1 引言

    煤礦井下火災分為內因火災（煤自燃火災）和外因火災，內因火災占井下火災的70％，在自燃發火嚴重的礦區高達80％～90％。在我國，80％的煤層有自燃發火傾向。由于自燃火災的隱藏性，常發生在難以進入的采空區或煤柱內，因此有的自燃持續幾個月甚至數十年，燒毀大量的煤炭資源，并凍結了大量的開拓煤量；另外，在火災發生過程中，會產生大量有毒有害氣體，造成井下工作人員中毒死亡，給煤礦安全與生產造成極大的損失與危害。

    綜合機械化放頂煤開采方法具有高的單面產量與效益，低成本與低的巷道掘進率，以及良好的作業環境等優點，在我國煤炭生產企業得到廣泛的應用。是因為煤自燃性的存在，綜放開采工作面煤層自燃火災也時有發生。據統計，自采用綜放開采以來，在綜放工作面發生數百起不同程度的自燃火災，嚴重地影響著煤炭企業正常的安全生產。由于綜放開采工藝的特殊性，所發生的煤層自燃火災也有其特殊性，為了減少或防止自燃火災對綜放開采工作面生產的影響，提高綜放開采工作面的安全性，有必要對其進行單獨地研究和分析。

　　2 綜放開采自燃火災的特點

　　2.1 煤層自燃的條件

    煤層自燃的煤氧復合學說理論已指明，煤層的自燃必須滿足4個條件：

    （1）煤層具有自燃傾向并呈破碎堆積狀態存在；

    （2）堆積狀態的煤炭，可以通過各種方式得到自燃所必須的氧；

    （3）煤氧化產生的熱量積蓄，使煤溫度升高；

    （4）煤的氧化可以持續發并超過煤的自燃發火期。

    與其他的采煤方法相同，綜放開采工作的煤層自燃也必須滿足這4個條件，其中任何一個條件不具備都不會發生煤層自燃。這也是進行防滅火工作的依據。

　　2.2 綜放開采自燃火災的特點

    綜放開采煤層自炮火災具有其自己的特點，主要包括：

    （1）由于綜放開采工作面的單面產量高，在綜放開采工作面設計時，為了減少工作面的搬家次數，提高經濟效益，工作面（長壁工作面）走向長度較大，目前已超過2000m。工作面的回采時間均超過煤層的最短自燃發火期，煤體在空氣中的暴露時間較長。綜放開采有著較大厚度的頂煤。受采動影響，頂煤承受較大的礦山壓力，煤體比較破碎。

    （2）受各種條件的限制與約束，目前我國綜放開采工作面頂煤的回收率較低，一般不超過80％，采空區遺煤較多。在礦山壓力的作用下以及在放煤動作的影響下，采空區的遺煤呈破碎狀態存在，為采空區自燃火災的發生提供了條件。

    （3）為了保證綜放工作面良好的工作與安全環境，綜放開采一般采用支掩式支架與過渡支架。相對工作面，綜放開采的采空區是一個封閉區域。此外，采空區遺煤的氧化帶與自燃帶一般在工作面30m之后，因而，綜放開采采空區自燃火災具有較強的隱藏性，不易發現。一旦在工作面發現異常時，采空區火熱已經形成。

    （4）綜放開采工作兩端頭的頂煤一般不作回收，導致兩端頭遺煤大量堆積。在沒有相鄰采空區時，綜放工作面的漏風為采空區的小并聯漏風。圖1為綜放開采采空區的漏風流場示意圖。由此可以看出，綜放工作面兩端頭是采空區漏風的源與匯，這兩處的漏風均比較大。雖然，由于兩端頭的散熱空間較大，不易形成端頭自燃火災，但大量的遺煤與適量的漏風成為綜放開采工作面自燃火災的一個隱患。

    圖1 綜放開采采空區漏風流場示意圖

    （5）對于特厚煤層實行分層綜放開采，或者上分層為綜采，下分層為綜放開采時，由于礦山壓力的作用，頂煤破碎，列隙發育，在回采過程中，上部采空區漏風源多，漏風量大，并呈層流狀態，有利于采空區遺煤的充分氧化與熱量的積聚，成為煤層自燃火災易發生地帶。圖2為下分層綜放開采工作面漏風流場示意圖。

    圖2 分層開采綜放工作面漏風流場示意圖

　　2.3 綜放開采工作面自燃火災易發生地點

    對于一次采全厚綜放開采工作面與特厚煤層分層開采綜放工作面而言，雖然同為綜合機械化放頂煤開采，但由于漏風源的不同及礦山壓力的變化，二者易發生自燃火災的地點及難易程度也不同：一次采全厚綜放開采工作面易發生自燃火災的地點依次為開切眼與停采線、運輸順槽（進風順槽）、回風順槽以及采空區。如圖3所示；特厚煤層分層開采綜放工作面易發生自燃火災的地點依次為上分層采空區、運輸順槽（進風順槽）、本層采空區、開切眼與停采線以及回風順槽，如圖4所示。

    圖3 一次采全厚綜放工作面自燃火災易發生地點

    圖4 分層開采綜放工作面自燃火災易發生地點

　　3 綜放開采工作面自燃火災的防治

    根據煤層自燃的煤氧復合學說理論，煤層自燃火災的發生必須同時滿足全部4個條件，缺少其中任何一個都不可能形成自燃。因此，綜放開采工作面煤層自燃火災的防治，就必須從消除煤層自燃火災發生的必要條件著手。

　　3.1 合理的綜放開采工藝

    在進行綜放開采的過程中，綜放開采工藝是否合理，在很大程度上影響著自燃火災發生的可能必一，特別是綜放開采采空自燃火災的發生可能性。影響自燃火災發生的綜放開采工藝主要有以下幾個方面：

    （1）綜放開采的回收率。通過各種可能的方法提高綜放開采工作面的回收率，特別是頂煤回收率，這種方法一方面減小煤炭資源的損失，另方面減少了綜放開采工作面采空的遺煤量，從而降低自燃火災發生的可能性。

    （2）綜放開采工作面的推進度。采空區中，存在不自燃帶、自燃帶、窒熄帶3個劃分帶。綜放開采工作面向前推進的過程中工作面的推進速度越慢，自燃帶的寬度越大，采空區煤層自燃的可能性越大。因此，在設計綜放開采工作面的傾向長度（長壁工作面）時，必須根據煤層的自燃發火期和采煤設備的能力，保證在設計傾向長度下，綜放開采工作面的推進度可以達到一定的值，縮短采空區自燃帶的寬度，減小采空區煤層自燃火災發生的可能性。

    （3）對于易自燃煤層，盡可能一次采全厚。而不作分層綜放開采。對于易自燃的煤層，采采用分層綜放開采（或分層開采），當進行下分層開采時，上分層采空區的漏風源較多（如圖2所示），極易發生煤層自燃火災。若發生自燃火災，由于火區位于現彩工作面的上部，也會給火災的治理工作造成困難。因此，在條件許可時，易自燃煤層盡可能一次采全厚。

　　3.2 其他自燃火災防治措施

    除在綜放開采工藝上采取預防措施外，還有一些可行的防治措施，這些方法對煤層自燃火災可以達到“標本兼治”，常用的防治措施有4種：

    （1）預防性灌漿。將水、漿材按適當的比例混合，制成一定濃度的漿液，輸送到可能 發生自燃的地區，充填于浮煤縫隙之間，包裹浮煤，隔煤氧的接觸，防止了氧化，同時增加煤的外在水分，抑制了煤自熱氧化的發展，也利于已自熱的煤體散熱，來防止自燃火災的發生。預防性灌漿是一項傳統措施，但也是一種使用比較成功、穩定性好的措施。

    （2）注氮防滅火。通過向相對封閉的火區（如采空區）連續不斷地注入大量的高濃度氮氣（大于90％）后，氧含量減少，氮氣部分地代替氧而進入煤體由原始水分增加所形成的裂縫，抑制和緩解遺煤氧化自燃的速度。另外，注入氮氣后，提高了氣體靜壓，降低了漏入采空區的風量，并且氮氣在流經煤體時，吸收煤氧化產生的熱量，可以減緩煤溫升的速度和降低周圍介質的溫度，使之自然氧化抑制或停止。

    （3）凝膠防滅火。由于凝膠材料具有固水性、吸熱降溫性、密封堵漏性和阻化性，因此，通過向煤體裂隙或冒落區中注入凝膠材料，可以降低漏入煤體或冒落區的風量，并吸收煤體氧化產生的熱量，從而減緩煤氧化自燃的速度，使已自燃氧化所煤體在缺氧環境下停止氧化。

    （4）阻化劑防火。阻化劑防火是將具有很強吸濕性的有機鹽類附著在煤體表面，通過有機鹽類吸收空氣中的水分，在煤體表面形成一層液膜，阻隔煤氣接觸，從而起到預防煤體氧化自燃發生的作用。

    以上4種方法中：預防性灌漿和注氮防滅火適用 用于綜放開采采空區自燃火災的預防和治理；凝膠防滅火適用于兩順槽漏風區及冒落區、停采線支架架頂以及架后松散煤體封堵，來防止漏風；阻化劑防火適用于開切眼和槽壁煤體自燃頂防。與改進綜放開工藝預防自燃火災相比，以上4種自燃火災的治理（預防）措施成本較高，并且多為自燃火災治理措施；而改進綜放開采工藝在提高綜放工作面回采率及工程質量的同時，不需額外的投資，起到預防自燃火災發生的作用，對已產生的自燃火災也有滅火效果。因此，在條件允許時，盡可能采用改進綜放開采工藝方法，這些方法是“標本兼治”，經濟而有效的自燃火災的預防（治理）措施。

　　4 結束語

    綜放開采自燃火災的預防與治理是一項艱巨而又復雜的系統工程，在開采過程中，必須根據礦井的實際條件（煤的自燃傾向性、地質因素、通風環境等）制定具體的預防與治理措施，盡可能采用改進綜放開采工藝，減少自燃火災預防與治理成本。

    對于其他4種綜放開采自燃火災預防（治理）措施，有必要作進一步地研究與開發，例如：預防性灌漿時是否可以采用別的材料代替黃土，降低對地表的破壞；對于注氮防火措施，進一步研究氮氣在采空區的運移規律，特別是傾向長度大的長壁綜放開采工作面（大于200m）；阻化劑防火措施中，解決不同變質程度和成份的煤進行阻化劑的選擇問題。總之，要因地制宜，根據實際情況采用，在使用中改進和完善。