煤田地面灭火方法的探讨

煤田地面灭火方法的探讨

李赵洋

新疆维吾尔自治区煤田灭火工程局 新疆自治区 830063

摘要：煤炭是一种不可再生的珍贵资源，在自然能源日益枯竭的今天，如何合理开发、利用和保护煤炭资源显得尤为重要。然而，由于各种人为或自然的因素，许多煤田的露头和残余煤柱逐渐被点燃和燃烧。在一些地方，火势甚至蔓延到地层深处，逐步向煤矿工作面内推进。无情的大火不仅吞噬掉大量宝贵的煤炭资源，还严重威胁着煤矿井下的正常生产和人民群众生命财产的安全。

关键词：煤田；火烧区特征；灭火方法；

煤田火烧区主要指的是煤田发生过火灾的采区、工作面或其他地方，且这些地方都还是处于密闭状态下，现有技术难以扑灭或者扑灭过程具有很大危险性。煤田火烧区的存在，给勘探、建井、开矿均带来一定的危害。

一、煤田火烧区特征

1.地层特征。（1）煤层成分组成。煤层根据其碳化程度不同分类，可以依次分为泥炭、褐煤（棕褐煤、黑赫煤）、烟煤（生煤）、无烟煤。无烟煤碳化程度最高，泥炭碳化程度最低。碳是煤中最重要的组分，其含量随煤化程度的加深而增高。泥炭中碳含量为50％～60％，褐煤为60％～70％，烟煤为74％～92％，无烟煤为90％～98％。煤中硫是最有害的化学成分。煤燃烧时，其中硫生成SO2，腐蚀金属设备，污染环境。硫是煤中常见的有害成分，其他有害元素在煤中含量一般不高，但危害极大，如砷是一种有毒元素。煤在燃烧中，硫是造成城镇环境污染的主要物质源。（2）地表特征。岩层缓倾斜的煤层火烧区地表形成塌陷坑和裂缝，急倾斜煤层火烧区煤层顶底板之间有塌陷坑，个别地区地表覆盖层不塌陷，因而构成了危险区。急倾斜煤层浅部燃烧的火烧区煤层顶部植被枯死，颜色发黄色、黑色，是受有害气体影响结果。缓倾斜煤层燃烧点埋藏很深的地表植被生长基本正常。（3）煤层燃烧后地表特征。煤层燃烧后，岩层受高温烘烤变质成浅红色、储色烧变岩。地表岩层裂隙度增大，土层质地变松软，地表面形成一层薄硬壳，颜色为综红色并带有硫化氢气味。顶底板围岩中含有黄铁矿、赤铁矿等，受高温烘烤发生反应，产生新的电阻高导电差的氧化物质经高温分解产生磁性物质，岩石变为红色、棕红色的烧变岩体，煤层燃烧时温度可达800-1000℃以上，顶板熔为焦渣，变成流纹岩形状。

3. 煤田火烧区的危害。火烧区煤层浅部遇到明火，释放大量的有毒气体，造成地表水利设施的破坏和生态环境恶化。如果或是严重，将烧掉大量的煤炭资源，这是最大的危害，失去了煤矿资源后，引起地表塌陷，原有生态系统受到破坏，这种破坏使原有土地收益的减少或丧失，造成了资源的浪费。火烧区围岩孔隙多，接受地表渗漏水和地下潜水，储存于火烧区烧变岩体内，构成一个地下水库，直接危胁着井下工人生命安全。例如火烧区的高温很容易引发采矿区煤尘瓦斯爆炸，发生爆炸后死亡多人。火区界限不清会给矿井设计造成失误。

二、煤田地面灭火原理

1.形成煤田火灾的原因引起煤田火灾的原因不外乎2种：煤炭自燃、人为点燃。有些煤层露头由于未加保护，长期暴露在空气中，经受风吹、雨淋、日晒，其内部的热量逐渐聚集，温度也随之升高，当煤层内部的温度达到该煤质的燃点温度时，煤层就会在氧气的帮助下起火燃烧。如果此时仍未采取措施进行治理，火势就会越着越大并迅速蔓延，最终形成大面积火灾；还有一些煤层在经井工洞采后未采取有效措施进行保护，井内遗留下来的火种未熄灭或开采过程中发生过火灾而未彻底扑灭，留下了隐患，从而引起煤层着火燃烧并逐渐蔓延形成煤田火灾。

2．扑灭煤田地面火灾的原理。煤的燃烧与其它物质的燃烧一样，必须具备3个条件：可燃物、充足的氧气、适宜的温度。在排除人为点燃这个因素的情况下，使煤层起火燃烧的第三个条件是前两个条件相互作用的结果。因此，可燃物和充足的氧气是导致煤层起火燃烧的根本原因，失去了前两个条件，温度也就失去了赖以存在的基础。我们在制定煤田灭火方案时，不妨牢牢抓住这2个要点：隔绝空气，消灭供氧条件，使明火因缺氧而窒息；挖断煤层，截断火路，使火魔无可燃之物而自灭。

三、火烧区的防治对策

1.火区的勘探方法。为寻找目标物准确位置、探明矿体形态及煤层火区范围、火烧深度和燃烧状态，应结合生产需要选择适当的勘探方法。在勘探过程中，应根据煤层火区具体情况配合利用不同方法，先地质调查，然后在浅部火区应用红外测温、磁法和自然电场法；在深层火烧区用磁法测氧法与自然电场法大范围火区快速普查作控制剖面时用磁法和红外测温法。（1）地质普查是地质事业的基础工作，通过地质调查方法全面地掌握一定区域内的地质情况和矿产情况，将调查研究的结果编绘出各种地质图和地形图，在此基础上进一步确定火区范围，由于技术条件的限制与实际相差太大。（2）钻探方法是向地下钻孔破碎孔底岩石的方法及钻进工艺，主要是确定火烧区边界、火烧状态和燃烧深度。（3）自然电场法利用自然电场进行找矿勘探。在火烧环境下，金属矿体的自然电场受高温影响，容易产生类似的自然电位异常现象，可确定地下火区位置和范围。（4）红外地面测温法应用物体的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。物体辐射能量在不同温度的影响下以电磁波形式向四周辐射。利用此方法可以探测到被测火烧区的温度分布，且此方法工作可靠、精度高、稳定性好，红外测温仪灵敏度高且测温范围宽。（5）磁法勘探通过观测和分析由岩石、矿石（或其他探测对象）磁性差异所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源（或其他探测对象）的分布规律，由于煤炭资源在地磁场作用下受温度的影响形成烧变岩强磁性体，并且在不同的火烧温度下呈现出不同的异常现象，例如在熄灭带上观测到的异常到燃烧带观测到的磁异常有强变弱，所以利用磁法探测的这种优点可以找到火区的范围。（6）综合勘探根据煤层火区具体情况，综合利用不同方法进行探测，先进行普通地质调查，而后在浅部火区实行红外测温、磁法和自然电场法：在深层用磁法、测氧法与自然电场法；大范围火区快速普查作控制剖面时，用磁法和红外测温法。

2.灭火方法与效果。（1）灭火方法。一般煤田燃烧区的温度在500-800℃以上，一定要结合火区灭火现场条件适当选择灭火方法，其中各个灭火方法包括：沙土压埋法成本低、效果较好；水土冲填法；水冲降温法；山脊火区爆破剥离法；巷道隔离法；液体二氧化碳灭火法；冷弹高压膨胀灭火法适用井下采区。（2）灭火效果鉴定。①测温。主要应用的是热电偶温度计，该温度计可以承受0-3000°C的温度变化，热电偶置于被测温度处，确定火源周围温度是否在安全温度以下。②气体分析利用各种气体物理、化学性质的不同来测定混合气体组成，利用化学反应来吸收混合气体中的一氧化碳的含量，由吸收前后容积或重量之差来确定CO气体组分含量；使用红外线气体分析器分析CO是否降到0.005%以下或绝迹，同时要测定CO2，CH汽体含量。③测氧法。煤层氧化升温高温燃烧阶段，存在于煤层和煤层顶底板岩层中的铀成分，在热温作用下产生氧气，Rn随着热流上升地表，用氧气量多少可鉴定地下煤燃烧程度。④磁法、自然电场法。利用自然电场勘探金属矿体中的碳质页岩是否在自然电场产生类似的自然电位异常，可以根据探测到的电位值高低了解火烧深度和温度。磁法在煤田火烧区主要测量露岩石的磁化率，手工采样或岩芯磁化系数。在灭火期间作定期观测，如果多次观测磁异常曲线异常值不变，说明火已熄灭。

总之，煤田火烧区还是一个影响我国煤炭资源的重要因素，我国政府要投入大量资金进行煤炭的管理和建设，包括引入先进的灭火设备，建立规范化的灭火系统等等，同时也要加强人们对煤炭资源的保护意识，避免人为因素引起火灾的发生。

参考文献：

[1]李萍.关于煤田地面灭火方法的研究.2018.

[2]徐慧，浅谈煤田地面灭火方法的探讨.2019.