新疆煤田火灾治理中常遇的问题

薛小军

薛小军

新疆维吾尔自治区煤田灭火工程局新疆830000

摘要：新疆的煤炭资源十分丰富，预测储量2.19万亿吨，居全国首位。煤田火灾也十分严重，不仅烧毁了宝贵的煤炭资源，同时对环境等其他方面也形成了严重的破坏。新疆自1958年开始对煤田火灾的治理工作，目前对煤田火灾的治理主要采用剥离、注水、钻探、注浆、覆盖的综合灭火方法。

关键词：塌方；高温爆破；岩体稳定性；爆炸

1新疆煤田火灾治理中常遇的问题

1.1破坏水环境

在煤田火灾所在的区域，由于煤炭中的金属和非金属元素经高温燃烧形成酸碱性化合物，对火区附近的地表水和浅层地下水造成污染，改变了水质，使重碳酸型的甜水变成了氯化物型的咸水或硫化物型的苦水，从而恶化了该地区的水环境。

1.2影响矿井安全生产

煤田火灾常常引发煤矿火灾、井下瓦斯爆炸、粉尘爆炸、顶板陷落，造成人员伤亡，生产设备破坏，甚至被迫封闭井口，报废矿井。如哈密矿务局露天矿4号煤，1952年发生煤层自燃3处，每年投入灭火灌浆费用100余万元，煤层自燃烧坏了通过火区的铁路，干扰了矿井正常生产。伊犁吉伦台煤矿由于采空区管理环节薄弱，造成采空区末煤自燃引起煤田火灾，结果使通过火区的公路因地面塌陷而改道，且发生人员伤亡事故。烧变岩对矿井生产造成严重威胁。煤层自燃形成的烧变岩具有极其发育的裂隙，是很好的透水层和含水层。因而烧变岩裂隙水是煤矿最危险的充水水源之一，经常造成煤矿突水。以白杨河矿区为例，区内烧变岩是主要煤层燃烧后形成的，位于侏罗纪含煤地层上部，矿区从东到西均有分布，影响深度由几十米到500m，宽度50m到千余米不等。经4个月连续观测结果表明，白杨河河水在流经烧变岩层时流量损失可达0.578m3/s，占总流量的18%。对西沟河8月份流量观测发现，月平均流量为0.093m3/s，流经烧变岩层后流量损失为0.027m3/s，占总流量的29%以上[2]。这些数字不仅说明了烧变岩是很好的透水岩层，而且表明它与地表水已经连通。若采煤过程中不慎开采至烧变层，或者遇到与烧变岩相通的断层，突水事故不可避免。

1.3缺乏防洪和水土保持的专业知识，防洪措施效果欠佳

在火区治理工作中，对最终黄土覆盖面的设计与施工，着重考虑了施工条件、灭火效果、施工经济等因素，对于水土保持方面的因素考虑的较少，为了防止覆盖好的工作面被雨水冲刷，在覆盖工作结束后，一般都是在工作面边坡或容易汇集雨水的区域多存些土形成防洪坝，但是，由于缺乏防洪和水土保持的专业知识，多数防洪坝都经受不住雨水的冲刷，而不得不进行重复性的工作。

2新疆煤田火灾治理措施

2.1注水注浆

钻探工程完成以后，紧接着就是注水降温环节了。注水降温的原理是：①水与炽热的碳发生化学反应，吸收热量；1千克水和炽热的碳反应，吸收热量7.29KJ。②当水升温至100℃时汽化，带走热量；1千克水在100℃时汽化，汽化吸收热量2253KJ。③水与高温岩石发生热交换，水温升高，吸收热量。设水温由10℃升至100℃，1千克水吸收热量334.4KJ。水和碳发生化学反应的条件是1000℃的高温，在实际施工中，这种状态很少存在，所以该部分热量很小，可忽略不计。主要降温过程是②和③环节。根据以上降温原理，在注水过程中应当使用大压力，间歇式，适量的注水。由《水文地质学基础》中地下水的运动规律可知，水的渗透范围和水力压力成正比，大压力注水是为了尽可能扩大水的渗透范围，更大范围熄灭火源；采取间歇式注水，是为了避免在注水过程中形成冷却通道，缩小渗透范围。适量注水是为了使水达到最大量的汽化，因为注水过程中水汽化带走热量最多，可提高水的利用率。注水过程应持续到钻孔温度降低到100℃以下（一般指停止注水3天以上的时间，钻孔温度不反弹）。

2.2剥离

所谓剥离，就是指用推土机，挖掘机等机械处理火区上的各种岩石（或土壤），改变火区原有的地形地貌，形成较为平整的，能够保障其以后各个施工环节有效顺利进行的工作面的过程。剥离是灭火施工的第一个步骤，对以后的各个施工环节有重要影响。在剥离工程中，应注意做到以下几点：剥离面应该包括全部火区范围并达到火源位置，这是全面有效熄灭火源的前提；应该保证能上车（剥离面大致坡度不超过12°），尤其是山区里的火区，很多在海拔较高的山顶或山腰，山势陡峭，施工过程中需要的很多重型设备必须由车辆运输上山，黄土覆盖工程也都需要车辆运输，所以剥离工程必须保障车辆能够顺利通行；应该保证能打钻，很多火区由于燃烧深度较深，必须通过钻探手段来熄灭深部火源，所以剥离工程就应该做到剥离面足够宽阔，可以使钻塔自由移动，不要留高差较大的陡坎或沟壑等；因为火区最后是需要黄土覆盖的，如果存在太多的突起部位，将会使覆盖达不到预期的效果。

2.3坚持预防为主、防治并举的原则

结合新疆煤炭工业发展规划，按照轻重缓急、分批分期的原则进一步加快煤火治理步伐，争取早日解决新疆煤田火灾害问题。积极争取国家重点支持，同时加大自治区人民政府灭火资金投入力度，以保障灭火资金渠道畅通，确保煤火治理任务的顺利完成。加强监测存在煤田火区的隐患地区，预防隐患地区发展为新生火区，坚持“有患必查，有火必灭”，严防新生火区的增长。灭火工程施工过程中，加强对待治理火区的监测监控，避免由于火区迅猛发展造成燃烧面积和燃烧程度的大幅度增加，延误整体灭火工程进度。

2.4加大火灾治理可研投入

加大煤田火灾科学研究的投入力度，争取国家和自治区对煤田火灾科研项目立项、审批及相关政策和资金上的支持，同时采取与国内、外高校及科研院所合作等形式积极筹措灭火技术研究经费，拓宽科研经费渠道。积极同国内外高校和科研院所合作，进一步挖掘技术力量的潜力，积极开展灭火新方法、新工艺、新材料的研究；针对火区具体情况，不断探索节水型、节土型的灭火新技术，以适应新疆地区水源奇缺的自然条件，积极采用新的注浆工艺(包括凝胶注浆、矿用固化泡沫水泥浆及三相泡沫等)和相应的灭火方法对现有火区进行治理。由于火区施工现场极为恶劣，火区钻探、剥离等工艺大多在高温、有毒有害气体、粉尘环境下进行，甚至个别块段剥离设备要在明火状态下施工，造成施工设备服务年限大大缩短。因此，应加大投资力度，不断更新和补充灭火专用设备，提升灭火工程技术装备水平，保障灭火工程的合理进度。

2.5注水灭火

用水灭火有两个作用，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，将燃烧体包裹起来，与空气隔绝断氧，使燃烧物体窒熄达到灭火目的。二是水可吸收燃烧物体的大量热量，使燃烧物体快速降温，达到灭火目的。但在扑灭燃烧猛烈的大面积煤田火灾时，必须用大量的水向火区内浇灌，如果水量太小，水分子遇高温会分解成氢气和氧气，反而起了助燃作用。煤田火灾处于地表或在地表以下埋藏不深，裂隙又非常发育，同时有充足的水源，即可采用注水灭火。

扑灭新疆煤田火区后，将保护煤炭资源不受火灾威胁，每年可避免1003万t的煤炭资源白白烧掉。这样在资源上可保证新疆煤炭工业的顺利发展，为我国21世纪工业西部大开发，特别是能源开发向西部转移，确保可持续发展打下坚实基础。同时，火灾扑灭后将改善火区的地形地貌环境，有效地保护生态环境。

参考文献：

[1]张勇.新疆煤田火灾及其治理技术[J].中国西部科技，2011，10(04):1-2.