采空区火区治理技术

煤炭自然发火是煤矿开采面临的主要灾害之一，据统计，超过50%的国有重点矿井有煤层自然发火倾向。而采空区又是矿井下较易发生煤自燃的区域，因为采空区属于冒落空间，其内裂隙发育并且留有遗煤，氧气进入到采空区使煤发生氧化、放出热量，但热量无法及时被漏风产生的对流换热和表面导热作用带走，造成温度不断升高导致火灾。

根据煤氧化动力学自燃机理和煤自燃条件：破碎遗煤、氧气、蓄热条件、时间，分析可知，防治煤层自燃主要从降低煤氧接触浓度、降低煤层温度抑制煤氧过程、使用阻化剂阻止煤氧发生化学反应和消除可燃遗煤等方面进行。

常用的采空区火区治理技术有以下几个：

（1）注水、注浆降温。水是最经济、来源最广泛的灭火材料。水的热容很大，1L水转化成蒸汽可以吸收2256.7kJ的热量，同时生成1.7m3水蒸汽。注水有两个作用，一是水遇到高温的燃烧物体后很快汽化，形成大量的水蒸气，将燃烧煤体包裹起来，使媒体与空气隔绝室熄，达到灭火目的；二是水可吸收大量的热量，使燃烧物体快速降温，达到灭火目的。灌浆防灭火技术在我国应用得较为普遍，也取得了良好的效果，成为治理井下内因火灾的主要措施之一。泥浆能够包裹煤体，其所含水分能增加煤体湿润性，起到减缓氧化速度的作用；浆流能充填煤体缝隙，起到隔绝漏风阻止氧化作用，对地下煤火治有积极的作用。

（2）惰气防灭火技术。惰气防灭火技术是向火区注入惰性气体，惰气目前发展起来的主要以氮气和二氧化碳为主，也可使用其他惰性气体来降低火区的氧浓度，达到防灭火的目的。在使用惰气防灭火时，惰气可充满整个封闭空间，既能扑灭大的明火火灾，又能抑制并扑灭隐蔽火源。近年来一些煤矿将液态氮气和液态二氧化碳用于煤炭自燃火区的治理，取得了较好的防灭火效果。液态氮气或者液态二氧化碳通过特殊的设备灌注到火区后能够迅速地汽化膨胀，将火区内的氧气置换，达到窒息惰化的目的。同时液态惰气的气化过程吸收大量热量，能够对高温煤体进行快速降温，破坏蓄热条件，达到灭火的目的。

（3）阻化剂防灭火技术。阻化剂是抑制煤氧结合，阻止煤氧化的化学药剂。常用阻化剂是CaCl2、MgCl2等一些吸水性很强的盐类，当它们的水溶液附着在易被氧化的煤表面，在其表面形成一层含水液膜，惰化煤体表面活性结构，阻止了煤和氧的接触，起到了阻止煤复合的作用。同时，阻化剂吸水能使煤体长期处于潮湿状态，由于水的吸热降温作用，使煤体在低温氧化时温度不能升高，从而抑制了煤的自热和自燃。

徐州吉安研发的普瑞特矿用防灭火专用液（JTF-I）集凝胶、黄泥灌浆、三相泡沫、氮气和阻化剂的防灭火优点于一体，特别是继承了泡沫的扩散性能和凝胶良好的固水特性。一方面，水浆生成泡沫之后，缓慢形成凝胶，能把大量的水固结在凝胶体内，避免了浆液中大量水流失或者溃浆的缺点，大幅度提高了浆水在采空区里的滞留率；另一方面，形成的凝胶能以泡沫为载体对采空区的高、中、低位火源或浮煤大范围全方位的覆盖，且能固结90%以上水分并形成凝胶层，防火时能持久保持煤体湿润并隔绝氧气，灭火时能长久地吸热降温，防止火区复燃。

参考文献：

[1]张云祥.露天矿采空区火区发展规律及治理技术研究[D].中国矿业大学,2016.