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1、矿井“以风治火”的有效性及工程应用研究王志忠 （内蒙古准格尔旗厅子堰煤矿有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）摘要：随着矿井开采强度的加大及开采深度的不断延伸，矿井的不安全因素增长，与矿井通风有关的火灾事故也时有发生。在分析通风与矿井火灾关系的基础上，得出了以风治火的有效性，研究了堵风防漏，降压减风，管风防火，惰化火区等以风治火方法的合用性，通过工程应用实例说明以风治火的方法可以达成窒息惰化火区或克制煤炭自然发火的目的。关键词：矿井火灾；通风；均压；防灭火Validity and engineering application of “controlling the fire with
2、 wind” in coal mineWang Zhi-zhong（Inner Mongolia Zhungeer Qi Tingziyan Coal Mine Co., Ltd.,Inner Mongolia Ordos 010300）Abstract：With the increased intensity of mining and the continuous extension of mining depth, insecurity is increasing, and mine ventilation-related fire accidents have also occurre
3、d. Based on analyzing the relationship between ventilation and mine fire, the effectiveness of “controlling the fire with wind” was obtained, the applicability of these methods were studied, the “controlling the fire with wind” engineering choking inerting fire district or the purpose of inhibiting
4、spontaneous combustion of coal.Keywords：mine fire ; ventilation ; even pressure ; fire prevention前 言矿井通风是煤矿安全生产的重要保证，它不仅具有向井下各用风地点输送新鲜风流，同时还肩负着稀释排出矿井瓦斯、粉尘，减少作业区域温度的重任，保障井下作业人员的身体健康和劳动安全1。随着矿井开采强度的加大及开采深度的不断延伸，矿井需风量加大，通风流程延长、通风阻力升高，通风网络更加复杂，风流控制难度变大，不安全因素增长，瓦斯、煤尘爆炸和火灾等重大恶性事故时有发生，导致了重大的人员伤亡和财产的损失，这无不与
5、矿井通风系统有着密切的关系。本文中“以风治火”的方法就是通过对井下风流的调整，改变有关巷道风压分布，均衡火区或采空区进，回风两侧的风压差，减少和杜绝漏风，使火区内空气不产生流动和互换，隔绝氧源，达成窒息惰化火区或克制煤炭自然发火的目的。目前常用的方法有：堵风防漏，喷涂隔风2，降压减风，管风防火，惰化火区等。1矿井通风与火灾的关系1.1矿井外因火灾我国煤矿历年事故记录资料表白，煤矿重大恶性火灾事故90%以上属于外因火灾3。产生外因火灾的三个必要条件是：有可燃物存在、有足够的氧气和足以引起火灾的热源，这也称火灾三要素，由此可见通风对于矿井的外因火灾起着决定作用。1.2自燃火灾根据煤氧化合理论可知，
6、煤炭自燃必须满足以下四个条件：煤炭自身具有自燃倾向性；有连续的供氧条件；有积聚氧化热的储存环境；上述三个条件共存时间大于其最小自然发火期4。其中连续供氧的条件是引起煤炭自燃的重要方面，它是煤不断氧化从而使其温度递增的重要因素。根据能量守恒原理，采空区浮煤自然氧化放热量大于顶底板散热和风流带走的热量之和时，才也许引煤体自然升温，即采空区浮煤氧化放热能引起升温必须满足下式5： （1）式中：、分别表达工作面风流密度（g.cm-3）和热容（J.g-1.-1）；为采空区内部距工作面的距离（cm）；为实验测定煤的放热强度（J.cm-3.s-1）；为浮煤导热系数（J.s-1.cm-1）；为采空区内漏风速度（
7、cm/s）。氧化发热与积热虽与漏风有关，但积热与否的条件是开采过程中形成的，所以煤炭自燃与矿井通风及漏风必然有密切的联系，这也是本文的重要讨论对象。1.3瓦斯爆炸（燃烧）瓦斯爆炸必须同时具有三个条件：即瓦斯浓度在爆炸界线内；高温热源存在时间大于瓦斯的引火感应器；瓦斯与空气混合气体中的氧浓度大于12%，如图1所示。在正常生产的矿井，所有工作的地点和井巷中氧气浓度始终大于12%，所以防止瓦斯爆炸的措施，就只能是防止瓦斯的集聚和杜绝、限制高温热源的出现。而防止瓦斯积聚的基本方法就是要保证工作面的供风量，合理选择通风系统，对的拟定矿井风量，并进行合理分派，使井下所有工作地点都有足够的风量，用适当的风量
8、将井下涌出的瓦斯及时冲淡并排至地面。图1 瓦斯“爆炸三角形”的示意图2“以风治火”的有效性分析矿井通风对煤炭自燃的影响重要表现在采空区、煤柱和煤壁裂隙的漏风。漏风就是向这些地点供氧，促进煤的氧化自热。相关研究结果表白：空气流过采空区后，虽然促进了浮煤的氧化，但只有当漏风风速适中才干使浮煤由自热向自燃方向转化。风速过高或过低将会使氧化热不易积聚或不能供应足够的氧气而使积热现象中断。相关研究认为采空区单位面积的漏风风量大于1.2m3/（minm2）或小于0.06 m3/（minm2）时，都不会发生自燃火灾，最危险的漏风风量是0.4 m3/（minm2）0.8 m3/（minm2）6。把漏风风量控制
9、在易燃值之外，把漏风时间控制在煤层自然发火期以内，是从通风角度防止自然发火的宗旨。人为地加大漏风来防火是有条件的，只有当有自燃的物质存在而又必须通风的地区才干使用，减少漏风是防止自然发火常用而有效的方法。3“以风治火”的方法及合用条件分析3.1漏风封堵技术根据煤炭自燃必须满足的四个条件可知，假如可以杜绝或者减少向易自燃区域的漏风，使煤低温氧化过程得不到足够的氧气，那么在一定限度上就能延长煤的自然发火期和防止煤炭自燃的发生。因此，漏风封堵是防治煤炭自燃的重要措施之一。根据漏风定律 （2）式中：Ps工作面的气体压力，Pa；Pn采空区内气体压力，Pa； R采空区漏风风阻，Ns2/m8； 采空区漏风风
10、量，q为正时工作面向采空区漏风，q为负时采空区向工作面漏风，m3/s。由式（2）可知，漏风量随漏风风路两端风压差的增大而增大，随漏风风阻的增大而减小。因此，为了减少漏风，应当从减少风压差和增大风阻两方面着手采用措施。目前，我国煤矿重要应用的漏风封堵技术有沿空巷道挂帘布、飞灰充填带隔绝采空区、水砂充填隔离采空区、夹缝密闭墙堵漏技术、喷射水泥砂浆或高惰泡沫堵漏技术和可塑性胶泥堵漏技术等。3.2降压减风均压作为一种“以风治火”的技术，方法简朴，成本最低，深受煤矿现场欢迎。所谓均压防灭火技术即设法减少采空区漏风区域两端风压差，从而减少向采空区漏风供氧，达成克制和窒息煤炭自燃的方法。实践证明，与其它防灭
11、火技术（注入阻化剂或灌浆、密闭、注惰性气体）相比具有以下特点：可以在不影响工作面生产的前提下实行及采用；均压通风加强了密闭区域的气密性，减少了采空区的漏风，从而加速了密闭区域（或采空区）内的大气惰化；工程量小、投资少、见效快7-8。图2 调节风窗与风机均压方式的压力坡线图3.3管风防火3.3.1风流控制矿井火灾发生在受限空间内，因此风流控制对控制火势及解救火区中人员会起到重要作用。通常在已知火源位置的情况下，通常采用的控风方法有短路法、调压法及反风法等9，它们各自的优缺陷及合用条件如表1所示：表1 已知火源位置的情况下风流的控制方法比较项目短路法调压法反风法控制方法在烟流流经巷道的前方寻找与矿
12、井总回风道、采区回风巷或工作面回风巷相连接的联络巷，将其风门打开，使风流短路，将烟流直接引入回风流中采用增长或减少发火巷道或者有高温烟流流经的巷道及与之相关巷道的阻力将出风井变为入风井，而入风井变为出风井，使风流反向，尽快将烟流排出矿井，避免烟流侵袭至井下工作区域优 点控风方法简朴，并且可以迅速排除烟流，使工作场合免受火灾烟流的威胁可以控制火势，防止风流逆转和减小灾变影响的范围可以防止导致烟流侵袭矿井大部分区域，减小灾变影响限度和范围缺 点由于风流短路，对较大瓦斯涌出量的矿井，在无风区域易导致瓦斯积聚难于掌握调压的大小也许导致井底车场及附近区域人员的伤亡及有关设备的损失合用条件进风侧巷道发生火
13、灾的条件，并且不管该巷道是平巷、上向(或下向)倾斜巷道，但必须存在有可以将烟流直接导入回风流的联络巷必须与短路法配合使用，并且需要进行一定的计算重要针对入风井口、井筒、井底车场范围的火灾3.3.2惰化火区封闭火区可以形成一个充满惰性气体的环境并使正在发展的火灾熄灭。封闭的重要措施是构筑密闭，根据密闭墙的功能和作用时间，可分为临时密闭墙、永久密闭墙和防爆密闭墙三种类型。临时密闭墙一般用来解决外因火灾，改变和调节相邻通风巷道的压力或者改变风流线路来辅助救灾。永久密闭墙和防爆密闭墙既用于控制外因火灾的发展，也用于窒息和熄灭内因火灾，并且是在其它一切救援工作完毕后实行的，其目的是切断风流而使火区内形成
14、惰性气体环境。4工程应用实例4.1矿井概况内蒙古准格尔旗窑沟乡厅子堰煤矿是山西兰花集团莒山煤矿分公司对外跨省进行煤炭资源整合的唯一的一座矿井，属于低瓦斯矿井，煤层易自燃（I类），煤尘具有爆炸性，矿井采用并列抽出式通风方式。由于原生产矿井采用高落式或巷柱式回采方法，采空区留有大量煤柱、残浮煤，加之采空区存在大量空间且密闭不严，浅部地表塌陷裂隙不能覆盖封闭，漏风严重，导致自燃，6101综放工作面就曾发生过火灾而封闭。防止和控制煤层的自然发火，对于指导该矿井开采设计、井下通风及矿井防灭火工作、改善矿井安全生产状况和提高经济效益都具有重要的现实意义。4.2“以风治火”的实践（1）采煤工作面生产期间本着
15、“通风网络简易，利于调压控制”的原则，建立合理完善的通风系统。根据工作面瓦斯绝对涌出量情况，在满足人员呼吸和有害气体、温度不超限的情况下，工作面供风量应尽量减少，并且要加强通风设施的管理，保证供风量的稳定，随着工作面的不断推动，要适时调小风量。根据实践经验，风量调配为600-800m3/min为佳，采煤工作面回撤期间，局部扇风机的供风量控制在450m3/min以内，并且采煤工作面坚持每5天全面测一次风。（2）加强工作面上下隅角漏风管理。加强上下隅角的监管力度，有专人监护，在上下隅角处每推动20m设立煤袋墙，用编织袋加装黄土构筑。煤袋墙要接顶接底严密，外部要用临时风帘包裹，保证不向采空区漏风。（3）高质量地及时地封闭采空区和与采空区连通所有巷道，回撤结束5天后对停采线以里的巷道进行永久密闭。永久防火密闭墙必须设专人管理，每日检查一次，查看墙体内部O2、CH4和CO、CO2等各类气体浓度，发现气体超标情况及时采用注氮惰化等措施解决。图3 密闭墙示意图（4）综放工作面规定防灭火系统能减少采空区漏风，同时克制采空区内CO等有害气体涌向工作面，保证工作面安全生产。通过度析、比较后，选取了局部通风机与调节风窗联合的调压系统（如图4）。局部通风机和调节风窗联合均压，可以提高工作面区域风压，
