我國煤礦火災(zāi)防治技術(shù)的現(xiàn)代發(fā)展與應(yīng)用

我國煤礦火災(zāi)防治技術(shù)的現(xiàn)代發(fā)展與應(yīng)用
摘　要　介紹一些我國近幾年研究和開發(fā)成功的、適用于我國國情的可靠而經(jīng)濟(jì)的火災(zāi)防治技術(shù)與手段,同時給予適當(dāng)?shù)脑u價,供有關(guān)礦井選擇參考,并正確地予以應(yīng)用。

關(guān)鍵詞　礦井火災(zāi)　煤的自燃傾向性　自然發(fā)火預(yù)測

我國56%的礦井開采易自燃煤層,礦井火災(zāi)是一大突出災(zāi)害。百萬噸發(fā)火率近年雖有所下降,但仍高居不下,達(dá)1%強(qiáng),與世界幾個主要產(chǎn)煤國家相比,差距還很大。尤其是近幾年,重大火災(zāi)事故還時有發(fā)生,給煤炭企業(yè)帶來難以估量的負(fù)面影響,特別是有損于煤炭行業(yè)的社會形象,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)的一項常抓不懈、重要而艱巨的任務(wù)。

我國煤礦的火災(zāi)防治技術(shù)與手段,盡管還存在某些差距,但不容置疑的是,近幾年確實取得了令人矚目的成績,有了顯著的進(jìn)步和發(fā)展,也為煤礦提供了一批性能良好、質(zhì)量可靠的適用技術(shù)和手段。但是,在其推廣應(yīng)用的廣度和力度上,還很不平衡,當(dāng)前的迫切任務(wù)是:組織力量,加快速度,將它們推向各類煤礦,使其在火災(zāi)防治工作中充分發(fā)揮作用。

1礦井火災(zāi)預(yù)測預(yù)報技術(shù)

1．1煤自燃性鑒定與自然發(fā)火測報

（1）煤的自燃傾向性鑒定

此項技術(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,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型煤的自燃性測定儀,業(yè)已投入實際應(yīng)用,使我國在這方面的技術(shù)和手段步入國際先進(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。它的特點是使用了現(xiàn)代色譜技術(shù),測定和計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。它簡單易學(xué),操作簡便,且無害健康。

（2）煤層最短自然發(fā)火期

這是一項實際意義重大、各礦需要迫切、但又非常棘手的任務(wù)。盡管國家在科技攻關(guān)項目中,如“八五”攻關(guān)項目中,安排過研究,但遺憾的是,目前也只停留在實驗室階段,離實際應(yīng)用尚有較大的差距,需要加大力度予以研究,才能滿足煤礦的需要。

1．2　煤層開采過程中的火災(zāi)測報

（1）預(yù)測預(yù)報指標(biāo)

煤層開采時期的火災(zāi)預(yù)測預(yù)報,我國主要應(yīng)用氣體分析法。為完善和提高此法的可靠性和靈敏性,近年主要研究開發(fā)了更靈敏可靠的檢測指標(biāo)和適應(yīng)新指標(biāo)的儀器或裝置,以及敏感元件。關(guān)于檢測指標(biāo),新的研究提出的概念是,CO已不是在任何情況下都可作為唯一的和最靈敏可靠的判別煤自燃火災(zāi)的指標(biāo)。新的研究結(jié)果是,可以使用CO、C2H4及C2H2三個指標(biāo),綜合地將煤自然發(fā)火區(qū)分出三個階段:礦井風(fēng)流中只出現(xiàn)10－6級的CO時為緩慢氧化階段;出現(xiàn)10－6級的CO和C2H4時為加速氧化階段;出現(xiàn)10－6級的CO、C2H4和C2H2時為激烈氧化階段,此時即將出現(xiàn)明火,礦井處于危急時期。應(yīng)用這三個指標(biāo),不僅可預(yù)測火災(zāi),而且還可判別其階段,據(jù)此而采取不同的防滅火措施。本項技術(shù)已在較多的礦井中應(yīng)用,但需指出的是,對不同的煤層必須分別對其進(jìn)行模擬實驗,優(yōu)選其指標(biāo)的具體應(yīng)用值,唯有如此,各礦才算是正確地

應(yīng)用了這一技術(shù)。另外,還應(yīng)提及的是,上述指標(biāo),亦有可能用作判別煤內(nèi)因火災(zāi)熄滅程度的指標(biāo),有關(guān)單位或礦井不妨進(jìn)行實驗。

（2）預(yù)測預(yù)報儀表與裝置

a)束管集中檢測系統(tǒng)與傳感器。此系統(tǒng)是目前我國煤礦使用得比較多的系統(tǒng),也是基于氣體分析的原理。我國自行研制的系統(tǒng),已在二十幾個礦井中應(yīng)用,而且近年亦有較大的改進(jìn)與提高,推出了KJF型系統(tǒng),除增加了新的檢測功能外,又將控制箱移到井下,組成井下檢測分站,分站信號則送到地面,由配有微機(jī)的總站集中監(jiān)控。此種新系統(tǒng)已在幾個礦井具體應(yīng)用,效果尚屬滿意,在進(jìn)一步實驗考證、積累經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,具有推廣價值。不足之處是,使用的是分離式傳感器,要增加維護(hù)量和經(jīng)費,同時它也不能檢測火災(zāi)氣體全組分中的C2H2。為適應(yīng)上述集中檢測系統(tǒng)的需要,我國近年還研究開發(fā)了多種傳感器與之配套,如KGA2型CO傳感器(電化學(xué)型,測量范圍0～010005,誤差不大于5%),KGQ1型C2H4傳感器(氣敏型,測量范圍0～0100002)。此外還有KGQ2型O2傳感器,KGS7型CH4和KGQ11型CO2傳感器等,都可供火災(zāi)氣體集中檢測系統(tǒng)應(yīng)用。但需說明的是,這些傳感器目前尚屬試用階段,還需一定時間的檢驗。

b)GC85型色譜集中檢測系統(tǒng)。此系統(tǒng)是已經(jīng)通過國家鑒定的攻關(guān)項目(礦井多參數(shù)色譜檢測系統(tǒng)),其主要的技術(shù)特性發(fā)揮了氣相色譜技術(shù)的一系列優(yōu)勢。多功能:同時用于常量和微量分析,自動進(jìn)樣和切換,常期和災(zāi)期分析,預(yù)警和示警,打印和制表。多參數(shù):可分析常量組分,如O2、N2、H2和CH4等,以及微量組分CO、CO2、C2H4和C2H2等,并顯示煤自燃的動態(tài)過程。高精度:主要氣體的指標(biāo)值,最小檢測濃度:CO和C2H2小于等于5×10－7,C2H4小于等于10－7。系統(tǒng)全部由微機(jī)控制。

c)GC―4008型煤礦專用氣相色譜儀。為煤礦專門設(shè)計的實驗室用氣相色譜儀,主要技術(shù)特征是:多檢測器,TCD、FID和CH4轉(zhuǎn)化爐。高檢測性能,并聯(lián)三柱,分別進(jìn)樣,使得分離效果好。專用填充柱,使得分析條件規(guī)范化。適于分析常微量礦井大氣組分、火災(zāi)氣體組分和瓦斯突出氣體組分等。裝置為人工進(jìn)樣,適于那些未建立集中檢測系統(tǒng)礦井的實驗室用。實踐證明,性能良好,已在幾十個礦井中使用,得到好評和認(rèn)可,一般中小型礦井均可選用。

d)CA―9000型移動式礦井氣體分析系統(tǒng)。此系統(tǒng)由1臺改裝的南京依維柯40―10型中型旅行車,以及采用防震組件保護(hù)而組裝在其中的2臺車載煤礦專用氣相色譜儀、1臺色譜數(shù)據(jù)處理工作站及一批必需的配件等組成。系統(tǒng)的特點是:防震性能優(yōu)良,在三級公路以及相當(dāng)于此類的礦用公路上行駛,分析結(jié)果不受影響;組裝有2臺煤礦專用氣相色譜儀,可完成礦井大氣、火災(zāi)氣體和瓦斯氣體的全分析,色譜儀則裝備有性能良好的專用色譜柱,分析周期全過程不超過15min。機(jī)動性好,適用于多礦井而不欲分散設(shè)立多處實驗室的礦區(qū)。

此系統(tǒng)已通過部級鑒定,專家評價較高,使用單位十分滿意?？梢酝茝V應(yīng)用,特別是在一些邊遠(yuǎn)地區(qū)的中小型礦井群多單位合作應(yīng)用。另外,有關(guān)單位亦研制有類似的移動式檢測系統(tǒng)。兩者都可供礦井選用。

1.3　機(jī)電設(shè)備與硐室火災(zāi)檢測系統(tǒng)

我國煤礦近年曾發(fā)生多起膠帶輸送機(jī)或機(jī)電硐室火災(zāi),并造成重大經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡。應(yīng)此類事故預(yù)測和防治的需要,近幾年相繼開發(fā)出幾種裝置和儀器設(shè)備,如DMF型帶式輸送機(jī)自動滅火系統(tǒng)、DHM型硐室與膠帶自動灑水滅火系統(tǒng),以及之后的改進(jìn)型,如MZS―1型帶式輸送機(jī)自動灑水滅火系統(tǒng)和KHJ―1型礦井火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)及自動滅火裝置等。這無疑會為我國煤礦外因火災(zāi)的預(yù)測預(yù)報及防治增添新的手段和能力。這些系統(tǒng)都是我國自已研制開發(fā)的產(chǎn)品,適應(yīng)我國的具體國情,完全可供有關(guān)礦井選用。實際上,已在多個礦井得到應(yīng)用,在安全生產(chǎn)中發(fā)揮著良好的作用。

2　煤層開采時期防火與滅火技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展

煤礦火災(zāi)防治中的另一個重要方面,是煤層開采時期的火災(zāi)防治。此問題的復(fù)雜性在于,采煤方法多種多樣,煤層的賦存狀態(tài)也十分復(fù)雜,很難使用一種單一的方法去防治所有采煤方法下的各類地質(zhì)條件的火災(zāi),必須根據(jù)具體的情況選用適當(dāng)?shù)姆乐未胧?。我國煤礦煤層開采時期的火災(zāi)防治技術(shù)措施,總體上說,有如下幾類:惰化、堵漏、降溫等以及它們中的幾類的綜合,共同發(fā)揮作用來實現(xiàn)預(yù)計的

2.1　惰化技術(shù)防滅火

惰化技術(shù),就是將惰性氣體或其它惰性物質(zhì)送入擬處理區(qū),抑制煤的自燃的技術(shù)。惰性物質(zhì)惰化技術(shù),除已作為常規(guī)防滅火技術(shù)措施使用的黃泥漿外,近年發(fā)展起來的有粉煤灰、頁巖泥漿、選煤尾礦泥、阻化劑和阻化泥漿等,已經(jīng)比較廣泛地被應(yīng)用。它們的作用,除惰化外還兼有降溫,對煤礦本身則微有污染,應(yīng)當(dāng)予以注意。這些技術(shù),從總體上說,都是可行和有效的,受到煤礦的歡迎。問題只是各礦如何針對自已的情況來選定,以及如何先權(quán)衡經(jīng)濟(jì)效益而后決策,但從目前技術(shù)的發(fā)展及經(jīng)濟(jì)的可承受性來看,具有較大優(yōu)勢的還是粉煤灰注漿和阻化劑。它們最可取的是可以取自某些廢棄物及其再利用,對環(huán)保亦起著一定有利作用,并免于農(nóng)爭地。它們多被用于厚煤層采全高或分層開采,如何采用,各礦可根據(jù)本礦的情況,論證后訣擇之。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)展起來的主要是氮氣,制備的方式有:深冷空分、碳分子篩變壓吸附和中空纖維分離等三種,我國有相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品提供礦井選用。它們各有其特點,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,還難以國產(chǎn)出可與國外產(chǎn)品競爭的產(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。

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)材料國產(chǎn)化及降低成本問題。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)有力的檢測技術(shù),否則很難取得理想的效果,各礦必須認(rèn)識到這一點,不可將注惰作為一項萬能的措施,盲目地濫用。致于目前已開發(fā)使用的三種制惰(氮氣)設(shè)備,相對來說,更受歡迎的還是井下移動式膜分離設(shè)備,因為它較碳分子篩設(shè)備更易操作和維護(hù)保養(yǎng)。但也有其缺點,除上述的需要國產(chǎn)化外,某些部件也須改進(jìn)、提高,特別是其凈化過濾裝置。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轉(zhuǎn)。

2.2　堵漏技術(shù)防滅火

煤層開采時期火災(zāi)防治的第二個重要環(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),使煤缺氧而不會自燃。堵漏技術(shù)和材料,我國近年發(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。目前,上述這些堵漏技術(shù)和設(shè)備及材料,我國都可以解決,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,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。

2.3　采空區(qū)自燃火源探測技術(shù)

礦井火災(zāi)防治的一個難點在于發(fā)火點的隱蔽性,尤其是采空區(qū)內(nèi)和煤柱內(nèi)部的火,很難找到火源點。它也象煤層最短自然發(fā)火期一樣,是人們研究的熱點問題,我國長期以來也是應(yīng)用氣體分析法以期去解決這一問題,但是依然未得到滿意的結(jié)果。為解決這一棘手問題,國家在“八五”攻關(guān)課題中曾有所安排,如期望使用稱之為“信號發(fā)生器敏感元件”的技術(shù)方法,解決火源探測的問題。但遺憾的是,亦沒有取得滿意的、有實用價值的結(jié)果,只能認(rèn)為是實驗室的一次嘗試,或者說是采煤現(xiàn)場的一次探路。此外,有關(guān)高校單位還曾研究過應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)模擬采空區(qū)煤自燃的狀態(tài),期望以此探測自燃源,同樣也未取得實用結(jié)果。至今,采空區(qū)火源探測的問題,在我國依然是一項開放性的課題,還需要繼續(xù)加大力度,花費一定的時間與人力物力去進(jìn)行研究。這也是一項極其值得研究的課題,因為國際上已經(jīng)出現(xiàn)一種稱之為“臨地表巖層淺鉆孔氣體分析法”用于檢測地表層火災(zāi)氣體異常,進(jìn)而探測煤礦井下采空區(qū)火災(zāi)的技術(shù)。從已掌握的信息看,這是一項已取得滿意結(jié)果、完全可用于圈定煤礦井下采空區(qū)內(nèi)煤自然發(fā)火火源的工藝方法,他們的實踐經(jīng)驗已經(jīng)證明了方法的可行性和可靠性,而且與在礦井井下的工藝方法相比也不復(fù)雜和繁瑣,只要掌握一定的檢測技術(shù)手段,具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)素養(yǎng),完成并不多的工程量,進(jìn)行一定程度的技術(shù)數(shù)據(jù)處理,即可取得滿意的結(jié)果。為此,應(yīng)當(dāng)抓住這一具有國際水平的前沿技術(shù),跟蹤這一初具苗頭的技術(shù)發(fā)展,結(jié)合我國的具體條件和能夠掌握的技術(shù)手段,進(jìn)一步發(fā)揮自已的優(yōu)勢,獲取希望的理想結(jié)果,為我國煤礦火災(zāi)防治技術(shù)水平的提高和發(fā)展作出自已的貢獻(xiàn)。

2.4　大型機(jī)電設(shè)備防滅火的發(fā)展

在我國煤礦中,大型機(jī)電設(shè)備火災(zāi)至今仍不時地造成過重大傷亡事故,對其防治依然是不容忽視的。盡管已開發(fā)出如DMF型、DHM型、MZS―1型和KHJ―1型等可用于帶式輸送機(jī)或機(jī)電硐室的火災(zāi)防治的裝備系統(tǒng),但依然滿足不了需要。為此,國家在“九五”科研攻關(guān)項目中仍然安排有課題,要求發(fā)展新的技術(shù)裝備,如以光纜技術(shù)和熱敏電纜技術(shù)為基礎(chǔ)的裝備,有關(guān)單位正在加大力度進(jìn)行研究。這無疑會給煤礦火災(zāi)防治技術(shù)增添新的手段和能力。希望它早日出成果。這些系統(tǒng)都將是國產(chǎn)化產(chǎn)品,適應(yīng)我國的具體情況,有它們的優(yōu)勢,也有較大的可選性。目前各礦只能從上述幾種防滅火設(shè)備系統(tǒng)選用適合本礦具體情況的系統(tǒng),予以應(yīng)用。

3　災(zāi)期應(yīng)變與救災(zāi)技術(shù)

礦井火災(zāi)防治的第三個環(huán)節(jié)―――災(zāi)期應(yīng)變與救災(zāi)技術(shù),與其它兩方面相比,亦有較大的發(fā)展。在救災(zāi)裝備方面,自救器、呼吸器、爆炸危險性檢測儀、惰化阻爆滅火裝備及快速隔爆墻等,都有一些新產(chǎn)品和設(shè)施問世和生產(chǎn)。其中如OSR―10、20、40和60min礦工自救器,BMK―1型便攜式煤礦氣體可爆性測定儀及DQ―400/500型、DQ―150型燃油

惰氣滅火裝置和BGP―400型高倍數(shù)泡沫滅火機(jī),技術(shù)性能都不亞于進(jìn)口產(chǎn)品,完全可供礦井救災(zāi)時應(yīng)用。盡管如此,在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上,仍需加大研究力度,開發(fā)出質(zhì)優(yōu)、價廉的產(chǎn)品,以滿足和適應(yīng)救護(hù)隊的技術(shù)要求和裝備需求,同時也減輕礦井的負(fù)擔(dān)而提高使用率,保證礦工的安全。至于救災(zāi)技術(shù),如以計算機(jī)為手段的救災(zāi)決策和指揮輔助系統(tǒng)等軟件技術(shù),我國的研究與發(fā)展水平,與國際相比并不遜色,只是尚需有關(guān)礦井提高認(rèn)識,加大與有關(guān)研究院所及高等院校的合作力度,創(chuàng)造條件給予實踐檢驗,有針對性地完善、改進(jìn)和提高,進(jìn)而推廣應(yīng)用。

綜上所述,我國的礦井防滅火技術(shù)與手段,確實有了較大的發(fā)展與提高。但應(yīng)看到,目前發(fā)火形勢依然嚴(yán)峻,還需要繼續(xù)不斷地完善和提高防治技術(shù)水平,研究和開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)與手段,以便從根本上改變煤礦煤自燃火災(zāi)的不利形勢。此外,還要有足夠的投入和嚴(yán)格的管理。各礦必須清醒地認(rèn)識到這一點,給予極大的重視。只有舍得在這方面加大投入,才會獲得優(yōu)厚的回報。