浅谈煤矿采空区防灭火技术研究现状与发展趋势

浅谈煤矿采空区防灭火技术研究现状与发展趋势

郭永治 付俊兵

新疆华安矿业股份有限公司 新疆库尔勒

摘要：煤矿井下作业条件复杂，危险因素分布广泛且管理难度较大，几乎贯穿整个生产环节中。矿井火灾是影响我国煤矿安全生产的重要因素之一，国有煤矿中有自然发火倾向的矿井约占54．9%。矿井火灾不仅造成严重经济损失，其氧化自燃生成的有毒有害气体严重影响煤矿工作人员的健康作业，因此矿井火灾重在预防。

关键词：煤矿采空区；防灭火技术；现状；发展趋势

引言

对于煤矿而言，随着生产环境的改变，井下违章违规事故屡见不鲜，此外，部分领导为了完成工作，甚至对违规违章行为进行包庇，这种低意识形态的安全生产理念以及长时间在井下的高强度工作，极易导致安全事故的发生。为此，仅仅进行安全培训、实时安全检查很难实现安全生产的目的，需要利用科学的方法实现安全管理。

1自然发火

根据煤自燃发火理论，煤自燃发火需要同时满足3个条件:①煤体持续接触氧气被氧化;②氧化过程中煤体升温，温度聚集;③温度持续升高并达到煤体临界发火点。因此，切断向采空区供氧条件、避免煤体温度积聚及上升是预防采空区遗煤自燃发火的重要途径。

2煤矿采空区防灭火技术

2.1矿用煤自燃防治高吸水高保水性水凝胶

为了预防和控制煤矿火灾的发生和蔓延，20世纪50年代以来，国内外研究人员先后提出了注浆、注砂、注氮、注凝胶、胶体泥浆、发泡树脂等措施并广泛应用。然而这些措施仍存在灭火效果差、灭火效率低等缺点，因此新材料的研发势在必行。凝胶具有独特的防灭火机理：①凝胶会覆盖在煤体表面，通过隔绝氧气从根源上抑制煤体氧化，使煤的氧化过程难以向下进行，同时包裹在煤体表面的胶体会阻隔煤与煤之间的热量传递；②凝胶在达到稳定状态之前具有一定流动性，可以深入煤的裂隙中，堵塞煤的漏风通道，降低氧气体积分数，从而大大降低了煤体与氧气的接触；③凝胶本身含量大量的水，其在达到稳定状态前蒸发的水分会降低周围煤体的温度，从而使氧化过程难以进行。采用化学交联法，以PVA、CMC和Lingin为基体，ECH为交联剂，成功制备出矿用煤自燃防治高吸水高保水性水凝胶。当PVA、CMC、Lingin的质量分数分别为3%、6.3%、3.6%时，水凝胶的吸水率、产率以及保水率的综合效果最佳。在煤矿煤自燃防治时，随着煤体温度的增加，覆盖在煤体表面的水凝胶会逐渐收缩失水，但在较高温度条件下，水凝胶内部仍保留水分，表现出良好的热稳定性。

2.2矿用新型无机防灭火材料在露天煤开采中的应用

KXW－1型矿用新型无机防灭火材料呈白色粉末状，无毒、无味、无污染、无腐蚀性，并具有良好的黏结性和附壁性，保证其与煤岩体产生高度黏合。材料密度为700kg/m3，以无机防火绝热材料为主要成分，具有以下优点：①材料本身为无机矿物材料，是不燃产品，本产品具有隔热作用；②涂层密度小，导热率低，有效地提高了防护体的耐火极限；③具有明显的消音、吸音效果，同时具有隔绝空气的效果；④对人体无毒、对环境无污染，是环境友好型产品；⑤材料与混凝土、岩土等附着力强，不开裂、不脱落；⑥施工方便，可以人工抹涂又可以机械喷涂。作为特种涂料，除了具有普通涂料作用和对基材提供物理保护外，还具有阻燃耐火的特殊功能，这就要求其在一定温度下能发泡形成防火隔热层。因此要求基料能与整个涂料体系协和，使涂料既有良好的机械理化机能，又能在受火时形成较好的泡沫隔热层，为了达到一定的阻燃耐火时间，要求发泡层在高温下也不脱落。KXW－1型矿用新型无机防灭火材料中含有能抑制烟雾及阻断自由基链式反应的物质，与常规防灭火材料相比，能大大提高防灭火效能和灭火速度。

2.3复合浆体材料的喷涂应用

①配方及添加剂的使用。复合浆体材料主要有粘土、水泥、添加剂以及玻璃纤维等物质组成，使用时将粘土、水泥、添加剂以及玻璃纤维等物质混合搅拌即可得到复合浆体材料，水泥和粘土是基础。其中，水泥能在复合浆体材料中提升其结石强度，提高材料结石率和结石强度。使用的水泥要具备以下几点特点：无硬块、颗粒均匀、未过期、性能稳定、未变质，选用425#普通水泥。粘土则是复合浆体材料配制成功的另一项关键所在，由于其成本低廉、取材方便，所以在选用时有几个要点值得关注：A.有机物含量需小于3%；B.塑性指数要大于15；C.黏土粒径需小于0.005mm。添加剂作为促成复合浆体材料结构成型的一部分，主要起到以下作用：A.进一步增加浆液的粘稠度；B.使浆体的悬浮性更好，避免出现水泥、粘土在管道内沉淀现象；C.提升浆体材料在空隙处的渗入程度，使孔道堵塞更加充分，提高材料的强度及密度；D.节省浆液喷涂的首次凝固时长。玻璃纤维添加和使用的作用是防止水泥浆凝固后出现开裂，起到拉筋作用，以增强隔风效果。不同条件下复合浆体材料有不同的性能参数，主要有粘度、比重、析水率等，通过相关研究人员的研究可知，对浆体早期塑性强度及浆液粘度产生影响的参数主要有水泥用量、粘土浆比重及添加剂用量等，即影响最小的是水泥用量，影响较大的是粘土浆比重，影响最大的是添加剂。复合浆体材料配方原则：1m3复合浆体材料制备添加剂用量为5L～10L，水泥用量为0.3t～0.5t，并控制粘土浆比重在1.13～1.20之间，粘土:水泥:添加剂:水:玻璃纤维=1.5:1:0.02:2:0.003。②复合浆体材料在煤矿巷道防灭火中的应用。例如，有一矿井的煤层平均厚度为5m，采用倾向长壁后退式采煤法进行煤矿采掘、全高全部跨落法进行回采，煤柱宽度为3.5m，空侧巷道向采空区域漏风严重，利用复合浆体材料可具有较高的隔风性，并且与其他混凝土材料相比具有更高的经济效益。

3预防措施

首先，由于矿山的地质环境、地表温度、地下温度等条件都会对煤矿的开采起到影响作用，因此，开采前需要对该矿山进行专业的地质勘查。采用地质勘查设备，对当地的地质条件、煤矿所处位置、地层中空的位置、地下水位置等的分布情况进行详细的了解，并绘制地址分布图，以便于进行开采时能够有效避免危险区域。做好煤矿开采的准备工作后，还需对煤矿开采工作进行规划与统筹，结合对矿山地质条件的了解，设计一条科学合理的开采路线，为保障安全，该路线需要避开地层松动的区域、避开演示坚硬难以挖掘的区域以及地下水通过的区域。计划好路线后，开采时还需一边开采，一边对地下巷道进行加固，开采过程中还要使用尖端的设备对周围的数据进行精准勘测，实时了解开采时巷道周围岩层及煤体的变化情况，避免火灾出现。

结语

瓦斯的实际赋存情况会受到地质构造的控制，同时瓦斯突出也通常会出现在一些构造运动较为强烈的区域。对贵州省煤矿瓦斯赋存构造控制规律与分带划分情况进行综合性分析，能够为相关人员提供参考，通过结合当地实际情况，采取针对性的煤矿瓦斯突出灾害防治策略，进一步完善煤矿瓦斯灾害治理规划，保障煤矿安全生产。

参考文献

［1］朱加锋，苟云用.漳村煤矿3号煤层瓦斯赋存规律及控制因素分析[J].煤，2019，28（11）：85-87+97.

［2］宋益东，高建宁，张也.基于瓦斯地质单元划分的邹庄矿8_2煤层瓦斯赋存特征研究[J].采矿技术，2019，19（05）：168-170+173.

［3］蔺亚兵，刘军，赵雪娇，等.煤层冲刷带对瓦斯赋存影响效应及其涌出控制机理[J].煤炭科学技术，2019，47（07）：59-64.

［4］王峰，陈娅鑫.小庄煤矿4#煤层瓦斯赋存规律研究[J].中国煤炭，2019，45（02）：40-44.