，造成遺煤大面積的危險(xiǎn)性堆積，極易引起煤炭自燃，且這些火點(diǎn)往往在頂板高冒處或

　　采空區(qū)深部，這時(shí)采用注氮滅火效果最為顯著。

　　3.9 膠體防滅火技術(shù)

　　目前常規(guī)的灌漿、均壓、阻化劑、氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)在抑制煤層自燃火災(zāi)中起到了很大作用，但也存在一些局限性。針對(duì)煤層自燃特點(diǎn)，近幾年由西安科技大學(xué)研制的耐溫高水膠體防滅火技術(shù)集堵漏、降溫、阻化、固結(jié)水等性能于一體，較好地解決了灌漿、注水的水泄漏流失問(wèn)題，已成功地?fù)錅缌藥资�起煤層自燃火�?zāi)。

　　3.9.1 膠體防滅火機(jī)理

　　新型復(fù)合膠體防滅火技術(shù)是由特種添加劑與水按一定比例混合而成，添加劑的濃度一般為1"!5"。新型復(fù)合膠體防滅火技術(shù)是利用定量添加設(shè)備， 將添加劑按一定比例加入水中，使水(或泥漿)稠化，然后用泵(或灌漿系統(tǒng))壓注到松散煤體中。在泵壓和自重作用下稠化液體滲入到煤體裂隙和微小孔隙中，先對(duì)注入口附近火源表面降溫，并形成膠體阻斷氧擴(kuò)散，阻止煤體繼續(xù)氧化放熱，進(jìn)而降低煤體內(nèi)部溫度，熄滅火勢(shì)，隨后膠體逐漸向周圍放射擴(kuò)散，慢慢擴(kuò)大火勢(shì)熄滅圈使煤體溫度降低，從而達(dá)到防滅火的效果。

　　3.9.2 膠體的防滅火性能

　　（1）新型復(fù)合膠體添加劑濃度比較低，小于5"。添加劑的濃度為3"時(shí)，與傳統(tǒng)的膠體滅火材料(如凝膠)濃度為10%時(shí)的性能相當(dāng)。在滅火中采用該材料使固體滅火材料在井下的運(yùn)輸量可減少30 倍以上，這對(duì)降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高滅火效果非常有利。由于它的用量少，膠體成本比傳統(tǒng)的膠體滅火材料有所降低。

　　（2）對(duì)水質(zhì)依賴性小，耐酸堿。在pH>4 的水中都可形成較好的膠體，一般的鹽對(duì)膠體性能的影響不大。

　�。�3）溶解速度可調(diào)。根據(jù)工藝需要調(diào)節(jié)材料的溶解速度，可以滿足不同的工藝要求。材料的溶解速度可通過(guò)改變粒度、添加劑等手段來(lái)調(diào)節(jié)，可根據(jù)需要制成系列產(chǎn)品。

　�。�4）新型復(fù)合膠體耐火性能好。將其放入打鐵爐中，用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，火勢(shì)很旺，只見膠體透明顯紅光，僅有少量的水蒸汽產(chǎn)生，膠體不消失，對(duì)周圍的紅炭仍起滅火作用。

　　（5）具有一定的強(qiáng)度及滲透性、蠕變性、粘彈性。新型復(fù)合膠體能夠滲透到煤層的裂隙中，堵住漏風(fēng);在煤層間隙受力發(fā)生蠕變時(shí)膠體不會(huì)破裂;由于膠體有粘彈性，它能緊密充填于煤層間隙，即使破碎煤層也不會(huì)產(chǎn)生漏風(fēng)裂隙。

　　（6）具有一定的觸變性且受熱粘度降低。由于它有觸變性，在用泵進(jìn)行壓注時(shí)，其粘度較低，輸送阻力不大，而進(jìn)入煤層靜止后，其粘度增大，可滯留在煤層中，吸熱堵漏;由于材料受熱

　　粘度降低，使其在煤層中向高溫點(diǎn)的流動(dòng)變得容易，而從高溫點(diǎn)向外流相對(duì)較困難，這對(duì)滅火有利。

　�。�7）具有良好的吸熱性，且滅火時(shí)不會(huì)產(chǎn)生大量水蒸汽。膠體材料中99%以上是被束縛的水， 所以它有很大的熱容，可吸收大量熱，使煤溫下降。

　�。�8）有效期長(zhǎng)。新型復(fù)合膠體材料在常溫下脫水很慢，不變質(zhì)，可長(zhǎng)期保留在煤層中，防止煤層自然發(fā)火或火區(qū)復(fù)燃。近年來(lái)，我國(guó)煤礦的防滅火技術(shù)與手段已有了較大的發(fā)展和提高。但還應(yīng)看到，目前自燃發(fā)火形勢(shì)依然嚴(yán)峻，仍需要繼續(xù)不斷地完善和提高防治技術(shù)水平，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，研究和開發(fā)創(chuàng)新的技術(shù)手段，特別是把非線性科學(xué)的理論和方法引入礦山安全保障系統(tǒng)的研究與應(yīng)用中，以便能夠改變自燃火災(zāi)的不利形勢(shì)。與之同時(shí)，還要加大礦井滅火資金的投入和嚴(yán)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(gè)新臺(tái)階。