经过调查显示,煤炭资源在我国全部能源结构中占比大于66%。虽然经过产业结构优化后产能有所下降,但是其所占比重仍位居前列,由此可见,煤炭资源在未来几十年中仍与国计民生息息相关,与我国国民水平提升存在密切联系。但是由于煤矿自身特性以及开采环境影响,极易出现煤矿自然现象,影响煤矿开采安全。近距离煤层分布相对广泛,在开采作业中发生漏风通道的可能性相对较大,影响了工作人员对采空区火灾险情的分析与判断,为后续防灭火工作开展以及人员救援增加了难度。
1 煤矿近距离煤层自燃一般性特征
(1)自燃概率相对较高。根据调查结果显示,我国多数煤层开采过程中自燃火期在1—2个月左右,且由于煤矿井下巷道中堆积着大量煤炭资源,较为零碎的煤炭在开采作业中与氧气发生化学反应从而释放大量的热能,难以消散,进而导致煤炭资源温度上升进而增加煤层自燃事故的发生概率[1]。
(2)自燃成因类型复杂。煤矿井下地质环境以及开采环境相对复杂,各种危险情况无法及时判断其成因以及具体波及范围,且由于煤矿生产体系相对复杂,进一步增加了煤层自燃原因查找难度。
(3)煤层自燃火灾预防难度较大。多数煤层自燃事故的出现主要是煤炭资源大量热量堆积而成,因此增加了火灾预防难度。从煤氧复合作用角度分析,煤炭资源与氧气发生化学反应进而产生大量的热能,增加煤炭资源内部温度和氧化活性,增加煤氧复合作用速度。若煤炭开采作业中发现近距离煤层已经存在煤层自燃现象,表面煤层积攒热能较大,若想快速降低煤炭热能,难度相对较大。在煤炭资源温度无法调整且氧气浓度相对较低状态下,能够将煤氧复合作用活性控制在一定范围之内。除此之外,煤层自燃位置,温度差异变化相对较大,增加了热力循环以及自然对流,增加了氧气循环,进而导致火灾难以在短时间内被扑灭,进一步增加火情,这也是影响近距离煤层火灾防灭治理效果的主要因素[2]。
(4)煤层自燃地点。通常情况下,煤层自燃起火点相对隐蔽,主要呈现立体分布形式。同时,由于低温环境下,煤氧化学作用中产生的热量往往不会集中聚集,氧气含量较低,因此很少出现温度快速升高现象。目前,煤层自燃火灾起火点主要以离煤体暴露面一定距离的深层部位为主,以自然烟雾为主,很难看见明火。除此之外,受火风压因素影响,该部位煤层加热速度较快,温度逐步上升,因此一般煤层自燃概率较大,温点较高,需要根据实际情况合理采用防灭火技术,提升灭火效果,保障煤矿生产安全性和规范性[3]。
2 煤矿近距离煤层防灭火技术分析
2.1自燃起火预测预报技术
在煤矿开采作业中煤炭资源在煤氧复合作用下极易出现化学反应释放大量热能,增加开采区域温度,合理应用自燃起火预测预报技术能够在近距离煤层发生自燃起火事故前对氧化放热反应中的各项气体以及温度等数据信息进行收集与分析,及时发现异常情况,并做出自燃预警,准确判断起火区域以及火势具体情况,帮助管理人员及早制定完善的防灭火操作,降低自燃火灾对煤矿开采作业的影响。自燃起火预测预报技术主要应用的预报方法主要有两种,一种是指标气体分析法,即对煤炭开采作业面中的一氧化碳、链烷比等气体含量进行测量,以此作为预测近距离煤层自燃情况的标志性气体,具有较强的可靠性和完善性;另外一种是测温法,即对近距离以及相邻煤层介质温度进行动态化测量,根据围岩温度场出现的变动情况判定是否存在煤层自燃起火问题,并合理选择防灭火技术,具有明显的应用效果。另外,测温法也是高效评价防灭火效果的重要评价方式之一,能够对起火区域气体组成成分以及含量变化趋势进行详细收集与分析,保障火情判定的准确性,为后续防灭火工作的高效开展予以科学的指导[4]。
2.2控制漏风技术
通常情况下我国近距离煤层开采区域属于半封闭状态,基于自燃起火要素分析,需要对漏风情况进行严格管控,才能降低氧气输送,隔离火情,提升防灭火工作效果。目前,近距离煤层主要采用的控制漏风技术主要有两种,一种是封堵技术,即利用密闭墙封堵以及巷道煤帮表面喷涂堵漏等多种封堵方式降低起火区域氧气供给,减少氧气含量,实现缓解火情的发展目标。另外一种是均压技术,即降低近距离煤层的压力梯度,减少空气流通产生的动力,以此缓解该区域漏风现象,对火势进行有效控制。根据煤矿自燃实际情况可以将均压技术分为两种,其一是开区均压技术;其二是封闭区均压技术。但是若仅仅依靠均压技术实现漏风阻断,降低火情难度较大,需要联合其他防灭火技术融合使用,保障煤矿开采作业安全性[5]。
2.3 火区惰化技术
火区惰化技术的应用即针对近距离煤层自燃起火区域将氧气含量小于97%的惰性气体进行持续输入以此降低起火区域氧气含量,遏制火情。目前,近距离煤层火区惰化技术所采用的惰性气体主要有以下几种:(1)液氮;(2)氮气;(3)二氧化碳等。
2.4阻化防灭火技术
在煤矿开采作业中合理应用阻化防灭火技术对保障煤矿生产安全性,降低火灾造成的经济损失具有非常明显效果。其主要应用原理即向火灾发生区域抛射具有较强阻燃效果的物质,将可燃物质进行分离,能够实现抑制火情,保障煤矿生产安全的目的。目前,阻化防灭火技术主要采用的阻燃物质以吸水盐型阻化剂和表面活性剂等材料为主,在保障阻燃效果的同时尽可能降低采购成本。需要注意的是,阻化防灭火技术主要适用于火灾蔓延范围相对较小以及火情轻微等区域,对于重度火灾区域则需要及时采取其他防灭火技术[6]。
2.5火区降温技术
现阶段针对近距离煤层自燃起火事故可以采用火区降温技术,根据火情具体情况可以将其分为两种形式:其一是灌水及注浆技术,能够快速降低自燃起火区域温度,熄灭火源,对火灾蔓延范围进行有效控制。由于水自身具有较大的热容量,水受热气化过程中会吸收大量的热量,因此能够快速降低该区域温度,同时水蒸气能够实现隔绝氧气作用,缓解火情;其二是胶体防灭火技术,针对近距离煤层自燃起火问题工作人员可以在煤层表面均匀涂抹胶凝浆液,通过胶体材料与水的融合作用能够发挥胶凝效果,将煤层以氧气进行隔离,减少煤氧化作用,降低煤层热量,能够有效降低近距离煤层自燃起火事故发生概率,因此被广泛应用于煤层防灭火工作当中。
3结束语
综上所述, 近距离煤层受煤炭自身因素以及开采环境影响极易出现自燃起火事件,影响煤矿开采作业安全性,为煤炭企业造成较大的经济损失。因此,若想保障煤矿生产安全性,企业应当对煤层自燃一般性特征进行详细分析,并提出有效的防灭火技术,尽可能消除近距离煤层自燃起火概率,提升煤矿开采效率,为保障煤矿行业安全有序发展奠定坚实的基础。
参考文献
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[2]宋灵感. 大桥沟煤矿近距离煤层复合采空区防灭火技术研究与应用[J]. 煤,2022,31(11):34-37.
[3]刘锋. 沿空留巷工作面采空区密闭注气灭火技术研究[J]. 能源与环保,2023,45(6):273-278,284.
[4]李学杰. 近距离煤层综放工作面超大采空区防灭火技术研究[J]. 中国煤炭,2022,48(z1):169-173.
[5]杜回东. 近距离煤层群开采综采工作面均压通风防灭火技术研究[J]. 山西化工,2022,42(4):94-95,112.
[6]张喜,殷方明,米会超,等. 近距离煤层上覆采空区高浓度有毒有害气体防控技术研究[J]. 能源技术与管理,2022,47(6):43-45.