引言：

伴随着我国综合实力的持续增强，煤炭开采已经成为国家进步和发展的主要基石，并且得到了国家和社会各方面的日益重视。但前提条件是保障煤矿综采工作面安全。煤矿企业在具体进行煤炭开采的过程中综采工作面可能出现高温、高压等情况，在一定程度上加剧煤自燃概率，可能引发火灾事故，威胁生命财产安全。所以，应综合考虑煤矿综采工作面的实际情况，结合相关规范要求，综合应用防灭火技术，保障综采工作面安全^[1]。

一、煤自燃的原理

煤自燃的原理是指煤在自然环境中发生自燃的现象，这一过程涉及多个化学和物理因素的相互作用。煤是一种含有丰富碳元素的可燃物质，当其与氧气接触时，会发生氧化反应，释放出热量，如若热量不能及时散失，就会在煤堆内部积累，导致温度升高，很可能出现自燃现象；煤中的挥发性物质如甲烷、乙烷等在高温下会蒸发出来，形成气体混合物，其在煤堆内部形成气孔，增加煤与氧气的接触面积，产生氧化反应，并且气体混合物在高温下也可能引发爆炸，加剧煤自燃的风险；煤的自然特性也会影响其自燃的可能性，比如煤的粒度、孔隙度以及矿物质含量等因素都会改变煤与氧气的接触程度，从而影响氧化反应的速率和热量释放情况，同样也会加剧煤自燃的风险^[2]。

二、综采工作面防灭火技术

（一）液态CO₂防灭火技术

为防止煤矿综采工作面出现煤自燃等现象，威胁生命财产安全，应用液态CO₂防灭火技术是非常适合的。一般情况下液态CO₂不会与综采工作面的煤等物质发生反应，那么根据综采工作面的实际情况，有计划地输入液态CO₂，其将吸附在煤表面的同时也会渗入工作面裂隙，如此即可在一定程度上阻碍煤与氧气接触，甚至将氧气驱离综采工作面区域，降低氧气浓度，避免煤与氧气发生氧化反应。此外，液态CO₂还能吸收煤的热量，致使煤的温度降低、氧化速度降低，抑制煤的氧化自燃，大大降低综采工作面火灾事故发生率^[3]。目前，煤矿企业在进行煤矿开采作业中常常在综采工作面设置液态CO₂防灭火系统，它是由生产系统和辅助系统组成的，前者则是由CO₂储液罐、防爆液橡胶管等组成；后者则是由自动增压装置、自热式气化器、防爆气凝胶管等组成的。一旦发生火灾现象，那么相关工作人员先对输送管道予以冲洗，避免将氧气注入待注区域，之后再进行液态CO₂输送；同时切断综采工作面的电源，避免电气设备爆炸等情况发生；尽快疏散人员，保障生命安全。需要特别注意的是在应用液态CO₂防灭火系统之际，需要实时检测工作面气体浓度及成分，以便评估现场煤的氧化自燃的概率，进而适当的输送液态CO₂，以便有效抑制煤氧化自燃，保障综采工作面安全。

（二）注液氮防灭火技术

为保障煤矿综采工作面作业安全，除了可以应用液态CO2防灭火技术之外，还可以利用注液氮防灭火技术。注液氮防灭火技术的基本原理是N2在常温常压条件下不会与煤发生化学反应，并且液氮汽化过程中吸收大量热量，可降低区域氧含量。

对于煤矿综采工作面防灭火工作而言，注液氮防灭火技术的有效应用既可以防范火灾发生，又可以及时灭火，降低火灾事故发生率。就目前注液氮防灭火技术应用实际情况来看，注氮方式有两种，即采用预防性开放式注氮和封闭式注氮。实际煤矿综采工作面作业中首先预防性开方式注氮，如若综采工作面CO浓度持续增加，且温度升高明显，已显现煤自燃的迹象，那么需要采用封闭式注氮，以此来降低火灾事故发生率。为了保证注液氮防灭火技术能够有效应用，保证综采工作面安全，需要相关工作人员注意以下几点，即：其一，需要合理设置气体浓度和成分监测系统，以便实时掌握综采工作面N₂、O₂、CO等气体浓度，及时发现温度过高或者有毒有害气体浓度过高的情况，及时调整注氮方式，增加液氮的输入量，防治煤氧化自燃^[4]。其二，注氮的输入量增加后，监测综采工作面气体含量，如若有毒有害气体并未减少，那么需要及时安排作业人员撤离，之后综合分析，排查隐患，予以针对性处理，从而保障综采工作面安全。其三，在首次注液氮或者停止注氮后需要重新进行注氮操作，那么需要相关工作人员先对输送管道予以冲洗，避免将氧气注入待注区域。

（三）均压通风防灭火技术

所谓均压通风防灭火技术是指利用风机、风窗、调压气室等通风调压设备来改变漏风区域的压力分布，以此来控制漏风压力，减少漏风，有效抑制煤的氧化自燃、惰化火区、熄灭火源。根据煤矿综采工作面防灭火实际需求，有效应用均压通风防灭火技术，可采用以下方法，即：

其一，风窗与风机联合均压法。此种方法应用之际，可根据实际需求而选用以下两种方式。①相关工作人员如若检测出采空区后部出现漏风现象，那么可在综采工作面进风巷设置局部通风机及行车风门，而在回风巷设置配套的调节风窗，那么拆除工作后，将木垛置于该处，即可有效的防灭火。②在靠近回风巷的进风巷内设置局部通风机，而回风巷处则设置调节风窗，即可封闭运输巷，达到防灭火的目的。

其二，边眼畅通均压法。通常情况下煤矿综采工作面会设置边眼，为煤炭运输提供便利。但在综采工作面做作业结束后拆除边眼内的孔风系统，即可封闭工作面，相应的运输巷与运料巷口的压力差减少，避免因漏风而加剧煤炭氧化，大大降低煤的氧化自燃概率。

其三，正压通风法。在完成综采工作面进风巷的所有设备的拆除工作后，为了确保该进风巷的密闭性，应立即对进风巷进行了严格的封闭处理，以防止任何可能的空气泄漏。接下来，着手调整局部通风机的布局，即将局部通风机放置在靠近回风巷的进风巷道内，其目的是更好地控制风流方向和风量，确保风筒能够顺利地通过回风巷，与综采工作面的拆架部位形成有效的连接，可通过增加风流的压力，使风流从高压区向低压区流动，从而减少漏风的可能性。

其四，预埋管路导风均压防火法。预埋管路导风均压防火法是一种在煤矿中应用的防火技术，主要目的是通过调整风压分布来减少采空区两侧区域的压差，从而降低火灾风险。这一方法的实施涉及在进风巷、停采线和回风巷之间设置敞口消防管路，并将管路口砌筑在防火密闭墙上。具体来说，预埋管路导风均压防火法的操作步骤如下：在进风巷、停采线和回风巷之间选择合适的位置，设置敞口消防管路；将消防管路的管路口砌筑在防火密闭墙上，确保漏风在流出时不会对其他区域造成影响；当煤层缝隙中的漏风随消防管道流出时，会改变原有的风压分布；由于风压分布的改变，采空区两侧区域的压差也会相应减小，这意味着原本可能存在的高压差区域得到缓解，从而降低火灾的风险^[5]。

三、煤矿综采工作面综合防灭火技术的实践应用

（一）工程概况

某煤矿井田内主要含有煤地层为二叠系下统山西组（P₁s）和石炭系上统太原组（C₃t），前者主要可采煤层为2号煤层；后者可采煤层为15号煤层。某煤矿企业已经完成煤矿井田的2号煤采掘，计划进行15号煤层采掘。综合分析煤矿井型、工作面产量等方面，所规划的回采工作面为175m，并且实施“四六”工作制，利用采煤机进行开采作业。相关工作人员对15号煤层自燃倾向予以测试，自然等级为Ⅱ类，即为自燃煤层。基于此，对回采工作面综合防灭火技术予以研究，提出日常防灭火措施。

（二）采空区日常防灭火做法

1. 注重减少采空区的漏风量

考虑到本次15号煤层开采作业采用一次采全高采煤法，那么工作面开采线、停采线，进风道与回风道均为易发生自燃的区域。为了尽可能地避免因采空区漏风量较大，而引发煤氧化自燃，需要在工作面生产初期，通过适当增大高抽巷的抽采流量，以促进采空区热量快速散失，使得采空区漏风量减少，抑制煤氧化自燃（如图一所示）。

图一 高抽巷布置示意

2. 采空区灌浆防灭火

就近些年我国各地矿井开采作业实际情况来兰，采空区灌浆防灭火技术具有较高的应用价值，能够切实有效地预防或扑灭火势，降低火灾发生率。基于此，为了避免本次15号煤层采矿作业安全，避免出现煤自燃现象，还应将采空区灌浆防灭火技术应用于采空区。也就是将浆液灌注于采空区，以此来降低采空区的温度，同时包裹采空区内遗煤，阻隔遗煤与氧气接触，减缓遗煤的氧化反应，同时浆液还会深入采空区的空隙，提高采空区的封闭性，减少漏风。当然，要想真正做到这一点，应当充分考虑采空区的实际情况及浆液灌注需求，将地面固定式多功能集中官降系统设置在回风井场地，其是由渣浆泵、滤浆机、混泥土泵、煤矿用注浆机等组成，可在工作面开采作业之后，在液压支架后方工作面长度方向设置DN100㎜的钢管，并且每隔30m便在钢管上部安装一根长度为1m的花管；注浆管路在上隅角与 DN100 mm 钢管连接，之后将灌浆时间设置为12h，那么随着工作面推进而灌浆，从而保证工作面安全^[6]。

3. 封堵工作面上、下隅角

在采煤工作面上，隅角和下隅角的风流压差是导致采空区漏风的关键因素。为了降低采空区漏风量，首先需要了解采煤工作面上隅角和下隅角的风流压差是如何形成的。在采煤过程中，由于煤炭的开采和运输，会产生大量的气流，会在采煤工作面上形成一个风流场，其中上隅角和下隅角是气流流动的重要通道。然而，由于地质条件、开采方式等因素的差异，上隅角和下隅角的风流压差可能会产生差异，从而导致采空区漏风的问题。为解决这一问题，通过增加风道、调整风门等方式，调整风流的分布，使风流更加均匀地分布在采煤工作面上，从而减小上隅角和下隅角的风流压差；应使用密封材料、加固支护结构等方法，将漏风点封闭起来，防止风流通过；通过安装风速仪、风压计等设备，加强对采煤工作面上隅角和下隅角风流压差的监测，及时发现问题并予以针对性处理，减少采空区漏风量^[7]。

4. 阻化剂防火系统

借鉴以往工作经验及其他矿区综采工作面防灭火经验，采用阻化剂进行防火也是非常适合的，其具有阻化效果好、价格便宜、运输方便等优势，能够满足实际防火需求。鉴于此，本次15号煤层采空区防灭火中设置阻化剂防火系统是非常可行的。基于综采工作面实际情况，结合相关规范要求，可选用移动式阻化剂防火系统，并在南翼补回风巷内尽量靠近工作面的位置设置两个水箱，作为阻化剂药箱，那么即可通过交换使用两个阻化剂药箱，对采空区遗煤喷洒大量的阻化剂，并且在正常回采期每班喷洒一次，如此即可大大降低煤自燃的概率。

（三）采空区注氮灭火措施

利用矿井束管监测系统来测试采空区CO，如若测试到CO，则说明煤已经开始氧化，逼近临近温度37.2~46.8℃，浓度为30×10^-6，那么就需要对工作面予以封闭，并且注液氮。本次综采工作面作业中为了能够有效灭火，需要将移动式制氮设备设置在距离防火较近的位置，使之能够与移动式制氮设备相配合，共同生产氮气，之后通过井上下输氮管路送达采空区，从而阻隔氧气，降低煤自燃的可能性。

结束语:随着煤矿开采的不断深入，对综采工作面防灭火技术的要求也越来越高。这是因为煤矿开采过程中，火灾风险始终存在，一旦发生火灾，不仅会对煤矿的正常生产造成严重影响，更可能威胁到作业人员的生命安全。因此，综采工作面防灭火技术的应用显得尤为重要，可有效地预防和控制火灾的发生，保障煤矿正常生产。不同的煤矿企业，其开采条件、地质环境、作业方式等都有所不同，该根据自身的实际情况，选择合适的防灭火技术，并结合大量实践经验，形成成熟的综采工作面防灭火体系。

参考文献：

[1]赵凯.煤矿综采工作面均压通风防灭火技术分析[J].内蒙古石油化工,2023,49(12):75-78.

[2]柴卫军.韩家洼煤矿22402工作面综合防灭火技术研究与应用[J].煤炭与化工,2023,46(11):128-131.

[3]陈文波.15117综采工作面综合防灭火技术应用[J].江西煤炭科技,2023,(04):194-196+200.

[4]张浩浩.寺河煤矿二号井97306工作面采空区防灭火综合治理技术研究与实践[J].煤,2021,30(04):42-43+68+75.

[5]靳博.韩家湾煤矿综采工作面防灭火技术研究与应用[J].内蒙古煤炭经济,2023,(14):82-85.

[6]白艳飞.液态CO_2防灭火技术在泰山隆安煤矿11303综采工作面中的应用[J].煤矿现代化,2022,31(05):48-51.

[7]郭志伟.煤矿综放工作面智能化综合防灭火技术质量研究[J].中国石油和化工标准与质量,2022,42(15):165-167.