摘要：通过对中国煤矿火灾防治技术进展与应用现状研究，探讨了煤矿火灾监测技术、灌浆防灭火技术、均压通风防灭火技术、阻化剂防灭火技术、泡沫防灭火技术、惰化防灭火技术、凝胶防灭火技术、堵漏防灭火技术的技术特点与适用性．分析了我国煤矿防灭火技术应用过程中存在的问题，指出了立足系统安全、加强应用基础研究、突破关键技术、开发灾害应对专用装备的总体技术发展趋势．
关键词：煤矿火灾；防灭火技术；适用性；发展趋势
煤炭工业是国民经济和社会发展的基础产业，煤炭工业的可持续发展直接关系着建设全面小康社会目标的实现和国家能源安全¨ ．我国煤矿安全生产危险源多、灾害严重的形势非常严峻，煤矿百万吨死亡率与国外相比，差距很大 ’．“十五” 期间，全国657处重点煤矿中，有煤层自然发火倾向的矿井占54．9％ ，经验发火期在3个月以内的矿井占50％ 以上 ，每年自燃形成的火灾近400次，煤自燃氧化形成火灾隐患近4 000次，仅我国北方煤田累计已烧毁煤炭达42亿t以上 j．煤矿火灾防治及其继发性灾害的防控技术，对煤矿的安全生产具有非常重要的意义．本文系统总结了目前我国煤矿火灾防治技术特点，并对其应用现状、适用性和发展趋势进行了比较分析，以期对煤矿火灾防治技术的发展提供借鉴意义．
1 中国煤矿火灾防治技术的现状
我国从20世纪50年代起在煤矿推广灌浆防灭火技术，60—70年代对均压通风防灭火技术、阻化剂防灭火技术、泡沫防灭火技术进行了研究应用，80—90年代研究了自燃火灾预测预报技术、惰气防灭火技术、凝胶防灭火技术、火区快速密闭技术、堵漏风技术、带式输送机火灾防治技术、内外因火灾监测监控技术等，9O年代以后主要集中在原有防灭火技术装备性能提升以及新型防灭火材料研制等方面_6]．煤矿火灾防治技术经过5O余年的发展，已形成了火灾预测、监测、预防、治理相结合的综合火灾防治技术体系，并且在灾变时期风流流动及控制、救灾决策辅助系统、灾后抢险救灾技术等方面取得了较大进展．
1．1 煤矿火灾监测技术
煤矿火灾是一种非控制性燃烧，其发生发展过程中表现出了一些宏观特征及规律性，人们往往利用这些特征及规律来进行火灾危险I生识别，即煤矿火灾监测．煤矿火灾早期监测技术主要有气体分析法和测温法，最常用的监测特征参数有气体、温度及烟雾等．
气体分析法的监测手段主要有检知管、气体传感器、便携仪表及色谱分析仪等．检知管操作手段落后，自动化程度低；气体传感器具有体积小、电信号输出、使用方便等特点，但多数气体传感器的稳定性、灵敏度和寿命尚有不尽人意的地方；色谱分析法是气体分析的最精确、稳定和可靠的方法．2O世纪7O年代初，煤炭科学研究总院抚顺分院首先将气相色谱技术应用于煤矿气体分析，突破了原有单一CO指标及其派生指标的缺陷，创新性地提出了以CO、C：H 、C：H 、链烷比、烯烷比等为主指标的综合指标体系，并以典型煤种为例，提出了褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤八大煤种的标志气体优选原则．在众多矿井火灾早期监测中得到实际应用，收到了良好的效果．
测温法也是煤自然发火监测的常用方法，主要用于煤层巷道异常点温度的监测．测温法可分为2类：
① 直接用检测到的温度值进行预报或报警；② 通过监测点温度的变化特性进行预报．温度监测用的传感器主要有热电偶、测温电阻、半导体测温元件、集成温度传感器、热敏材料、光纤、红外线、激光及雷达波等．其中热电偶、测温电阻、半导体元件、热敏材料和便携式激光测温仪表得到较广泛的普及，而红外热成像、雷达探测等因受穿透距离、地质构造等因素的影响应用受到一定限制．“九五”期间，我国在热敏电缆温度监测技术和光纤温度监测技术方面进行了研究，其装置可用于多个地点的火灾早期监测[7,8]
1．2 灌浆防灭火技术
灌浆防灭技术的原理是通过浆液包裹煤块保水增湿减缓煤体氧化速度、浆体固化沉淀物充填煤体缝隙隔绝漏风阻止氧化来达到防灭火的效果． 按与回采工艺关系灌浆方法可分为采前预灌、随采随灌、采后灌浆；按实施方法可分为埋管灌浆、钻孔灌浆与工作面撒浆．灌浆防灭火技术是我国煤矿普遍应用和行之有效的方法，传统的灌浆材料主要用黄土，从2O世纪8O年代开始，对黄泥灌浆的代用材料如页岩、矸石、电厂粉煤灰等材料进行了应用性研究，并在芙蓉、兖州、开滦、平项山、抚顺等矿务局进行了推广_9j．
1．3 均压防灭火技术
均压通风防灭火技术就是采用通风的方法减少自燃危险区域漏风通道两端的压差，使漏风量趋近于零，从而断绝氧源起到防灭火的作用．常用的风压调节技术主要包括：风门、风窗调节法，风机调节法，风机、风窗调节法，风机风简调节法，气室调节法，调整通风系统法等．这些具体措施，从调节后的风压变化情况来看，实质上可分为2种类型，即增加风压的措施和减少风压的措施，或者ABC论文坊说分为增压调节法和减压调节法；根据作用原理、使用条件不同，均压技术大体可分为2类：开区均压和闭区均压．我国自2O世纪5O年代初开始研究和应用均压通风防灭火技术， 先后在全国许多煤矿进行了实践．1984年由波兰专家、煤炭科学研究总院抚顺分院与大同矿务局煤峪口矿，共同协作在该矿采用了大面积均压通风防灭火技术，防治了大面积火区，安全采出煤炭超过150万t，取得了良好的效果．在煤矿的正常开采过程中均压通风已经成为一项系统的、常规的、行之有效的矿井防灭火技术措施 ．
1．4 阻化剂防灭火技术
阻化剂防灭火技术是指利用阻化原理将具有阻化性能的药剂送人拟处理区，利用阻化剂的负催化作用，煤炭经阻化处理后，在煤炭表面上形成一层能抑制氧与煤接触的保护膜，阻止了氧气和煤结构上的活动链环的羧基反应，使煤炭和氧的亲合力降低，阻化剂有一种主动排斥氧和煤化合的功能，但它并不和煤、氧等物质化合，从而达到防灭火的目的． 目前常用的阻化剂主要是氯化物．阻化剂防灭火技术包括：① 喷洒阻化剂防灭火技术，是将含有阻化剂的水溶液均匀喷洒到煤体表面，以达到防灭火的目的．② 汽雾阻化防灭火技术，是将受一定压力下的阻化剂水溶液通过雾化器转化成为阻化剂汽雾，汽雾发生器喷射出的微小雾粒可以漏风风流为载体飘移到采空区内，从而达到采空区防灭火的目的 ．1974年，煤炭科
学研究总院抚顺分院开始研究阻化剂防灭火技术，并于沈阳、平庄等地实验成功．20世纪80年代又在铜川矿务局试验成功采空区汽雾阻化技术．阻化剂防灭火技术由于其成本低、工艺简单，在全国范围内得到了广泛应用．
1．5 泡沫防灭火技术
泡沫防灭火技术是以化学方法产生膨胀惰性泡沫，以进行防灭火处理的一种技术手段． 由于其可堆积、流动性好，并且有一定的固泡时间，所以更适用于深部高温区域的防灭火工作．常用的泡沫防灭火技术有化学惰气泡沫防灭火技术和三相泡沫防灭火技术．化学惰气泡沫防灭火材料由多种原料组成，其原料皆为固态粉状，井下灭火时一般采用钻孔压注方法将其溶液注入自然发火的区域．发生化学反应生成的惰气泡沫可迅速向周围空间、漏风通道及煤壁裂隙扩展，充填火区空间，窒息火区，而且惰泡具有较好的稳定性，可以起隔绝空气的作用．此外，化学惰泡的落液还具有较高的阻化能力，可以有效地抑制残煤的复燃，从而达到防灭火的目的¨ ．三相泡沫由液体膜、固体粉末和气体组成，并可添加无机固体干粉以增
加其固化性能．无机固体三相泡沫用于防灭火充填封堵作业时，可适当增加固体废弃物用量以降低成本，
适当提高流动性，使之能被压入所有漏风通道堵住漏风．而用于高顶垮落空洞防灭火充填作业时，应减少固体废弃物的添加量，提高凝固速度以缩短无机固体三相泡沫的凝胶时间，以利于无机固体三相泡沫的堆积，从而密闭支护空洞，窒息着火点．含惰气的无机固体三相泡沫不仅有普通无机固体三相泡沫的作用，并且在破泡时能释放出惰气，稀释该地点瓦斯、氧气等浓度，促进着火点窒息，防止瓦斯爆炸 ．
1．6 惰化防灭火技术
惰化防灭火技术是指将惰性气体送入拟处理区，达到抑制煤自燃或扑灭已生火灾的技术，按惰性气体的种类可分为氮气防灭火技术、燃油惰气防灭火技术和CO 防灭火技术．
氮气防灭火技术是集约化综采及综放开采条件下采空区防灭火的主要技术手段．按工作原理分，制氮装备有深冷空分、变压吸附和膜分离3种，根据安装与运移方式不同，后2种又设计成井上固定、井上移动和井下移动3种．原生煤体独立工作面的注氮方式有拉管式、埋管式和钻孔式3种，无煤柱开采的复合采空区通常采用旁路式注氮方式．我国于20世纪80年代进行了氮气防灭火技术的研究，1983年天府矿务局进行了罐装液氮入井灭火试验，1987年抚顺龙凤矿利用井上氧气厂氮气防治综放工作面采空区自燃，1992年西山矿务局杜儿坪矿利用井上移动式变压吸附制氮装置制氮防治近距离煤层群自燃，1995年兖州兴隆庄矿利用井下移动式膜分离制氮防治无煤柱开采邻近工作面采空区自燃．从目前看，氮气防灭火系统仍落后于综采、综放开采技术的发展，应进一步提高制氮装备的稳定性和可靠性，研制采空区氮气浓度自动监控与制氮装置联动系统，并完成信号自动分析与传输，优化注氮工艺，使氮气防灭火系统更加完盖[14]
燃油惰气灭火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，以民用煤油和空气为原料，经过急剧的化学反应，形成惰性气体产物(主要成分是CO 及少量的0 、微量CO、水蒸汽等)，然后将具有一定压力的惰气注入预处理区，达到防灭火的目的．煤炭科学研究总院抚顺分院于20世纪80年代初研制成功煤矿专用的燃油惰气发生装置．但燃油惰气防灭火技术还有一些关键问题需要进一步解决，如惰气的纯度、温度，装备的稳定性，远距离操作性等 ．CO 防灭火技术是利用CO 发生器或液态CO 对预处理区进行防灭火的技术，利用CO 分子量比空气大、抑爆性强、吸附阻燃等特点，可在一定区域形成CO 惰化气层，对低位火源具有较好的控制作用，并能压挤出有害气体以控制灾区灾情，该技术特别适用于电器设备和精密、昂贵仪器的火灾，灭火后不会对仪器设备造成污染性的损失．但对于复杂地质条件或不明高位火源点，其应用则受到了限制 ．
1．7 凝胶防灭火技术
凝胶防灭火技术是20世纪70年代以来研究出的一项防灭火新成果，适用于处理巷道帮、顶、高温区域、撤面期间的自燃隐患以及火区治理．凝胶防灭火技术应用于防火时起到覆盖、堵漏、隔氧、阻化的作用，应用于灭火时起到降温、覆盖、堵漏、隔氧、防复燃的目的．凝胶主要由基料、促凝剂和水组成，把所选择的基料和促凝剂按一定比例配成水溶液，再按一定比例均匀混合后，发生“胶凝作用”化学反应，形成无流动性、半固体状的凝胶．凝胶防灭火技术应用于现场主要有普通硅酸凝胶、无氨凝胶、复合凝胶、分子结构型膨胀凝胶、粉煤灰胶体等配方方案．其中普通硅酸凝胶是应用最广泛的一种凝胶，成本低，但承压强度低且成胶时会释放出NH ；无氨凝胶选用无氨促凝剂作为铵盐的替代品，无毒无害；分子
结构型膨胀凝胶以水玻璃为基料，加人膨润土等添加剂，增加了胶体的热稳定性、可塑性和吸湿性，且具有二次成型的特点；复合凝胶是由基料、促凝剂、增强剂和溶剂按一定比例混合后，经一定时间形成的复合凝胶胶体；粉煤灰胶体即在普通凝胶中添加粉煤灰，由于粉煤灰比表面积大，均匀分散在水中形成泥浆，与胶体间形成多种化学键和分子间力，增加了胶体强度，并减缓脱水速度.
1．8 堵漏风防灭火技术
堵漏风防灭火技术用于采空区密闭堵漏风、隔离煤柱裂隙堵漏风、无煤柱工作面巷道巷帮隔离带堵漏风等多个场合，初期的堵漏防灭火措施主要为灌注黄泥浆、砂浆等，近年来研究成功了各种性能优良的新型充填堵漏材料，如无机固化粉煤灰、轻质膨胀陕速密闭堵漏材料等．无机固化粉煤灰充填防灭火技术指以粉煤灰为主料，添加固化激发剂，硬化速凝剂和水，增加粉煤灰的活性，在高水分含量下实现流动性灌注粉煤灰浆体，并控制其固化速度，以实现防灭火的目的．无机固化粉煤灰经济成本低，堆积能力强，固化以后不脱水(或少脱水)，初凝时问和固化强度可调，具有堵漏、防火、灭火、防复燃、充填支撑等功能，可用于防治巷道高冒、空洞、沿空巷道帮、溜煤眼、联络巷、停采线、采空区等地点煤炭自然发火 ．快速密闭封堵漏风是煤矿井下灭火时的最关键和基本的手段．煤炭科学研究总院抚顺分院于20世纪70年代用聚氨酯材料研制成功封闭火区用的快速临时密闭，后期又研制出闭孔率高、气密性好的轻质膨胀型高分子化学合成材料，具有黏结性强、保温、防震、防渗
水、隔潮等优点．可作为煤矿封闭堵漏应用，还可广泛应用于建筑工程中的防渗水、隔潮等作业环节 ．1．9 综合防灭火技术
煤矿火灾防治是一系列措施方案组成的综合技术体系．矿井防灭火技术的实施必须面对复杂的矿井地质条件、多变的人员作业条件、艰巨的现场工程条件以及不可确知的火源或发火隐患变化条件等方面的制约，往往采取单一技术方法不能取得理想的防灭火效果，为此，必须因地制宜，采取综合防灭火措施，即将几种防灭火技术手段有机地结合起来，可达到最佳的防灭火效果 J．
目前，在煤矿生产实践中，“以防为主” 的防灭火原则基本得到了贯彻，并逐渐形成了火灾预测、监测、预防、治理相结合的综合火灾防治技术体系．
2 技术发展趋势
2．1 加强应用基础研究。为创新防灭火技术的开发奠定理论基础煤矿火灾的发生发展是一极其复杂的演化过程，并且处于受限空间的巷道网络系统中，具有复杂性和
特殊性，因此基础性的应用型研究工作对于煤矿防灭火技术的创新与开发具有十分重要的意义．比如煤矿火灾演化过程规律及其定量指标，煤最短自然发火期快速量化测定技术的理论依据及关联评价方法等．
2．2 突破关键技术，在防灭火新材料及专用装备方面更具有针对性有针对性、实用性的防灭火材料、技术、工艺与装备是煤矿防灭火工作的重要保障，深人开展无毒生态型防灭火新材料及专用装备、隐蔽火源精确探测技术与装备等方面的研究，取得关键技术突破，才能根
本性提升煤矿防灭火技术水平．
2．3 开发灾变应对技术。控制煤矿火灾的扩大与继发性灾害的发生煤矿火灾引发大量有毒有害气体的生成与蔓延，严重威胁着矿井通风系统的安全，并存在进一步诱发瓦斯(煤尘)爆炸(燃烧)重大灾害的可能．因此，必须深入研究煤矿火灾灾变气体蔓延规律及其与瓦斯瓦斯灾害的转化机制，开发基于矿井网络系统的快速应变技术与专用装备，控制煤矿火灾的扩大与继发
性灾害的发生．
2．4 立足系统安全。实现矿井防灭火系统的动态分析与控制煤矿防灭火技术的设计、实施与实现是一项复杂的系统工程，并关联与人机环境．从系统工程的角度，将防灭火预测预报、监测监控等煤矿火灾不同时期的防治技术有机地结合起来，实现从矿井通风系统防火设计到矿井防灭火技术方案实施的全矿井防灭火系统的动态分析与控制．
3 结 语
煤矿火灾是制约煤矿安全生产的主要灾害之一，煤矿火灾防治技术及其继发性灾害的防控技术，对煤矿的安全生产具有非常重要的意义．中国煤矿火灾防治技术经历了50余年的发展，在煤矿火灾监测、灌浆防灭火、均压防灭火、阻化剂防灭火、泡沫防灭火、惰化防灭火、凝胶防灭火、堵漏风防灭火技术方面取得了多项科研成果，已逐渐形成了火灾预测、监测、预防、治理相结合的综合火灾防治技术体系．
煤矿防灭火技术的设计、实施与实现是一项复杂的系统工程，只有通过加强应用基础理论研究，开发适用性防灭火材料、技术、工艺与装备，有效控制煤矿火灾扩大与继发性灾害，将各种技术有机地结合起来，才能实现全矿井防灭火系统的技术创新．
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