基于通风优化的煤矿采空区自燃火灾防控技术研究

煤矿做为我国能源供应中的主要支柱，安全生产显得尤为重要，而煤矿采空区自燃火灾就是威胁煤矿安全生产的一大隐患，它不但造成了煤炭资源的极大浪费，还会诱发爆炸等严重次生灾害的发生。通风系统是煤矿安全生产的“生命线”，通风系统的运行状况直接关系到采空区内氧气浓度和热量扩散等自燃关键因素。科学合理地进行通风优化可以有效地遏制采空区自燃火灾发生和发展。因此，对煤矿采空区自燃火灾防控技术进行基于通风优化的深入研究，具有不可忽视的现实重要性和实用价值。

一、煤矿采空区自燃火灾成因及危害分析

煤矿采空区自燃火灾是由诸多因素共同作用而成，原因复杂，危害极大。就其原因而言，煤本身氧化特性为自燃提供了内在基础，煤炭对氧气有吸附和缓慢氧化放热特性，采空区内遗煤积累后与空气的接触面积扩大，氧化反应逐步增强，热量持续累积，采空区的特殊环境条件提供自燃外部温床 [1]。采空区漏风通道较多，连续供氧满足氧化反应的需要；同时采空区密闭空间热量不易释放，气温到达煤炭自燃点后，煤自燃将启动，不恰当的开采工艺和通风管理还可能加剧自燃的危险，例如采速慢使遗煤暴露时间长，通风系统不尽合理使局部风量过大或过低，都可能加快煤炭的氧化进程。

煤矿采空区自燃火灾所造成的损失是多面性和严重性，从资源层面上看，自燃将使大量煤炭资源付之一炬，从而造成不可逆的资源浪费和煤矿开采效率及经济效益的下降。从安全层面上看，火灾会引发瓦斯爆炸、煤尘爆炸及其他次生灾害，对井下作业人员生命造成直接威胁；同时，火灾产生的高温、有毒有害气体（例如一氧化碳、二氧化硫）会迅速蔓延，严重恶化井下作业环境，阻碍救援工作开展。从环境层面上看，由于火灾燃烧向大气排放有害气体，对环境造成了严重污染，并影响了周围生态平衡和居民生活质量。所以深入分析采空区自燃火灾发生的原因，采取有效的预防和控制措施是煤矿实现安全生产和可持续发展的迫切要求。

二、基于通风优化的煤矿采空区自燃火灾的防控技术

（一）通风参数的动态控制技术

通风参数动态控制技术以煤矿采空区环境为研究对象，以实时监测和精准分析为依据，以风速、风量和风压等为关键参数进行动态控制，从而营造出不利于煤炭自燃发生的通风环境，该技术基于传感器网络，将温度、氧气浓度和一氧化碳浓度的监测设备布设于采空区及其附近巷道中，对环境数据进行实时采集，并借助于物联网和大数据分析技术构建了通风参数和自燃风险动态关联模型，实际生产过程中，监测数据表明采空区一定范围内氧气浓度增加，气温异常升高，系统将自动分析并判断出该范围内是否有自燃的危险，以及根据所述预设算法，快速计算所述合适通风参数调节方案 [2]。如减少本地区供风量、减少氧气流入、延缓煤炭氧化等；或者调节风速、改变风流的流向，把聚集的热及时从采空区带走，避免热聚集而诱发自燃。同时考虑了在煤矿开采时工作面推进和巷道贯通的操作将不断地改变通风系统的模式，而动态调控技术可以实时地追踪这些变化并对通风参数进行不断的优化。

（二）均压通风、防灭火技术的运用

均压通风防灭火技术的目的是通过对通风系统内各区风压的调整来实现采空区及周围巷道内压力的均衡或接近，减少甚至取消漏风通道是遏制氧气向采空区内流动、堵塞煤炭自燃所必需的。该技术的核心在于构建科学合理的均压通风系统，通过对通风网络中通风设施（例如，风门、风窗、调压风机）的合理布置与调控，实现压力均衡，实际工作中，需要先对煤矿通风系统做一个综合的调查和分析，综合考虑采空区的分布情况、巷道的布置情况以及地质条件，最终确定均压区域和关键调控节点 [3]。如在工作面进回风巷间布置调压风机和调节风窗等，利用风机增压和风窗节流协同调节两巷间压力差从而显着减少采空区漏风。同时通过压力传感器对各区风压变化情况进行实时监测，并依据监测数据对通风设施参数进行动态调节，以保证均压效果稳定，均压通风和防灭火技术既可以有效地遏制采空区煤炭自燃现象，又可以起到阻止火灾后火势扩散的效果。在采空区部分自燃的情况下，采用均压调节的方法可以防止新鲜空气进入火源区域内，从而使得火势由于缺氧的影响逐渐衰减。此外，该技术与其他防灭火技术（例如注浆灭火、注氮防灭火等）联合使用时，能够进一步提升防灭火效果，为煤矿应对自燃火灾提供更全面、高效的解决方案。

（三）通风网络优化重建技术

通风网络优化重构方案针对煤矿原通风系统不合理的问题，从巷道布置、通风设施布置等方面进行了系统性的优化改造，建设更加科学有效的通风网络等措施来加强采空区自燃火灾预防和治理。煤矿开采时，由于工作面推进、采空区扩展和新巷道开掘等原因，原通风网络会产生阻力过大和风流分配不均匀等问题、严重的漏风等，都将加大采空区自燃的危险，所以必须优化和重建通风网络，优化重构的第一步就是要对已有通风网络做细致诊断，并采用通风阻力测定和网络解算技术手段分析通风网络的薄弱环节及潜在风险点。比如发现一些巷道由于断面太小而造成通风阻力太大，从而影响了总体通风效果；或者有的地区风流短路，导致采空区不能进行有效的通风。为了解决这些问题，我们制定了一系列针对性的优化措施，包括扩建狭窄的巷道以减少通风阻力，调整巷道的连接方式以避免风流短路，以及合理地增加或拆除通风设施（如风桥、密闭墙等），从而优化风流的走向和风量的分配。

（四）通风和惰化防灭火的协同技术

通风和惰化防灭火协同技术就是要把通风优化和惰化灭火技术结合在一起，发挥二者的优点，从而形成一个更加高效可靠的煤矿采空区自燃火灾防治系统。通风优化可对采空区通风环境进行调节，减少氧气浓度和排出热量；惰化防灭火技术则通过向采空区注入惰性气体（如氮气、二氧化碳）或喷洒惰性浆液，降低氧气含量、抑制煤炭氧化，两者协同作用可显著提升防灭火效果，在实践中，针对采空区具体情况及自燃风险程度制定了通风优化方案并对风速、风量及风压进行了合理调节，以改善采空区内的通风条件和降低氧气供应。同时结合通风系统的布置确定了惰化介质注入的位置和途径。如在采空区入口附近布置注氮管路不断地向采空区通入氮气以减少氧气浓度；将惰性浆液喷洒在有自燃可能性的地区，使遗煤表面被覆盖，以隔绝氧和煤的接触。

结束语

本文以通风优化煤矿采空区自燃火灾控制技术研究为背景，在剖析通风系统和自燃火灾之间关系的基础上，有针对性地提出一系列优化防控策略。研究成果在实践中显示出了一定的效果，但是伴随着煤矿开采环境和工艺的改变，还需要不断地进行探索和改进。在今后的工作中，要进一步加深对通风优化技术的研究，强化多学科的融合，促进智能化通风防控技术的发展，筑牢煤矿安全生产的坚固防线，为煤炭行业的可持续发展做出贡献。

参考文献

[1] 李玉福 .8.8m 超大采高工作面煤自燃防治经验探讨 [J]. 工矿自动化 ,2021,47(03):112-118.

[2] 刘春保 . 基于多参数融合的煤矿采空区火灾预警系统研发与应用 [D]. 辽宁工程技术大学 :2023.

[3] 季凌雲 . 煤矿采空区自燃火灾预警系统研发与应用 [D]. 理工大学 :2024.

作者简介：范进步（1984-），男，人，本科，工程师，研究方向煤矿防治煤层自然发火技术研究。