摘要：在煤矿生产的整个过程中时刻都会受到水、火、瓦斯以及煤尘、顶板等自然灾害的威胁，而防灭火技术的应用又是一项非常重要的工作，是直接影响煤矿安全生产的关键因素之一，因此，做好煤矿防灭灭火工作对于煤矿的安全生产、高效生产至关重要。
本文基于神东矿区所开采的绝大多数煤层埋藏浅的特殊性，结合国内外煤层自然发火防治技术，对浅埋煤层开采过程中防灭火工作的影响因素进行了研究，重点论述浅埋煤层开采过程中矿井综合防灭火技术方面的一些创新性做法及措施，为浅埋煤层开采过程中防灭火技术提供一些经验或依据。
关键词: 神东矿区 浅埋煤层 防灭火
神东矿区概况：
神东矿区位于内蒙古西南部，陕西、山西北部。煤系地层主要为中下侏罗系延安组地层（J1-2y），一般含煤10-27层。区内主要可采煤层包括1-2上、1-2、2-2上、2-2、3-1、4-2、4-3、5-1、5-2共9层煤。上层煤埋藏深度一般为50—150米，覆盖层主要为第四系更新统（Q3）一全新统（Q4）松散层和正常基岩；松散层为具有柱状节理的黄土，洪积砂砾层、沙土及风积沙等，厚0—65米，与下覆岩层呈不整合接触。煤层倾角0—10°，矿区可采煤层埋深最大的煤层平均埋深为230米，1-2煤—5-2煤间距为170米，平均地表以下70米即可见到煤层。矿区煤一般为褐黑色内生裂隙发育，燃点在300℃左右。主要可采煤层具有特低灰、特低硫、中高发热量。可作动力用煤、气化用煤、低温干馏液化用煤、活性焦和炼焦用煤、水煤浆用煤。
自开发建设以来，逐步形成了以生产规模化、技术现代化、队伍专业化、管理信息化为基本特征的千万吨矿井群，企业安全、生产、技术等主要指标达到国内第一、世界领先水平，在煤炭生产领域取得了举世瞩目的成绩。在这期间通过不断努力实践，在浅埋煤层开采过程中矿井防灭火技术方面涌现出了一些好的经验及做法，严格按照“预防为主、监测预报、防灭结合、综合治理”十六字原则进行。浅埋深煤层开采过程中综合防灭火技术的应用主要有以下特点。
一、建立防灭火技术体系
神东矿区所属矿井井田浅埋藏、易自燃、地表多为沙土及风积沙，常规防灭火技术难以适应高产高效的情况，在这种背景下，公司先后与中国矿业大学、西安科技大学、山西先导有限公司、北京煤科总院、沈阳研究院等高等院校、科研院所合作，共同研究适合本地区浅埋煤层开采过程中的一些矿井综合防灭火措施，改变防灭火技术理念，落实预防为主、综合治理方针，形成了适应神东矿区特大井田浅埋易自燃煤层防灭火技术体系。
1.提高回收率减少采空区遗煤，消除自燃物质基础。在回采过程中，不得留设顶煤，减少丢煤，防止浮煤氧化。对掘进巷道中出现的高冒处等空隙，必须及时进行防火处理，消除热量积聚，并进行定期检查。
2.加强地表裂隙回填管理，减少地面裂隙漏风。矿井安排专人定期检查塌陷地区，及时掌握采空区动态情况，提出地表回填方案及有效的治理措施，建立相应的采空区管理台帐。
3.井下及时密封联络巷和其他漏风通道，消除煤氧化升温的条件。
4.按照正常的速度快速推进采煤工作面，加快工作面安装和回撤支架速度，减少煤氧化升温时间。
5.建立火灾监测预警技术，在自燃早期发现隐患及时采取预防措施。
6.采用注浆技术处理自燃危险区，预防煤层自燃。
二、优化矿井开拓设计，减少矿井漏风
神东矿区在开发建设过程中，结合各矿井自身开拓布局，通过合理设计、不断总结优化矿井通风系统，形成了“多通道、大断面、低负压、大风量”为主要特征的矿井通风系统，该系统降低了地表、通风巷道和采空区之间的压差，对减少采空区漏风，防止采空区遗煤自然发火发挥了良好效果。
三、以“快”防火
工作面采用“快掘、快安、快采、快撤、快闭”的原则，提高工作面掘进速度、工作面安装速度、工作面回采速度、工作面回撤速度、工作面采终封闭速度，尽可能减少工作面采空区遗煤暴露在空气中的时间。
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快掘：采用连采机、掘锚机及快速掘进机，合理安排生产、检修，提高掘进效率。
快采：矿井采用进口采煤装备、配套大功率皮带，实现全自动机械化，加强劳动组织、通过快速开采，使遗煤很快进入窒息带，抑制煤氧化。
快撤：准备采煤工作面时，在距盘区大巷100m处提前布置主辅回撤通道及辅巷，回撤期间利用辅巷多通道、专业化服务队伍，实现快速搬家，大大减少工作面搬家时间，缩短了停采线煤炭的氧化时间。如下图所示：
快闭：工作面回撤结束后，利用无轨胶轮车，直接将水泥、沙、砖、搅拌机等密闭材料、装备及人员快速运输到工作地点，从工作面贯通到永久封闭不超过15天，缩短了采空区遗煤氧化时间，有效抑制遗煤氧化，防止采空区煤炭自燃。
四、工作面防灭火措施
1.提高工作面的回采率，不得留设顶煤，尽量减少浮煤丢在采空区。
2.采用喷洒阻化剂防灭火，在工作面两顺槽前10m内、上下隅角、两端头支架间有遗煤的地点都喷洒对人体健康无害且不污染井下空气的阻化剂，防止自然发火。
3.实行预防性灌浆，将水和浆（黄土）按适当配比，并在水和砂浆中放入悬浮剂，制成一定浓度的浆液，借助输浆管路送往可能发生自然发火的采空区以防止自然火灾的发生。采煤工作面在距切眼和回撤通道各300m范围内实施预防性灌浆。
4.注惰性气体防灭火
惰性气体是指不可燃气体或窒息性气体，主要包括氮气、二氧化碳以及燃料燃烧生成的烟气等。
目前我公司使用较为广泛惰性气体防灭火是使用注氮机进行井下移动注氮，优点是移动迅速，使用方便；缺点是气体流失速度快，主要是移动注氮能力有限，公司最大的注氮机流量为1000m3/h（16.7m3/min）,往往效果不理想。适合范围较小、相对封闭的采空区，作为应急灭火和短期预防内因火灾进行使用。
N2常温下是一种无色无味无嗅的气体，不可燃、不助燃，且通常无毒。氮气占大气总量的78.12%（体积分数），是空气的主要成份。氮气在低温-195.8℃、高压下转化为液态，若将其放在常温常压下可迅速转变为气态。液态氮制取简单、储运方便可靠，灭火时兼有窒息火源、冷却降温的优良性能，因此可用于矿井防灭火。液态氮灭火时，经过处理，将液氮充填到采空区，液氮在常温常压下，迅速气化，在火区内迅速扩散并充满其空间，使火区内O2浓度急速下降，火区因缺氧而窒息。氮气不仅仅具有对火区惰化和抑爆能力，而且由液态转化为气态过程中，可以吸收大量的热，降低火区温度。
CO2常温下是一种窒息性气体，灭火能力强、速度快、使用范围广且具有来源广泛、价格低廉、对环境污染小等特点，被广泛应用于各种火灾的治理。低温、高压下CO2为液态、固态或气液固多相共存状态，若将其注入采空区可迅速转变为气态，渗入到采空区冒落区、裂隙带及遗煤带，降低这些区域的氧含量，形成二氧化碳惰化带，可达到抑制采空区自燃，同时还能防止瓦斯爆炸事故的发生。且液态CO2制取简单、储运方便可靠，灭火时兼有窒息火源、冷却降温的优良性能。向火区内压注液态CO2进行防灭火，在国内外都有成功的应用。
5.建立采空区自然发火监测预警系统。通过对气体人工检测、色谱仪分析、红外束管分析、监控系统实时监测，对水温、气体温度进行监测，建立了矿井自然发火监测预警系统。
结束语：
煤矿生产中安全为首，在实际生产中要以预防为主，抓好煤矿防灭火工作。随着我国煤矿技术的不断发展，矿井防灭火工作也变得越来越重要。我们只有不断地优化通风系统、降低通风阻力、研发及引进先进的技术及设备，才能保证矿井防灭火工作顺利有效地开展，促进防灭火工作再上新台阶。
在今后的矿井防灭火工作中依然要秉持“科学技术是第一生产力”的观念，不断地研究新方法、提出新思路、应用新技术，同时通过对矿井地质条件的研究总结事故规律，从而将事故消灭于萌芽状态。
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论文作者:李川
论文发表刊物:《科技中国》2016年8期
论文发表时间:2016/10/19
标签：采空区论文; 矿井论文; 煤层论文; 工作面论文; 矿区论文; 技术论文; 过程中论文; 《科技中国》2016年8期论文;