一、背景技術
從全國來看，礦井井筒火災具有影響范圍大、涉險人數(shù)多、造成的安全后果和財產(chǎn)損失巨大等特點，因此針對高瓦斯礦井井筒內和井底馬頭門火災管理的重點還是以預防火災為主。對于高瓦斯礦井井筒內和井底馬頭門已經(jīng)出現(xiàn)明火的火災，由于受到礦井反風安全風險大、井筒內風速大、火災蔓延迅速、作業(yè)現(xiàn)場滅火器材有限、滅火空間狹小、井筒深度大和現(xiàn)有滅火方法、工具很難對著火區(qū)域進行有效滅火等因素的制約，因此，高瓦斯礦井井筒內和井底馬頭門發(fā)生火災后的安全后果往往是災難性的，這些已經(jīng)在高瓦斯礦井歷次井筒火災事故中得到驗證。
對于高瓦斯礦井井筒火災而言，即使采取礦井反風措施后，由于反風風量僅為正常通風期間風量50%左右，反風回風流中瓦斯?jié)舛缺日；仫L流中瓦斯?jié)舛雀叱?倍以上， 含有高濃度瓦斯的回風流經(jīng)過井筒著火點，發(fā)生瓦斯爆炸或爆燃幾率大大增加，甚至會造成礦毀人亡，安全風險極大。火災期間，如保持礦井正常通風，有害氣體會沿風流迅速蔓延，受災范圍人員脫險獲救的概率幾乎為零。火災如得不到及時控制，火風壓會引起井下風流逆轉，大大增加井下發(fā)生瓦斯爆炸或爆燃的概率。因此，高瓦斯礦井井筒內火災往往因無法采取礦井反風手段和滅火手段匱乏，致使滅火不及時，給員工生命和企業(yè)財產(chǎn)帶來重大損失。
二、研究內容
為解決上述存在的技術問題，我們研究了一套適用于高瓦斯礦井井筒的高效滅火系統(tǒng)，在保持高瓦斯礦井正常通風模式下，利用井筒內二氧化碳滅火系統(tǒng)、瓦斯抽放系統(tǒng)及礦井在線監(jiān)測系統(tǒng)的結合，對礦井井筒內和井底馬頭門火災實現(xiàn)快速、有效滅火，有效保護高瓦斯礦井井下員工人身和礦井財產(chǎn)安全。
1.技術方案
該滅火系統(tǒng)包含有井筒內二氧化碳滅火系統(tǒng)、井筒進風風量控制系統(tǒng)、井下有害氣體處理系統(tǒng)和礦井在線監(jiān)測系統(tǒng)。
（1）井筒內二氧化碳滅火系統(tǒng)包含有設置于礦井附近地面的二氧化碳儲存站和若干環(huán)形二氧化碳出氣口，在井筒內壁上自上而下至井底馬頭門處每間隔一定距離設置一個環(huán)形二氧化碳出氣口，若干環(huán)形二氧化碳出氣口均與二氧化碳儲存站并聯(lián)連接，設置獨立控制開關。
（2）井筒進風風量控制系統(tǒng)包含有若干風量控制風門，風量控制風門設置于井底車場與進風井井底聯(lián)通的巷道上，用來控制各個進風井井筒的風量。
（3）井下有害氣體處理系統(tǒng)包括有害氣體抽排系統(tǒng)和增氧系統(tǒng)。有害氣體抽排系統(tǒng)包含有瓦斯抽放站和與之連接的抽放管路，抽放管路接至各個風量控制風門靠近井筒的一側，井筒內火災期間，利用瓦斯抽放站將有毒有害氣體抽出排放。增氧系統(tǒng)包含有氧氣儲存站和氧氣濃度傳感器二，氧氣儲存站和氧氣濃度傳感器二設置于主井和副井進風風流匯合處以外10米范圍內，氧氣濃度傳感器二檢測到混合風流中氧氣濃度低于20%時，打開氧氣儲存站的氣瓶，向混合風流中補充氧氣。
井筒內每兩個環(huán)形二氧化碳出氣口之間以及井底馬頭門處設置氧氣濃度傳感器一，若干氧氣濃度傳感器一、若干風量控制風門、若干環(huán)形二氧化碳出氣口、氧氣濃度傳感器二均與礦井在線監(jiān)測系統(tǒng)連接，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)遠程控制各連接器件的操作。
有害氣體抽排系統(tǒng)設置為地面瓦斯抽放站或者井下專用抽放系統(tǒng)，井下專用抽放系統(tǒng)將氣體直接排放至采空區(qū)回風巷或總回風巷。
2.技術效果
該滅火系統(tǒng)適用于具有兩個及以上進風井井筒的高瓦斯礦井，單個進風井井筒發(fā)生火災期間，能夠通過另一個或幾個進風井井筒保持礦井正常供風，保證各用風地點風量基本滿足要求。
1、2 風量控制風門 3 氧氣儲存站 4 氧氣濃度傳感器二
圖1 災變前通風系統(tǒng)示意圖
（1）在井下建立二氧化碳滅火系統(tǒng)、進風風量控制系統(tǒng)、有害氣體處理系統(tǒng)，結合礦井在線監(jiān)測系統(tǒng)，將各系統(tǒng)中的監(jiān)測部件以及執(zhí)行部件與礦井在線監(jiān)測系統(tǒng)連接，利用地面遠程控制程序，在接收到監(jiān)測數(shù)據(jù)后對井下執(zhí)行部件進行遠程控制操作，無需操作人員進入火區(qū)和災區(qū)，操作安全、快捷，不存在人員傷亡，不存在滅火盲區(qū)。
（2）在井底停車場與進風井井底連通的巷道上設置若干風量控制風門，利用礦井井筒控風技術控制火災期間進風井的進風量，以進風風流為載體，通過遍布井筒和井底馬頭門處的二氧化碳滅火系統(tǒng)將含有大量二氧化碳的低氧空氣送達著火點，達到隔絕滅火的效果。
（3）通過有害氣體抽放系統(tǒng)和增氧系統(tǒng)形成有害氣體處理系統(tǒng)，大大減少了混入新鮮風流中的有害氣體總量，增加了混合風流中的氧氣含量，確保井下風流中有害氣體不超限、氧氣濃度符合要求，避免了高瓦斯因礦井反風造成的安全風險，既保證礦井通風安全又實現(xiàn)了快速、高效滅火的目的，有效保障了高瓦斯礦井井筒火災中人員和財產(chǎn)的安全，適合大規(guī)模推廣應用。
圖2 災變后通風系統(tǒng)示意圖
3.具體實施方式
以高瓦斯礦井副井井口以下350米處發(fā)橫火災為例。通過礦井在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到火災之后，實施遠程控制操作滅火。首先根據(jù)著火點的位置打開自上而下的4個環(huán)形二氧化碳出氣口的閥門（每兩個環(huán)形二氧化碳出氣口間距為100米），然后關閉與副井井筒聯(lián)通的風量控制風門，如圖2中的風量控制風門20和21，將副井井筒的進風風量控制到不大于150m3/min，主井做為主進風井，擔負礦井總進風任務。通過地面二氧化碳儲存站和井筒內的環(huán)形二氧化碳出氣口向副井井筒內持續(xù)注入大量二氧化碳，利用井底馬頭門和井筒內的氧氣濃度傳感器一來監(jiān)測氧氣濃度，并通過監(jiān)測數(shù)據(jù)調整二氧化碳流量，使井筒中著火點以上空氣中的氧氣濃度迅速降低到10%以下，當?shù)脱蹩諝饨?jīng)過著火點時，著火點就會因為缺氧而窒息熄滅，達到隔絕滅火的目的。
當高瓦斯礦井副井井口發(fā)生火災時，在利用礦井控風技術進行井筒快速、高效滅火的同時，立即開啟瓦斯抽排系統(tǒng)，對關閉風量控制風門范圍內的有害氣體進行抽排，通過瓦斯抽排管路排放至地面（或總回風巷），并通過安裝在混合風流處中的氧氣濃度傳感器二監(jiān)測混合風流中的氧氣濃度，根據(jù)監(jiān)測的氧氣濃度數(shù)據(jù)調節(jié)增氧系統(tǒng)的氧氣補給量，向混合風流中補充氧氣，確?；旌巷L流中氧氣濃度不低于20%。
三、系統(tǒng)特點
1.該系統(tǒng)適用于高瓦斯井筒內各個位置的火災滅火，以進風風流為載體，使低氧空氣能夠全部覆蓋災變的進風井井筒，不存在滅火盲區(qū)；
2.進行井筒內滅火作業(yè)時，滅火操作人員均不進入火區(qū)和災區(qū)，操作更加安全、快捷；
3.適用于具有兩個進風井井筒的高瓦斯礦井，單個進風井井筒發(fā)生火災期間，能夠通過另一個進風井井筒維持礦井正常供風，保證各用風地點風量基本滿足要求，確保井下風流中有害氣體不超限、氧氣濃度符合要求，避免了高瓦斯因礦井反風造成的安全風險，達到了即保證礦井通風安全又快速、高效滅火的目的。
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