艾力江·艾合买提
新疆维吾尔自治区煤田灭火工程局 新疆 830000
摘要：对煤田火区发展演化过程的研究，是认识煤田火实质及研究其防控技术的重要前提。揭示了煤田火区发展演化过程中涉及的煤氧复合化学场、由反应放热升温的温度场、因热应力使煤岩体变形的应力场以及通过裂隙对流的气体渗流场之间的作用机理。鉴于此，本文主要分析煤田火灾治理的若干技巧。
关键词：煤田；火灾治理；技巧
1、概述
煤田火灾是指在自然或人为因素影响下，由初始露头燃烧引起煤层由浅部向深部不断发展，严重污染环境和威胁生产安全的大面积火灾。据统计中国现有200多个煤田火区，总面积达720km2，正在燃烧的面积为17~20km2，其中新疆煤田火区系世界最大的煤田火区。美国、澳大利亚、印度、塔吉克斯坦等许多国家也同样存在着严重的煤田火灾问题。
煤田火区是由高温火源点演变形成的，主要是煤蓄热过程的温度场、煤岩体裂隙变化的应力场、由空气动力学及燃烧气体产物形成的渗流场以及煤氧复合燃烧过程的化学场共同耦合作用的结果。煤岩体多孔介质特性及其所处的环境，影响着高温点产生及气体的运移。因此，研究煤田火灾发展演化过程，掌握其发展演化规律，是煤田火区研究的重要问题。本文拟通过分析煤田火区发展演化过程的温度场、裂隙场、热动力引起的气体渗流与热量传递流场及化学反应场之间的作用机理，将现有的热-流-固耦合模型与不同时期煤体燃烧状态方程的化学反应速率模型联立建立四场耦合模型，以为预测不同时期煤田火区燃烧速率及燃烧进程提供依据。
2、煤火的危害
煤田火灾不仅会对经济、社会和生态环境等造成巨大的影响、还会对人类的健康与动物的生存造成很大危害｡
（1）造成大量的煤炭资源的浪费｡根据有关资料统计，新疆每年因煤火燃烧而损失的煤炭资源高达1000万t｡煤火还会对附近未燃烧的煤层造成影响，使其变质，无法开采利用｡大火还会使附近的地质构造变形，不利于煤炭开采，因此受损的煤炭资源远远超过燃烧损失的煤炭资源｡
（2）造成大气环境的污染｡火区煤炭燃烧释放大量的CO、CO2、SO2、CH4和H2S等有毒有害气体，同时还有大量的粉尘、热量等污染物｡这些污染物在大气中迁移扩散，从而对大气环境造成温室效应、大范围的酸雨等污染｡如果这些有害气体不能及时的消散，还会造成二次污染。
3、煤田火灾治理的若干技巧
3.1、剥离施工中确定剥离范围
首先介绍剥离施工中确定剥离范围的一些技巧。剥离工程施工是灭火工程的第一个工序，剥离工程施工的范围是否正确，将直接影响到钻探、注水注浆及黄土覆盖工程施工的效果，从而决定灭火工程的质量。对于浅层煤层火源来说，剥离施工的范围不仅要包括全部燃烧区域，还应包括燃烧区域周围与燃烧区域相关的裂隙，塌陷，废弃巷道等范围。只有填平并切断这些可能给燃烧区域供氧的通道，才能很好的防止火区复燃，从而保证灭火质量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
火区剥离施工的范围要比燃烧区域大一些，包括了燃烧区域周围的塌陷和裂隙。对于火源较深的火区来说，火区剥离施工的范围可以用下面方法来确定，剥离范围的长度：沿火区燃烧煤层的走向，包括沿煤层露头的所有燃烧范围及周围的塌陷、裂隙和巷道等即可；剥离范围的宽度可以由燃烧深度和煤层倾角计算得出。
3.2、钻探工程
（1）在很多火区范围内，煤层顶板经长期的高温烘烤变得支离破碎，裂隙发育。当钻孔打到或接近着火煤层时，钻探所用的冲洗液（一般用清水）会顺着钻孔底部的裂隙漏走，也就是平时习惯说的“漏浆”。“漏浆”可作为钻孔已经接近着火煤层的一个判断标准。
（2）钻具温度的变化也可以作为钻孔接近着火煤层的判断标准。钻孔在正常钻进过程中，钻具的温度大致和钻探冲洗液温度及钻进地层温度相近，如果钻具的温度突然变高，甚至有时被“烧”的变色，说明钻孔已经接近着火煤层。
（3）冲洗液温度的变化。在正常地层的钻进过程中，冲洗液的温度都是自然温度。当钻进过程中冲洗液的温度突然升高，可视为钻孔已接近或打到着火煤层（有些钻孔在即将打到着火煤层时，有时因为孔壁封闭较好，或是采用双管跟进的钻探方式时，仍然会有部分冲洗液返出钻孔）。
3.3、注水注浆工程
在注水注浆工程施工中，经常遇见这样的现象：哪些区域燃烧剧烈，温度高，就先在哪些区域注水注浆。结果燃烧剧烈的高温区域温度下降了，火源熄灭了，温度低的区域本来没有燃烧的煤层温度升高，煤层着火了。有施工人员认为火源从高温区域“窜”到了低温区域。火源是怎样从高温区域“窜”到低温区域去的呢？在燃烧剧烈的高温区域注水注浆时，水遇到剧烈燃烧的高温煤层时，迅速汽化成高温高压的水蒸气。
因此，在注水注浆工程中，应先对火区边缘的低温区域注水注浆，泡湿低温区域的煤层和围岩，封闭低温区域的裂隙，切断供氧供热通道，然后再对高温区域注水注浆，这样火源就不会再由高温区域“窜”向低温区域了。钻孔、地表注水注浆都应如此。这样既可以尽可能减少灭火工程量，加快灭火进度，又可以最大程度的保护煤炭资源。
总之，煤田火区发展演化是一个缓慢持续的过程，其影响因素多变。使得火区燃烧过程的边界条件及控制因素难以确定。因此，需深入系统研究煤田火区传热传质及燃烧特性，确立不同阶段的燃烧反应速率，建立热-流-固-化耦合模型，为防控煤田火区发展提供依据。
参考文献：
[1].煤自燃机理及探测新认识助力煤田火灾治理[J].中国安全生产科学技术,2016,12(12)：47.
[2]张学庆,张渝,于明达,李小飞,王田,胡社荣.新疆煤田火区的危害与治理挑战[J].中国矿业,2014,23(S2)：93-95.
[3]李洁莹.煤田火灾的成因、危害和治理技术[J].能源技术与管理,2011(04)：89-90+107.
[4]张勇.生态修复技术在新疆煤田火灾治理中应用的探讨[J].中国西部科技,2010,9(24)：13-14.
[5]高青松.新疆煤田火灾治理中常遇的问题[J].中国西部科技,2010,9(07)：35-36.
论文作者:艾力江·艾合买提
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/20
标签：煤田论文; 煤层论文; 区域论文; 火灾论文; 裂隙论文; 钻孔论文; 火源论文; 《防护工程》2018年第10期论文;