胡 雷，謝先明

（四川芙蓉集團實業(yè)有限責任公司，四川 宜賓644002）

火與瓦斯耦合災害是現(xiàn)階段我國礦井災害預防的重點，川煤集團芙蓉公司所在的川南礦區(qū)是國內知名的瓦斯、火災災害突出區(qū)域，所轄4 對礦井（白皎、杉木樹、珙泉、新維）均屬易自燃煤層群開采，發(fā)火期一般為3～6 個月，最短僅有15 d[1-3]。開采40 余年至今已發(fā)生煤層自然發(fā)火266 次，近10 年百萬噸發(fā)火率為1.84，在處理火區(qū)過程中發(fā)生瓦斯爆炸64次，自燃火災事故嚴重威脅礦井安全生產(chǎn)[4-7]。川煤集團芙蓉公司煤層自然發(fā)火災害，嚴重制約了礦井安全生產(chǎn)，從開采至今，因煤炭自然發(fā)火導致的直接經(jīng)濟損失高達上千萬元，傷亡人數(shù)多達幾十余人，2016 年以前，年均發(fā)生火災事故2～4 次，雖在火災治理上總結出一整套技術與管理辦法，但基本停留在常規(guī)預防性手段，技術創(chuàng)新、管理創(chuàng)新仍處于停滯階段，導致無法真正掌握火災事故“可防可控”、“零火災”的技術和管理辦法，火災事故導致企業(yè)無法生存[8-10]。借鑒“校企合作”成功管理模式之上，芙蓉公司開拓創(chuàng)新，引進一種升級版的合作模式“院企合作雙重創(chuàng)新管理模式”，即充分利用川煤集團芙蓉公司與煤科集團沈陽研究院有限公司（簡稱沈陽院）各自優(yōu)勢，共謀發(fā)展，共創(chuàng)雙贏，雙方共同組建“川南礦區(qū)防滅火技術研究院”。自2016 年1月1 日開展工作以來，雙方相繼開展了防滅火基礎實驗室建設、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采樣、防滅火專家會診、防滅火日常預防性管理、自然發(fā)火監(jiān)測分析、自燃隱患應急處理、開采防滅火危害程度評估、專項防滅火技術措施與方案制訂、火災治理新技術項目研究，通過“產(chǎn)學結合、院企合作”模式，發(fā)揮研究院和企業(yè)的各自優(yōu)勢，培養(yǎng)出一批“理論+實踐”雙優(yōu)復合型人才，總結出一套火災“雙重”預防管理辦法。

1 體系概況

1）體智資源的相互轉換與利用。院企合作“雙重”火災防治體系意在通過煤炭企業(yè)與煤炭科研院共同成立獨立的礦井火災預防管理機構，介入礦井的技術與現(xiàn)場管理，將研究院的“智力”資源通過合作流向企業(yè)，并與企業(yè)的實踐操作、現(xiàn)場管理相結合，實現(xiàn)技術和管理的新組合；企業(yè)的“體力”資源產(chǎn)生的經(jīng)驗數(shù)據(jù)通過合作回流研究院，通過反復提煉、創(chuàng)新，實現(xiàn)防火技術的再升級。

2）雙重管理。現(xiàn)場S+研究R“雙重”管理方式，“SR”雙重管理核心主要體現(xiàn)在“兩位一體”的管理模式：“兩位”指企業(yè)著重負責礦井火災治理的現(xiàn)場管理、日常預防性措施的落實、執(zhí)行，科研院所著重負責災害防治過程中一切技術研究、技術創(chuàng)新工作；“一體”指共同成立的獨立管理機構指派專門機構、專門人員既要承擔技術研究所需的大量數(shù)據(jù)收集、化驗、分析，火災防治措施的制定、方案優(yōu)化及技術總結等；承擔監(jiān)督礦井火災防治措施現(xiàn)場落實情況，指導礦井火災防治技術工作的開展。

3）雙重防治機制。管理M+技術T“雙重”預防機制，“MT”雙重防治的核心是通過“院企”合作，指導建立礦井發(fā)火防治的火災防治管理體系和技術體系，“MT”雙重體系框架如圖1?！肮芾眢w系”是指建立“3+3”管理體系，核心是建立以礦、部（科）、區(qū)（隊）的三級管理模式，建立以礦長為主體負責人的層級責任體系，以總工程師為主體負責人的技術管理保障體系，以安全副礦長為主體負責人的監(jiān)督檢查體系的3 層管理體系；“技術體系”是指以“超前監(jiān)測、合理預防、應急處理”為核心，以預防為主，突出以均壓通風防火為基礎，以色譜監(jiān)測預報、注漿（膠）包裹、常規(guī)氮氣惰化采空區(qū)、液態(tài)CO2（液氮）等工藝為核心的技術體系。

2 雙重火災防治體系

“產(chǎn)+研”結合是技術創(chuàng)新重要途徑，是管理創(chuàng)新重要依托，是制度創(chuàng)新重要形式。院企合作“雙重”火災防治體系是一項系統(tǒng)工程，構建一套完整火災防治系統(tǒng)，主要借助多方合力，多措并舉。

2.1 成立機構搭建“院企”合作平臺

川煤集團與沈陽煤科院合作成立川南礦區(qū)防滅火技術研究院，機構設置成員包括川煤集團、芙蓉公司、沈陽煤科院相關人員共計12 人，以礦井自然發(fā)火防治技術服務與科研為主要工作內容，并以川煤集團芙蓉公司的白皎、珙泉、杉木樹、新維煤礦等4對礦井為重點服務礦井，針對重點服務礦井采取定人定礦現(xiàn)場跟蹤服務，查找分析煤礦防滅火方面存在的問題，并全程參與礦井的現(xiàn)場管理，隨時掌握礦井的實際情況，提出經(jīng)濟合理的解決方案，并對提出的防滅火方案等技術資料負責；參與礦井防滅火專題會議，提供相應的防滅火建議，指導礦井防滅火方案的落實，確保問題及時得到有效解決。

2.2 創(chuàng)新形成礦井“三位一體”多維管理模式

形成了“主管業(yè)務部門+研究院+煤礦”多維監(jiān)督管理模式，三者均要監(jiān)督現(xiàn)場防滅火措施的執(zhí)行情況，每月不定情開展防滅火專項督查；同時在側重點上又有一定的劃分，主管業(yè)務部門主要負責審定防滅火治理方案及措施、監(jiān)督措施在日常過程中落實；研究院主要負責指導制定防滅火方案及措施、主持防滅火技術研究并形成技術成果，收集、整理、分析氣體敏感性數(shù)據(jù)及其他技術數(shù)據(jù)；煤礦負責在現(xiàn)場執(zhí)行防滅火方案及措施、參與防滅火措施的制定、協(xié)助研究院開展井下防滅火技術研究。三者既有獨立的個體，又是合體；既有平行作業(yè)，又有交叉作業(yè)；既有相互監(jiān)督制約，又有通力合作。

2.3 創(chuàng)新火災治理核心技術管理要領

通過收集近幾十年芙蓉礦區(qū)發(fā)火征兆、發(fā)火特征等，結合煤礦自身特點建立煤礦防滅火技術管理體系，形成了礦井火災防治指南；結合現(xiàn)場實際情況的防滅火指標系統(tǒng)，建立完善的防滅火預測預報指標體系和煤層自然發(fā)火的防治體系。制定和完善安全有效、經(jīng)濟合理的各礦井及采掘工作面的防滅火技術方案，形成“一礦一策、一面一策、一層一策”的防滅火技術方案。

2.3.1 超前監(jiān)測

以監(jiān)控系統(tǒng)為平臺，采用“束管監(jiān)測+人工檢測”的方式，形成監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡。監(jiān)控系統(tǒng)平臺指在“工作面、工作面巷道、重點密閉前、采區(qū)回風流、礦井總回風流等地點設置一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、甲烷傳感器”，實時監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控平臺系統(tǒng)，對井下發(fā)火氣體指標及溫度進行全程監(jiān)控。

1）束管監(jiān)測指在利用色譜束管系統(tǒng)，利用預埋束管，通過束管采取氣樣，送地面進行色譜化驗實時監(jiān)控井下氣體情況。

2）人工檢測是指人工巡檢，每班派專人對巷頂與巷幫、工作面隅角、架間、采空區(qū)密閉內、專用探火孔或觀測孔等地點進行巡回檢查，其中：架間至少每5 架檢查1 次。檢查內容主要是氣體與溫度參數(shù)。老空區(qū)密閉正常情況下，至少每星期人工取樣化驗1 次，出現(xiàn)異常狀況時，取樣頻次適當加密。

2.3.2 分級管控

根據(jù)超前監(jiān)控數(shù)據(jù)的情況，結合井下實際情況，建立以CO 和C2H4為主，O2為輔的發(fā)火敏感性指標，形成3 級分級管控機制。第1 級“征兆”期（處于煤自然發(fā)火氧化過程的緩慢氧化階段）指標現(xiàn)象：0＜CO 濃度≤17×10-6；第2 級：“發(fā)展”期（處于煤自然發(fā)火氧化過程的加速氧化階段）指標現(xiàn)象：17×10-6＜CO 濃度≤415 ×10-6；第3 級：“危險期”（處于煤自然發(fā)火氧化過程的激烈氧化階段）指標現(xiàn)象：415 ×10-6＜CO 濃度≤直至出現(xiàn)C2H4或發(fā)現(xiàn)明火。

2.3.3 合理預防

合理配風、系統(tǒng)均壓：在采掘工作面作業(yè)、采空區(qū)密閉設置時優(yōu)先考慮系統(tǒng)均壓，采煤工作面主要通過合理設置設施、分配風量、進出風壓調整，采空區(qū)密閉主要通過增強設施施工質量、位置盡量在同一壓差側等措施；注氮惰化：采煤工作面回采前均必須建立注漿和注氮系統(tǒng)，合理選配注氮機和注氮管型。優(yōu)化工藝、強推快采：選擇合理的采煤工藝，配備完備的機械配材，充足的勞動力，實現(xiàn)合理生產(chǎn)組織，保證快速推進。采取強化回采工作面防火管理措施：應用進風側開豁口、懸空密閉、擋風簾、清浮煤等成熟管理技術。

2.4 “院企”合作解決火災治理瓶頸

根據(jù)芙蓉礦區(qū)火災治理的產(chǎn)生因數(shù)及治理難點，劃分為5 種類型：

1）極近距離、易自燃煤層群賦存條件下開采受上覆老空區(qū)與上覆火區(qū)威脅嚴重的火災治理，如珙泉煤礦2273 采煤工作面。

2）火與瓦斯耦合災害比較嚴重，受瓦斯治理影響，工作面推進速度緩慢，煤體氧化充分，采空區(qū)浮煤自然發(fā)火威脅大的火災治理，如杉木樹煤礦S3062 工作面。

3）大范圍多層采空區(qū)漏風復雜，漏風源及漏風通道難以掌握，采區(qū)范圍內出現(xiàn)氧化自熱高溫點下的火災治理，如白皎煤礦2274 工作面。

4）近距離煤層群開采，高位遺煤自然發(fā)火的火災治理，如新維煤礦8102 工作面。

5）自然發(fā)火封閉工作面啟封后復燃，高瓦斯賦存條件下極易引起瓦斯爆炸等次生災害火災治理，如杉木樹煤礦N3022 工作面及采空區(qū)。

6）沿空切巷采煤工藝形成大范圍采空區(qū)，回采期間極易受臨近采空區(qū)自然發(fā)火影響下的火災治理，如白皎煤礦2444 工作面。

針對以上6 種礦井火災治理難點，2016—2018年，“院企”合作共計回采的30 個具有自然發(fā)火威脅的工作面，未發(fā)生1 起因煤炭自然發(fā)火封閉工作事故，2009—2018 年芙蓉集團礦井發(fā)火及百萬噸發(fā)火率指標分析情況如圖2。

圖2 2009—2018 年芙蓉集團礦井發(fā)火及百萬噸發(fā)火率指標分析圖Fig.2 Analysis chart of mine fire and million ton fire rate index of Furong Group from 2009 to 2018

3 防治體系效果分析

3.1 取得的社會效益

1）2016—2018 年，杜絕了因自然發(fā)火而封閉采煤工作面事故，礦井連續(xù)3 年百萬噸發(fā)火率為0 次，同比每年減少2～4 次。確保礦井正常安全生產(chǎn)，工作面回采過程中有了安全保障，大大降低了采煤工作面采空區(qū)發(fā)火和瓦斯爆炸安全風險；確保了礦井正常采掘接替和實現(xiàn)了有序生產(chǎn)。企業(yè)未出現(xiàn)安全事故，企業(yè)建立良好社會形象。

2）提煉、總結出大量科研成果，并在同類礦井中推廣應用。研究成果“川南礦區(qū)沿空切巷條件下三高極近距離煤層群自然發(fā)火防治關鍵技術與工藝研究”，評價咨詢專家組認為該成果整體達到了國際先進水平，并榮獲2017 年度四川省科技進步“二等獎”；研究成果“礦井自燃火災災變多源誘發(fā)機制與防滅火關鍵技術工藝”，榮獲2018 年度四川省科技進步“三等獎”。

3.2 取得的經(jīng)濟效益

2016—2018 年，杜絕了因自然發(fā)火而封閉采煤工作面事故，企業(yè)收到了良好的經(jīng)濟效益。2013年—2015 年3 年期間，因火災治理不到位導致封閉工作面8 個，平均每年發(fā)火封閉工作面2.7 次，每次因治理造成的材料費、人工費、電費、水費等直接經(jīng)濟損失約為550 萬元/面。2016—2018 年3 年期間，環(huán)比節(jié)約損耗4 400 萬元，3 年院企合作經(jīng)費支出450 萬元，取得直接經(jīng)濟效益3 950 萬元。

2016—2018 年間，共計安全回采自然發(fā)火威脅工作面30 個，均實現(xiàn)了高效、快速推進；未因煤層自然發(fā)火導致煤炭資源損失，累計安全回采煤炭資源450 萬t，按300 元/t 原煤均價，累計產(chǎn)生間接經(jīng)濟效益135 000 萬元。

4 結 語

研究院所與煤炭企業(yè)發(fā)揮各自優(yōu)勢，火災防治技術體系涵蓋預測預防、預防治理到應急處理等礦井火災防治全過程，夯實礦井技術基礎?；馂姆乐喂芾眢w系覆蓋礦井采前管理、回采跟蹤管理與采后封閉管理全流程，以技術體系相聯(lián)動，以現(xiàn)場S+研究R“雙重”管理方式為核心，運用管理M+技術T“雙重”預防機制，保障了礦井安全生產(chǎn)。