閆 軍

(新疆煤田滅火工程局煤火監(jiān)測與滅火技術(shù)中心，新疆 烏魯木齊 830063)

0 引言

新疆煤炭資源儲(chǔ)量非常豐富，但同時(shí)也是我國煤田火災(zāi)最為嚴(yán)重的省(區(qū))。中央和自治區(qū)政府非常重視新疆煤田火災(zāi)治理工作，從1958年至今，國家和自治區(qū)投入了大量資金對(duì)新疆煤田火災(zāi)進(jìn)行治理。在煤田火災(zāi)治理歷程中，國家不斷加大對(duì)煤火治理的投資，火區(qū)勘查、治理、監(jiān)測技術(shù)不斷提高，煤炭開采越來越規(guī)范，相關(guān)政策、法規(guī)也越來越完善，但是煤田火災(zāi)依然很嚴(yán)重。為徹底查清新疆煤田火區(qū)現(xiàn)狀，為煤田火區(qū)治理提供第一手資料，國家要求新疆立即開展第四次煤田火區(qū)普查工作，查明新疆煤田火區(qū)現(xiàn)狀，摸清在燃煤田火區(qū)中燃燒劇烈、發(fā)展迅速的火區(qū)和易發(fā)生煤田火災(zāi)區(qū)域的詳細(xì)情況，以加快煤田火災(zāi)治理進(jìn)度，同時(shí)做到防治并舉。新疆于2013年開展了第四次煤田火區(qū)普查工作，本次普查查明了火區(qū)數(shù)量、現(xiàn)狀及發(fā)火原因，為煤田火區(qū)治理提供了大量基礎(chǔ)資料。

1 普查查明火區(qū)原因統(tǒng)計(jì)分析

歷次煤田火區(qū)普查結(jié)果表明，煤田火災(zāi)一直處于動(dòng)態(tài)發(fā)展過程中，數(shù)量和規(guī)模隨著時(shí)間的推移不斷增加和擴(kuò)大。第四次煤田火區(qū)普查表明，截止2015年，新疆有未治理的在燃火區(qū)46處，其中火區(qū)產(chǎn)生的主要原因有以下2個(gè)方面：廢棄小煤窯引發(fā)和煤層露頭自燃，見表1、表2。

通過表1、表2可以看出，現(xiàn)有的46處煤田火區(qū)中37處為廢棄小煤窯引起的煤田火區(qū)，占比達(dá)80.4%；而煤層露頭自燃引發(fā)的煤田火區(qū)為9處，占19.6%。因此，引發(fā)新疆煤田火災(zāi)的主要原因?yàn)閺U棄小煤窯，這是由于歷史上小煤窯在關(guān)閉過程中由于資金匱乏、技術(shù)落后、密閉不嚴(yán)等原因?qū)е旅簩影l(fā)火而引發(fā)煤田火區(qū)。

表1 廢棄小煤窯引發(fā)煤田火區(qū)匯總表

表2 煤層露頭自燃引發(fā)煤田火區(qū)匯總表

2 火區(qū)擴(kuò)大和產(chǎn)生的原因分析

2.1 現(xiàn)有火區(qū)范圍擴(kuò)大的原因

第四次普查查明有7處火區(qū)近年來發(fā)展十分迅速，尤其是托克遜烏尊布拉克、奇臺(tái)將軍戈壁、烏蘇四棵樹、烏魯木齊大泉湖、米泉三道壩、吉木薩爾水西溝、伊寧南臺(tái)子等7處火區(qū)，總面積由原來的138.9萬m2，增加到現(xiàn)在的287.4萬m2，增加了148.2萬m2，翻了一倍多。

煤層厚度大、埋藏淺：新疆多數(shù)煤層厚度大(見表3)、埋藏淺，煤層燃燒后能夠蓄積大量的熱量，淺部煤層頂板受高溫烘烤后更容易垮塌，形成塌陷和裂隙，增加了燃燒體的供氧通道，使煤火不斷向周圍和深部發(fā)展。面積發(fā)生迅速擴(kuò)大的7處火區(qū)燃燒煤層均出露地表，都屬于巨厚煤層。

表3 燃燒煤層情況統(tǒng)計(jì)表

資金需求量大、投入不足：新疆煤田火區(qū)災(zāi)害嚴(yán)重，火區(qū)數(shù)量多，治理資金需求大，而資金及人員往往投入不足，導(dǎo)致火區(qū)的治理速度跟不上火區(qū)的發(fā)展速度。由于火勢的動(dòng)態(tài)發(fā)展，部分火區(qū)還未治理火點(diǎn)和小火區(qū)隨著時(shí)間推移燃燒系統(tǒng)逐漸形成，燃燒規(guī)模不斷擴(kuò)大，損失的煤炭資源也由原來的每年幾萬噸發(fā)展到現(xiàn)在的幾十萬噸。例如托克遜烏尊布拉克火區(qū)，2007年該火區(qū)面積為69 284.4 m2，每年損失煤炭資源為5.3萬t，而到了2013年火區(qū)面積為645 894.9 m2，每年損失煤炭資源為48.89萬t，在短短的6年間火區(qū)面積增加了近10倍，每年損失煤炭資源量都增加了9倍多。若不進(jìn)行及時(shí)治理，隨著火勢的不斷發(fā)展，火區(qū)規(guī)模還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，損失的煤炭資源量也會(huì)進(jìn)一步增加。

火風(fēng)壓強(qiáng)勁：新疆煤層大多賦存在山區(qū)，而新疆多高山、峽谷的特殊地形和多風(fēng)的氣候，使得火風(fēng)壓非常大，較大的火風(fēng)壓為燃燒煤層提供源源不斷的強(qiáng)大動(dòng)力，導(dǎo)致火區(qū)發(fā)展迅速。火區(qū)規(guī)模擴(kuò)大迅速的7處火區(qū)中，烏魯木齊大泉湖、烏蘇四棵樹、吉木薩爾水西溝、伊寧南臺(tái)子等4處火區(qū)位于中高山區(qū)，火區(qū)距山腳的高差均較大，火風(fēng)壓強(qiáng)勁，火區(qū)發(fā)展動(dòng)力十分充足。

2.2 新火區(qū)產(chǎn)生的原因

2013年普查查明的46處火區(qū)中，有35處為2000年以后新產(chǎn)生的火區(qū)，應(yīng)綜合分析這些火區(qū)產(chǎn)生的主要原因。

廢棄小煤窯遺留的隱患：廢棄小煤窯引起的歷史遺留隱患大，且缺乏監(jiān)測與預(yù)防措施。新疆在1999～2000年的關(guān)井壓產(chǎn)及2005年的安全生產(chǎn)整頓期間，陸續(xù)關(guān)閉小煤窯約1 500處，由于關(guān)閉數(shù)量多、時(shí)間緊，沒有采取必要的防滅火措施，同時(shí)缺乏必要和有效的監(jiān)測和控制投入，采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃，隨著時(shí)間的推移，由隱性火不斷蔓延擴(kuò)大形成煤田火區(qū)，現(xiàn)有46處火區(qū)中超過80%的煤田火區(qū)發(fā)生在關(guān)閉的小煤窯中。

煤層的自燃特性：從煤的化學(xué)性質(zhì)分析，35處新生火區(qū)中，屬于低水分燃燒煤層的火區(qū)占62%；屬于低、特低灰分燃燒煤層的火區(qū)占88%；34處火區(qū)燃燒煤層均為中高-高揮發(fā)分；屬于變質(zhì)程度較低的長焰煤、不粘煤的燃燒煤層的火區(qū)占91%；這種煤質(zhì)特點(diǎn)的煤層自燃傾向性大，容易自燃。

地表塌陷、裂縫溝通采空區(qū)：早期的不規(guī)范開采，導(dǎo)致煤田內(nèi)沿煤層露頭走向遍布很多歷史上遺留的廢棄老窯、天眼，老窯開采的范圍主要位于煤層露頭往下的淺部，老窯具體的數(shù)量及開采情況不詳。由于老窯采空區(qū)和地表塌陷、裂隙的存在，致使地面空氣通過地表塌陷裂隙進(jìn)入采空區(qū)，引發(fā)采空區(qū)周圍煤炭自然發(fā)火并向四周擴(kuò)散，逐步發(fā)展成大面積火區(qū)。

小煤窯開采工藝落后無防火措施：原有小煤窯采用落后不規(guī)范的開采工藝，而無防火措施；多數(shù)生產(chǎn)礦井采用高落式或巷柱式回采方法，采空區(qū)留有大量煤柱、殘浮煤，加之采空區(qū)存在大量空間且密閉不嚴(yán)，淺部地表塌陷，裂隙不能覆蓋封閉，漏風(fēng)嚴(yán)重，大量的露頭煤層、采空區(qū)煤屑與空氣廣泛接觸，造成煤層自燃，并逐步發(fā)展成煤田火區(qū)。

露天開采防火措施不當(dāng)：不當(dāng)露天開采中，剝開煤層頂板或覆土后，因各種原因煤層未及時(shí)開采或在開采過程中防滅火措施不當(dāng)而引發(fā)煤田火災(zāi)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

2.3 火區(qū)的綜合治理

新疆現(xiàn)有46處煤田火區(qū)從發(fā)火原因分析可以看出，廢棄小煤窯是引發(fā)煤田火災(zāi)的主要原因，而井工及露天的正規(guī)開采是引發(fā)煤田火災(zāi)的次要原因。因此，在今后的煤田火災(zāi)治理工作中，應(yīng)加大對(duì)廢棄小煤窯等易發(fā)煤火風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的監(jiān)測力度，采用多種方法相結(jié)合的監(jiān)測手段，建立空天一體的預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)，在煤火發(fā)生初期就能起到預(yù)警作用，此時(shí)采取相應(yīng)的治理措施就能達(dá)到用最小的代價(jià)治理火區(qū)的目的。同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)井工和露天煤礦正常開采的監(jiān)督和管理力度，防止產(chǎn)生因開采而引發(fā)的煤田火災(zāi)。另外，還要加大火區(qū)治理的資金和科技投入，運(yùn)用新材料、新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)，將遙感技術(shù)、地球化學(xué)、煤巖學(xué)、火區(qū)探測傳感器和滅火材料研制結(jié)合起來，綜合提升火區(qū)治理的科技水平。

3 結(jié)語

新疆的氣候、煤質(zhì)等特點(diǎn)容易引起煤層自然發(fā)火，煤層著火后，不僅浪費(fèi)大量煤炭資源、污染大氣環(huán)境，還給煤礦開采帶來巨大的安全隱患。因此，煤田火災(zāi)的治理迫在眉睫，而在治理中還要不斷創(chuàng)新，轉(zhuǎn)變思路，做到防治并舉，最大程度保護(hù)新疆煤炭資源和生態(tài)環(huán)境。