爱华网1.引言 矿井火灾是直接威胁矿井安全生产的主要灾害之一。火灾类型按其原因来自矿井内部，还是外部分为内因火灾和外因火灾。外因火灾可由明火、机械摩擦、放炮引火、电气火花等因素引发[1]。井下外源火灾一旦发生，具有火情发生突然，来势较猛的特点。如不能及时扑灭，火势一旦失控，将产生大量的有害气体，甚至引起瓦斯、煤尘爆炸，造成灾难性的后果[2]。而由注浆封堵、堵漏作业过程中发生的外源火灾事故较为少见，在此着重分析此类火灾事故原因及治理技术。 2.工程实例 某矿为提升生产能力对某一采区进行回风道封堵漏风技术改造工作。主要采用注浆堵漏的方法。在回风道内通过打钻孔向巷道四周压注有机高分子双液型注浆材料固特珑来封堵漏风。该矿为高瓦斯矿井，矿井未发现煤（岩）及瓦斯喷出和突出现象，煤尘无爆炸性，煤层不易自燃。 实施注浆堵漏回风道全长480余米，采用一个15kW局扇压入式通风，巷道为宽×中高为5×3.2米。注浆作业前巷道内回风风速低，风量小，原始温度为23℃。另外喷浆体壁后现场的木料和其他可燃的杂物堆积较多，空间较大。注浆作业环境较为复杂。本次作业共计注入固特珑的质量为750kg。 注浆作业26小时后作业人员发现注浆位置在巷帮有冒烟异常现象，30分钟后烟雾逐渐增大，约11小时后通过打钻在巷道壁后侧发现明火。 3.化学浆自燃机理分析 通过以上火灾事故过程的简要介绍可知注浆作业是导致事故发生的直接原因。为了从根本上查找根源，本文首先分析化学浆组分的性质，反应过程及机理；在此基础上分析工程现场诱发火灾的原因。 A.化学浆组分及反应机理 注浆堵漏的材料为固特珑，是一种有机高分子双液型注浆材料，主要由体积相等的A（俗称黑料）、B（俗称白料）两种组份组成（其中A组份的主要成分是聚异氰酸酯，B组份的主要成分是聚醚多元醇），经专用的气动注浆泵和混合枪将A、B两种化学原料等量压注到破碎煤岩体后，经充分混合便发生一系列复杂的化学反应，生成对煤岩体具有较高粘结性的有机弹性体——聚氨酯。它可人为地改善松软破碎煤岩体的物理、力学性能，起到补强加固、充填密实作用，达到堵漏、加固的目的。 聚异氰酸酯（A组份）：聚异氰酸酯的分子式可简化为R-N=C=O，聚异氰酸酯会和任何含有活泼氢离子的分子发生反应。异氰酸酯的重要性质包括分子结构、NCO含量，功能特性和粘度。 聚醚多元醇（B组份）：是指聚合物分子主链含有醚键(-R-O-R-)，其端基或侧基含有大于2个羟基（-OH）的聚合物统称为聚醚多元醇。常温下为无色至棕色黏稠液体，通常易溶于芳烃、卤代烃、醇、酮，有吸湿性。多元醇构成聚氨酯结构中的弹性部分。 聚异氰酸酯可以和聚醚多元醇通过预聚反应生成一种预聚物。此反应是一个放热反应，放出的热量使发泡济汽化而形成泡沫。在聚氨酯发泡过程中会发生多种化学反应，其中异氰酸酯和羟基的反应、异氰酸酯和水的反应是重要的反应。前一个反应属“凝胶反应”，多元醇与多异氰酸酯反应生成高相对分子质量聚合物；后一个反应属“发泡反应”，异氰酸酯与水反应生成取代脲和二氧化碳。 由于聚醚多元醇一般为端仲羟基，在催化剂的条件下与异氰酸酯基反应较快，以获得稳定的泡沫体系。固特珑混合物的技术参数，见表1所示。 表1 固特珑的技术参数 技术指标技术参数技术指标技术参数 初凝时间（s）10～4525℃浆液粘度（mPa·s）200～220 终凝时间（s）60～90（可调）双液混合比1:1 抗压强度（Mpa）10～50膨胀倍数1～10 粘结强度（Mpa）3～5浆液密度（g/cm3）1.23 阻燃性能不燃 B. 化学浆自燃机理分析 通过对以上固特珑组分反应过程及其影响因素、注浆作业环境的分析可知：注浆作业环境复杂，注入浆液质量较大，可能导致参与反应的量必会相应增加，反应所产生的热量也会随之增加，这就直接导致反应后产生聚合物的质量和放热量均较大。而就在此时巷道、壁后的环境温度较高。高温的环境不利于浆液反应体热量的扩散和释放。反应后释放的热量在得不到及时散发的情况下，注浆区域温度进一步升高可能就引发了聚合物内部“烧芯”现象的发生。热量积聚为燃烧的发生提供了热量，采空区的可燃物和反应产物为燃烧的发生提供了可燃物，井巷风流提供了燃烧发生所需的助燃物。这样就满足了燃烧发生的可燃物、热源和氧气的三个必要因素，就导致了燃烧及后续火灾事故的发生。施工现场在注浆作业结束后24h就发现了冒烟现象，且在后续发现了明火。 4.注惰灭火技术的应用 井下火灾的处理方式较多，常用的有灌浆技术、凝胶技术、惰性气体泡沫技术、堵漏技术及惰性气体技术等[3]。通过对比分析、结合火灾现场实际确定采用注惰灭火技术。惰化技术主要是指将惰性气体送人拟处理区，抑制煤自燃的技术。该技术主要用在当发生外因火灾或因自燃火灾而导致的封闭区。由于该矿回风道周围存在小煤窑老巷道和采空区，条件十分复杂，确定注浆堵漏精确范围和注浆化合物的用量很难。本次使用型号为DQP-500的多功能矿用燃油惰气泡沫发生装置，在采区回风绕道布置惰气发生装置，利用风筒通过密闭墙将惰气注入回风道着火区域，进行降温和惰化。这样一方面为扑灭火灾节省了时间；另一方面减少了很大的工作量，降低了成本。 A. 惰气制备装置 DQP-500的多功能矿用燃油惰气泡沫发生装置可随时观测到氧含量，同时可调节气体成分，完善了欠水断电自动保护装置。增设了二次燃烧装置，使其在氧气降低的情况下仍能保持CO在较低水准。采用进口测氧探头，永久使用不需要换。采用组合隔爆开关、自动点火等最新电控装置，操作安全简便。 B.装置安装场所及产生气体要求 根据MT/T697-1997《煤矿用燃油惰气发生装置通用技术条件》标准要求，对惰气发生装置工作实验场所和产生的混合气体做了如下要求： 惰气发生装置工作场地要求： （1）工作实验场地的直段应不小于惰气装置整机长度的2倍。惰气装置气体出口正前方50m内不得有建筑、堆物及人员。 （2）工作实验场地应有相应功率的电源及水源。 （3）工作实验场地至少应配备8kg装的干粉灭火器5个。
惰气装置产生的湿式混合气体标准： （1）应呈灰白色，无明显黑烟或层带黑烟； （2）气体中的氧含量应不大于5％； （3）出口温度应不大于60℃(90℃)。 DQP-500型多功能矿用燃油惰气泡沫发生装置，使我国燃油除氧产生惰气的灭火装置实现了系列化，这种方法产生惰气工艺简单、成本低(仅是液N2的1/170)产气量大、惰化火区速度快，既能扑灭矿井火灾又能抑制瓦斯爆炸，是处理矿井火灾理想的灭火装备。 C.注惰工艺 （1）封闭火区：封闭火区的方法主要有三种：锁风封闭火区、通风封闭火区、注惰封闭火区。 由于七采回风道为独头巷道，只封闭进风侧即可，在七采回风道（七采绕道口里10米位置）构筑一道永久密闭，在其中上部埋设长1.5米带阀门的6分铁管作为观测孔，同时，封闭-85大巷往七采回风道进料孔，使用风筒布盖好进料孔，上面用黄土捣实，并在其中一个进料孔中安设带阀门的6分管以便观测七采回风道有害气体变化情况，完成对着火区域的封闭。 （2）注惰量：七采区回风道巷道总长480m，着火区及小窑采空区容积在3×左右，其中火区容积为6000左右。注惰气量要超过这个容积值。 5.实施效果 在采区回风道内部及周边建立四个监测点重点监测一氧化碳、二氧化碳和瓦斯气体，从注惰开始到结束，期间每隔一段时间，采集样本，利用束管检测系统对气样进行分析，实时掌握监测点各种气体参数的变化情况。同时及时检测回风巷绕道口密闭墙里的氧气、乙炔、乙烯、乙烷、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、和氮气的变化情况。通过监测数据发现注惰能有效的降低火区的氧气含量，在停止注惰时，氧气的浓度值为6.802%，达到了灭火的目的。为七采回风道火区的启封提供了依据，为矿井早日恢复生产打下了基础。但需注意注惰后在回风道内产生了大量CO气体，其浓度已超过《煤矿安全规程》的规定。而后采用注氮置换技术，一方面可以置换出矿井巷道及采空区大面积有害气体CO，另一方面可以进一步惰化七采回风道着火区域，降低氧气浓度，进一步保证了灭火效果。另外，在注惰过程中需要做好准备、人员撤离、有害气体监测等工作以保证注惰灭火作业过程中的安全。 参考文献 [1] 陈文礼.浅述煤矿外因火灾安全预评价[J]能源与环境.2005.03 [2] 刘东风. 煤矿井下外源火灾的处理[J].煤炭技术,2002. 21 [3] 鲜学福,王宏图等. 我国煤矿矿井防灭火技术研究[J] 中国工程科学,2001.12
