高地温矿井采空区防灭火技术实践探讨

引言：

煤矿采空区火灾是威胁矿井安全的主要灾害，而高地温环境进一步加剧了煤自燃的风险，随着浅层煤炭资源的逐渐枯竭，深部开采成为必然趋势，但深部高地温条件导致煤体氧化放热加剧，采空区漏风通道复杂，使得火灾防控难度显著增加。国内外学者针对高地温矿井的防灭火技术开展了大量研究，但在实际应用中仍存在技术适应性不足、成本高昂等问题，高地温环境对灭火材料的性能也提出了更高要求，亟需结合矿井实际条件，探索经济高效、可持续的防灭火技术体系。

1.采用液态二氧化碳灌注技术，抑制采空区高温氧化反应

高地温煤矿井采空区防灭火技术实践中，液态二氧化碳灌注技术因其独特的物理化学特性成为抑制煤自燃的有效手段，液态二氧化碳在灌注后迅速汽化，不仅能够快速降低采空区温度，还能稀释氧气浓度，从而抑制煤体的高温氧化反应。相较于传统注氮或灌浆技术，液态二氧化碳具有更强的吸热能力，能够在短时间内形成局部惰化环境，有效阻断煤自燃的链式反应。二氧化碳的扩散性能优异，能够渗透至采空区深部及裂隙区域，弥补了其他灭火介质覆盖不均的缺陷，技术尤其适用于高地温条件下采空区隐蔽火源的防控，其操作灵活性和环境友好性也使其成为煤矿绿色安全开采的重要技术选项。

液态二氧化碳灌注技术的实践效果与采空区地质条件、漏风规律及煤自燃特性密切相关，因此需结合矿井实际情况进行参数优化，高地温环境中，煤体氧化放热速率加快。液态二氧化碳的灌注量和释放速度需根据温度场及气体分布动态调整，以确保形成稳定的惰化保护层，可与其他防灭火手段协同使用，如配合凝胶阻化剂或均压通风技术，进一步提升防灭火效率。

2.应用凝胶泡沫覆盖技术，阻断采空区遗煤与氧气接触

凝胶泡沫覆盖技术因其独特的物理化学特性成为阻断遗煤与氧气接触的有效手段，利用将凝胶材料与发泡剂混合，形成具有高黏附性和稳定性的泡沫体系，能够紧密覆盖采空区遗煤表面，构建致密的隔绝层。凝胶泡沫的微孔结构显著降低了氧气的扩散速率，其含水组分可吸收部分热量，抑制煤温上升，与传统注浆或注氮技术相比，凝胶泡沫具有更好的流动性和渗透性，能够有效填充煤体裂隙和孔隙，解决高位隐蔽火区难以全覆盖的技术难题[1]。根据采空区几何特征调整凝胶的胶凝时间和泡沫膨胀倍数，确保形成连续覆盖层，凝胶材料的环境兼容性也需重点考量，现代复合型凝胶已实现无毒可降解，避免对地下水质造成二次污染。

凝胶泡沫技术的操作效能取决于三大核心参数：覆盖均匀度、隔绝持久性和成本可控性，采用分段注泡工艺可提升覆盖均匀性，即先对采空区边界实施封闭注泡，再对核心区域进行饱和灌注，最终形成立体防护网络。针对高地温环境特有的热辐射影响，改性凝胶泡沫可耐受 150^∘C 以上高温而不破裂，其水分缓慢释放特性可维持长达数月的有效阻氧周期。技术目前存在的局限性在于对复杂漏风通道的适应性不足，可通过研发气凝胶复合泡沫或智能响应型凝胶材料加以优化。

3.布置注氮管路系统，降低采空区氧气浓度

在高地温煤矿井采空区防灭火中，布置注氮管路系统是降低采空区氧气浓度的关键措施，注氮技术利用向采空区注入惰性气体，有效稀释并置换氧气，从而抑制煤自燃和火灾的发生。技术的核心在于合理设计管路布置方案，确保氮气能够均匀覆盖采空区的高温隐患区域，根据采空区几何形态、漏风通道分布及温度场特征，优化注氮口的位置、间距和注气量，避免局部氧气浓度过高或氮气浪费。注氮技术的实际效果受多重因素制约，需结合其他防灭火措施形成综合防控体系，例如在注氮管路系统运行期间，采空区遗煤的分布状态、顶板垮落程度及裂隙发育情况均会影响氮气扩散效率，因此需辅以灌浆或凝胶材料封堵漏风通道，减少氧气补给，高地温环境可能加速煤氧化反应，仅靠注氮难以完全遏制高温点发展，此时可联合使用阻化剂喷洒或低温惰气注入等技术，进一步降低火灾风险。

4.利用阻化剂喷洒技术，延缓煤体自燃进程

阻化剂喷洒技术是一种行之有效的手段，能够显著延缓煤体自燃进程，煤体自燃是煤矿火灾的主要诱因，尤其在采空区，由于遗煤暴露在高温环境中，氧化反应加速，极易引发自燃。阻化剂利用物理或化学作用抑制煤氧复合反应，降低煤体氧化活性，从而延缓自燃，物理阻化剂如氯化镁、氯化钙等，可在煤体表面形成液膜，隔绝氧气与煤体的接触，化学阻化剂如磷酸铵、氢氧化钠等，则通过参与反应消耗活性自由基，阻断链式氧化反应。阻化剂喷洒技术的实施需结合矿井具体条件进行优化，以确保其经济性和可持续性，阻化剂的喷洒频率和用量需根据采空区温度、气体成分等动态参数调整，避免过度使用造成资源浪费或环境污染，例如在高温区域可适当增加喷洒浓度，而在低温区域则可减少用量[2]。阻化剂的长期稳定性及对井下设备的腐蚀性也需重点考量，部分阻化剂可能在高温高湿环境下分解失效，或对金属支架、通风设备等造成腐蚀，因此需选择稳定性强、腐蚀性低的环保型阻化剂。

5.构建均压通风系统，减少采空区漏风供氧

构建均压通风系统是减少采空区漏风供氧的关键措施，采空区漏风会持续带入新鲜氧气，加速遗煤氧化，进而引发自燃，均压通风技术通过调整矿井通风网络中的压力分布，使采空区进、回风侧的风压趋于平衡，从而有效减少甚至阻断漏风。对矿井通风系统进行全面分析，合理设置调压风门、风窗或局部通风机，以控制风流方向和压力梯度，例如在采空区邻近工作面布置调压设施，降低进风侧压力或提高回风侧压力，使采空区内外压差最小化。均压通风系统的设计还需考虑煤层赋存条件、采掘布局及瓦斯涌出情况，避免因调压不当导致瓦斯积聚或通风阻力异常增大。均压通风系统的稳定运行依赖于科学的动态监测与精细化管理，由于采掘活动的持续进行，矿井通风网络的压力分布会不断变化，因此需利用实时监测系统跟踪关键节点的风压、风量及气体成分，及时调整调压设施参数。例如采用智能风门或变频局部通风机，可根据传感器反馈自动调节风压，维持采空区的均压状态，定期检查通风构筑物的完好性，防止因密闭墙开裂或风门漏风导致调压失效，均压通风技术常与注氮、阻化剂喷洒等措施协同使用，形成综合防灭火体系。

结语：

高地温煤矿井采空区防灭火技术的研究与实践，对于保障煤矿安全生产具有重要意义，尽管已有多种技术手段应用于实际，但仍需进一步结合高地温环境的特点，优化技术参数、创新材料应用，并加强多技术协同防控。随着智能化、绿色化技术的不断发展，高地温矿井的防灭火技术将朝着更加精准、高效的方向迈进，本文的探讨旨在为相关领域的研究和实践提供参考，推动煤矿安全技术的进步与创新。

参考文献：

[1]贺东. 煤矿井下制氮机在防灭火中的应用 [J]. 内蒙古煤炭经济,2023, (03): 127-129.

[2]郝晓霞. 煤矿井下防灭火措施研究 [J]. 江西化工, 2020, (03): 347-348.