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摘要：不仅高瓦斯且易自燃煤层矿井存在火灾隐患，低瓦斯、易自燃煤层矿井同样存在高瓦斯聚集区，需设计合理的综合防灭火系统以确保矿井安全生产。本文已永定庄煤业3-5#煤层为背景，系统分析矿井生产中潜在火灾危险源并指出防治对策，根据该矿的地质条件、开采工艺及注惰性气体防灭火方法、喷洒阻化剂防灭火方法和黄泥灌浆防灭火方法的适应性及优缺点设计得到以日常注氮为主要方法，喷洒阻化剂为辅助手段，黄泥灌浆系统为备用措施的综合防灭火系统，为矿井防灭火系统设计提供借鉴。
关键词：防灭火；系统分析；适应性；火灾防治
0引言
2022年部分统计资料显示，煤层具有自燃性且为高瓦斯的矿井占现有生产矿井总数的60%[1]。高瓦斯矿井、低瓦斯矿井高瓦斯区域的存在，导致火灾事故时有发生且造成严重的事故危害。因此，防灭火是煤矿三通一防工作中的重点。按灭火机理可以将煤矿的防灭火技术归纳为4类[2]：控制端头及时垮落避免悬顶面积过大、密闭墙喷涂高分子材料避免漏风防止采空区遗煤自燃的控制漏风类技术；通过注水、注液氮、注浆、注液态CO2等降低火区温度使火区熄灭的吸热降温类技术；通过向潜在着火区域注入氮气、二氧化碳等惰性气体以降低目标区域氧气的体积分数，减少燃烧反应必要物质的气体惰化类技术；通过向遗煤喷注CaCl2、MgCl2等盐类阻化剂以降低残煤与氧气结合速度的煤体阻化类技术。本文系统分析永定庄煤业3-5#煤层潜在的火灾危险源和发火原因，并进行防灭火系统设计，保障矿井安全开采。
1矿井概况
永定庄煤业目前开采8205工作面，该工作面所属3-5#煤层的平均厚度为24.96 m，采用单一长壁后退式综合机械化采煤工艺，自然跨落法为主、人工放顶为辅管理采空区顶板。煤层瓦斯相对、绝对涌出量分别为1.57、7.14 m3/t，为低瓦斯矿井。3-5#煤层为自燃煤层，最短自然发火期天数为88 d。
2潜在火灾危险源及对策
2.1外因火灾及防治对策
由井下电气设备故障、违规电焊气焊、违规操作、违规放炮、机械设备摩擦与撞击产生火花等外部火源引起的火灾被称为矿井外因火灾[3]。主要发生在机电硐室、布置有电缆的工作区域及存放木支架或其他可燃物的硐室。
2.1.1电气事故火灾危险源防治
井下水泵房、变电所应联合布置，其间设有防火栅栏和密闭门，机电硐室应混凝土沏碹支护，定期清理硐室内的可燃物，消除火灾事故隐患。井下电气设备均应具备“MA”标志，应采用隔爆型配电开关、变压器及移动变电站。电气设备应为矿用干式阻燃设备，有效抑制电气火花，防止电气火灾发生。
2.1.2带式输送机火灾防治
胶带输送机的输送带、托辊及滚筒的非金属部分均应为阻燃、抗静电材料，且应设有联网集控、故障报警、自动洒水灭火功能。胶带输送机的电动机、自动拉紧装置、制动器等电器元部件均应为防爆型。
2.1.3其他火灾防治
非混凝土沏碹支护及锚喷支护巷道不得进行电焊等工作。井下爆破前后均需进行瓦斯浓度检查，严格遵守爆破操作规程。空压机等设备定期检查并维护保养，避免润滑油的氧化和碳化过程中的自燃。使用不易摩擦产生火花的材料和相应的措施避免金属撞击、摩擦或打击产生火星。
2.2内因火灾及防治对策
矿井内因火灾[4]是煤不经点燃而自燃的现象，与煤自身性质有关，且受通风、开采与地质条件等因素影响。该矿3-5#煤层开采过程中的自燃危险主要包括：巨厚煤层工作面液压支架、采煤机等设备运行导致工作面推进速度较慢；回采工作面进入末采期间，工作面停采时间较长；工作面回采过程中地质构造影响导致的停产等问题使工作面不能以合理的推进速度回采。
2.2.1回采工作面火灾防治
工作面回采初期工序衔接不紧密，长时间的停滞易使顶煤松动，漏风氧化自燃的概率增加，故应优化劳动组织，按设计推进回采工作面。放顶煤开采过程中严格管理顶煤的放煤质量，避免放煤作业后留有大量顶煤遗落至采空区，造成遗煤自燃的安全隐患。高质量完成设备的日常维护和检修任务，确保工作面推进长度大于采空区遗煤的氧化带宽度，降低遗煤自然风险。在满足安全规程的前提下考虑风量与漏风强度、氧化带宽度之间的关系，合理配备工作面风量。
2.2.2掘进工作面火灾防治
矿井巷道在长期矿山压力作用下有可能出现空帮、锚喷巷道喷浆层剥落、巷帮煤体破碎等现象，部分巷道可能会受到邻近掘进工作面影响而表现出较大的矿压显现，需要考虑采掘布置、围岩性质控制巷道的变形与破坏。掘进迎头严禁堆放浮煤，停掘不停通风机，且停掘时应对巷道及迎头裸露煤体进行喷浆处理。掘进遇冒顶应充填处理，杜绝漏风供氧现象。
2.2.3危险隐患区域火灾防治
老巷或老空区周边煤壁在长期矿压影响下流变位移等易产生高瓦斯集聚区域及漏风导致自燃火灾发生，定期监测巷道、煤柱的围岩变形量，出现异常位移时及时加强支护强度，可以在一定程度上降低巷道、煤柱等流变位移导致漏风使煤体发生自燃的现象。
3防灭火系统设计与工艺
3.1日常防灭火系统设计和工艺
在日常回采作业过程中，应用注氮防灭火技术以确保工作面的安全回采。矿井地面设置有固定碳分子筛制氮机，井下布置有移动式风冷膜分离制氮机以生产氮气，矿井在籍制氮设备设计制氮总量为13 000 m3/h，在用制氮设备设计制氮总量为9 000 m3/h，日常注氮总量为2 300 m3/h，主要服务工作面有8102在采面（1 500 m3/h）、8103工作面5103煤柱（500 m3/h）、8103高抽巷墙（300 m3/h）。为避免注入采空区的氮气逸散至工作空间后造成工作人员窒息，回采过程中在工作面两端头每隔5 m布置一面封堵墙，端头封堵墙布置示意图，如图1所示。
3.2辅助防灭火系统设计和工艺
由于所开采煤层厚度较大，采空区遗留有较大面积易自燃的破碎煤块，因此设计采煤工作面选用施工快、机动性强、工艺简单的移动式阻化剂防火系统，随工作面的推进向后方采空区均匀喷洒阻化剂，降低采空区遗煤自燃发生的机率。阻化剂选用低腐蚀、环保且低成本的工业MgCl2，浓度为15%。
当工作面处于初采阶段、推进缓慢阶段、末采阶段时需进行严格执行喷洒阻化剂作业，使阻化剂薄膜覆盖在裸露煤体表面，避免煤体在空气氧化作用下逐渐升温而自燃。采用人工喷枪点对点对工作面上、下隅角等重点区域进行阻化剂喷洒，以全面湿润浮煤，有效抑制遗煤自燃。采煤工作面气雾阻化系统工艺示意图，如图2所示。
3.3备用防灭火系统设计和工艺
永定庄煤业采用黄泥灌浆防灭火技术作为备用防灭火系统，主要是用于火灾发生后发火区的封闭作业，通过黄泥浆隔绝氧气与煤炭从而实现灭火的目的。
永定庄煤业黄泥灌浆站布置于回风立井上部平台，土源就地取材，水源为经处理的矿井水，利用地面灌浆站与井下灌浆目的地的相对高差通过重力实现地面泥浆的远距离输送，需要灌浆灭火时将泥浆输送至工作面采空区着火点。
根据永定庄煤业的地质条件、开采工艺、各种防灭火方法的优缺点和适应性，如表1所示。等形成以日常注氮为主要方法，喷洒阻化剂为辅助手段，黄泥灌浆系统为备用措施的综合防灭火系统，以预防煤矿井下火灾的发生。
4结语
本文以永定庄煤业3-5#煤层为背景，系统分析了矿井生产过程中的外因火灾危险源及防治对策和内因火灾危险源及防治对策，并将各种防灭火技术的优缺点与该矿3-5#煤层地质条件、开采条件相结合，得到以日常注氮为主要方法，喷洒阻化剂为辅助手段，黄泥灌浆系统为备用措施的综合防灭火系统，以预防煤矿井下火灾的发生，研究可以为类似条件下的防灭火设计提供一定的参考。
参考文献
[1]刘宏光.综放工作面综合防灭火技术应用实践[J].能源与节能，2023（1）：206-209.
[2]刘大江，王建明.煤矿综放面采空区防灭火研究[J].能源与节能，2022（12）：196-199.
[3]赵端，李涛，董彦强，等.基于边缘智能的煤矿外因火灾感知方法[J].工矿自动化，2022，48（12）：108-115.
[4]田臣，李斌.神东矿区特大采高超长走向多煤层开采内因火灾预防技术[J].煤炭科学技术，2021，49（Supple2）：183-189.
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