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【摘 要】根据煤矿井下生产实际，对巷道冒顶形成的原因及容易产生巷道冒顶的地点、冒顶自燃发火机理、以及巷道冒顶煤炭自燃发火的预防和处理措施进行了初步分析。
【关键词】巷道冒顶；压力集中；冒顶空洞；接顶封闭
0.前言
巷道冒顶煤炭自燃火灾是煤矿井下特定环境中煤炭自燃的一种内因火灾。它发生的先决条件是巷道冒顶的产生。巷道冒顶在巷道施工中随时都可能出现，这些冒顶大都出现在有大量风流通过的巷道，且有支撑物的掩护；因而巷道冒顶煤炭自然火灾较其它内因火灾有更大的隐蔽性和危险性，也比较难以选择合适的灭火措施。巷道冒顶煤炭自燃发火灭火方法的选择要根据火区发展的程度，巷道冒顶的具体形状和具体环境进行确定。
1.巷道冒顶形成原因
巷道冒顶空洞是形成巷道冒顶煤炭自燃发火的必要条件。巷道冒顶空洞的形成主要与巷道施工质量、地质构造等有关。
（1）地质构造处易发生冒顶。在巷道施工过程中遇到断层、褶曲等地质构造时，由于过断层的方法处理失当，往往留下少量的三角顶炭（图1）。这些顶炭受压后冒落，形成巷道冒顶空洞。在过断层时，根据断层走向如能正确掌握过断层的方法将巷道穿至或穿过断层线，然后沿煤层施工巷道则可以避免巷道冒顶空洞的产生。
图1 三角顶炭示意图
（2）大倾角煤层中施工巷道易发生冒顶。在倾角较大的煤层中施工巷道时，使用传统的支护方式如拱形、正梯形支护时，棚梁上的三角顶炭受压后形成巷道冒顶。
2.巷道冒顶煤炭自燃发火原因分析
2.1巷道冒頂处多裂隙的残煤为发火创造聚热条件
容易发生巷道冒顶的地点一般来说矿山压力都特别显著，在巷道施工完毕后，煤体原有的压力平衡被破坏，造成局部压力集中。在巷道支撑物不完好的情况下，压酥的煤体一部分冒落，剩余的部分残煤在矿压作用下产生大量裂隙，且冒落空洞表面不规则，增加了与空气的氧化接触面积，为氧化聚热创造了良好的条件。
2.2冒顶空洞存在连续供氧条件
连续供氧是煤炭自燃发火决定性的因素之一，而巷道冒顶空洞内残煤的供氧方式和其它内因火灾相比有其特殊性。一般供风巷道的冒顶空洞，存在着以下两种连续供氧方式：
（1）冒顶空洞内残煤氧化后，温度升高、与冒顶下方巷道内气温有一温差，使其间产生微量热风压。巷道中低温空气气流在热风压的作用下，自然流向冒顶空洞的顶部，为连续供氧创造了条件。热风压直接用下式计算
hr=Zr△T/T
式中Z——巷道冒顶空洞高度；
r——巷道中的空气重率；
△T——巷道冒顶空洞上下温度差；
T——巷道中的空气温度。
由上式可知，热风压的大小与冒顶深度有关，与冒顶空洞上下两端的温差有关。冒顶愈深，温差愈大，热风压愈大，由此产生的风量愈大。由上式也可看出，在冒顶深度一定的情况下，热风压的大小直接与冒顶空洞上下两端的温差有关，而冒顶点存在时间愈长，冒顶点聚热愈多，则热风压也愈突出。
（2）巷道中呈紊流状态运动的风流，其空气分子不断撞击冒顶空洞内的空气分子，空洞内的空气分子获得能量往顶部依次传递，这就是所谓的扩散通风，也是冒顶空洞连续供氧的主要方式。
3.巷道冒顶煤炭自燃发火的预防
由前述可知，巷道冒顶空洞是造成顶部煤炭自燃发火的必要条件，因此在巷道施工或使用过程中及时正确地处理所产生的冒顶是预防巷道冒顶自燃发火的关键。冒顶煤炭自燃火灾的处理有以下几种方法。
（1）接顶封闭法。这种方法适用于巷道冒顶范围小且冒落高度不深的情况。具体做法是用水泥板封堵，上面用黄泥、砂浆等不燃性材料密封、充填。
（2）改变形状法。这种方法主要是根据扩散通风的原理，利用改变巷道冒顶空洞的形状，有意识地增强巷道冒顶空洞的扩散通风能力，使冒顶顶部氧化产生的热量被及时带走，不致于造成聚热发火。具体做法是将冒顶区域与巷道接触部分修成光滑的弧状，使巷道中的风流易于往冒顶顶部扩散。这种方法适合于巷道冒顶不深且冒顶范围较大的巷道冒顶点。
（3）导风法。利用适当的导风设施，如木板、风障、金属风筒等将风流引入巷道冒顶点，使冒顶点氧化产生的热量及时排出。这种方法适合于冒落范围不大但冒落高度较大的情况。
4.巷道冒顶煤炭自燃火灾的处理
巷道冒顶煤炭自燃火灾的处理方法多种多样，但如何保证火区处理得迅速、有效，往往要根据冒顶火区的着火程度、火区面积、冒顶空洞形状等具体情况作出具体选择。
（1）卸顶法。卸顶法是处理冒顶煤炭自燃火灾比较常用的一种方法。具体做法是用长把工具将高温燃烧的残煤卸掉，消除冒顶空洞中的可燃物，然后结合插管喷水将火灭掉。这种方法适合于着火时间短、着火范围不大且巷道冒顶不深的情况。
（2）插管注水法。根据水能吸热的物理特性，直接将高压水管插入冒顶火区直接进行喷水灭火。在残煤明火灭掉之后，水在冒顶空洞中的高温作用下，蒸发产生蒸汽，在煤体表面形成水膜，阻止氧气和煤的接触，并排出冒顶空洞中的氧气，达到降温灭火的目的。
（3）打钻注水法。在巷道冒顶比较深，冒顶范围大，火源点具体位置不能确定，而采取了上述两种方法均不能达到灭火的目的情况下，利用岩石电钻在冒顶点附近，从不同角度向冒顶火区的顶部，两侧打钻孔插管注水。岩石电钻打眼时可能将钻孔打人冒顶区，而冒顶区的钻孔短时间内容易造成垮孔，无法插管。所以钻孔尽量打在冒顶火区的顶部和两侧，距火源保持0.5m左右。由于具体着火位置不能确定，因而打钻也不可能一次成功，须在不同位置，不同角度多打钻孔方能奏效。
（4）喷浆法。利用喷浆法处理巷道冒顶煤炭自燃火灾实质上也是隔离灭火的一种方法。在巷道冒顶面积大，但冒高不深时选用长把工具卸掉部分活矸或活炭，然后在冒顶内表层用混凝土作原料进行喷浆。喷浆既可改善空气与煤体接触面的光滑程度，又可形成牢固的支护，同时又形成一层致密的隔氧层，从而达到灭火的目的。
【关键词】巷道冒顶；压力集中；冒顶空洞；接顶封闭
0.前言
巷道冒顶煤炭自燃火灾是煤矿井下特定环境中煤炭自燃的一种内因火灾。它发生的先决条件是巷道冒顶的产生。巷道冒顶在巷道施工中随时都可能出现，这些冒顶大都出现在有大量风流通过的巷道，且有支撑物的掩护；因而巷道冒顶煤炭自然火灾较其它内因火灾有更大的隐蔽性和危险性，也比较难以选择合适的灭火措施。巷道冒顶煤炭自燃发火灭火方法的选择要根据火区发展的程度，巷道冒顶的具体形状和具体环境进行确定。
1.巷道冒顶形成原因
巷道冒顶空洞是形成巷道冒顶煤炭自燃发火的必要条件。巷道冒顶空洞的形成主要与巷道施工质量、地质构造等有关。
（1）地质构造处易发生冒顶。在巷道施工过程中遇到断层、褶曲等地质构造时，由于过断层的方法处理失当，往往留下少量的三角顶炭（图1）。这些顶炭受压后冒落，形成巷道冒顶空洞。在过断层时，根据断层走向如能正确掌握过断层的方法将巷道穿至或穿过断层线，然后沿煤层施工巷道则可以避免巷道冒顶空洞的产生。
图1 三角顶炭示意图
（2）大倾角煤层中施工巷道易发生冒顶。在倾角较大的煤层中施工巷道时，使用传统的支护方式如拱形、正梯形支护时，棚梁上的三角顶炭受压后形成巷道冒顶。
2.巷道冒顶煤炭自燃发火原因分析
2.1巷道冒頂处多裂隙的残煤为发火创造聚热条件
容易发生巷道冒顶的地点一般来说矿山压力都特别显著，在巷道施工完毕后，煤体原有的压力平衡被破坏，造成局部压力集中。在巷道支撑物不完好的情况下，压酥的煤体一部分冒落，剩余的部分残煤在矿压作用下产生大量裂隙，且冒落空洞表面不规则，增加了与空气的氧化接触面积，为氧化聚热创造了良好的条件。
2.2冒顶空洞存在连续供氧条件
连续供氧是煤炭自燃发火决定性的因素之一，而巷道冒顶空洞内残煤的供氧方式和其它内因火灾相比有其特殊性。一般供风巷道的冒顶空洞，存在着以下两种连续供氧方式：
（1）冒顶空洞内残煤氧化后，温度升高、与冒顶下方巷道内气温有一温差，使其间产生微量热风压。巷道中低温空气气流在热风压的作用下，自然流向冒顶空洞的顶部，为连续供氧创造了条件。热风压直接用下式计算
hr=Zr△T/T
式中Z——巷道冒顶空洞高度；
r——巷道中的空气重率；
△T——巷道冒顶空洞上下温度差；
T——巷道中的空气温度。
由上式可知，热风压的大小与冒顶深度有关，与冒顶空洞上下两端的温差有关。冒顶愈深，温差愈大，热风压愈大，由此产生的风量愈大。由上式也可看出，在冒顶深度一定的情况下，热风压的大小直接与冒顶空洞上下两端的温差有关，而冒顶点存在时间愈长，冒顶点聚热愈多，则热风压也愈突出。
（2）巷道中呈紊流状态运动的风流，其空气分子不断撞击冒顶空洞内的空气分子，空洞内的空气分子获得能量往顶部依次传递，这就是所谓的扩散通风，也是冒顶空洞连续供氧的主要方式。
3.巷道冒顶煤炭自燃发火的预防
由前述可知，巷道冒顶空洞是造成顶部煤炭自燃发火的必要条件，因此在巷道施工或使用过程中及时正确地处理所产生的冒顶是预防巷道冒顶自燃发火的关键。冒顶煤炭自燃火灾的处理有以下几种方法。
（1）接顶封闭法。这种方法适用于巷道冒顶范围小且冒落高度不深的情况。具体做法是用水泥板封堵，上面用黄泥、砂浆等不燃性材料密封、充填。
（2）改变形状法。这种方法主要是根据扩散通风的原理，利用改变巷道冒顶空洞的形状，有意识地增强巷道冒顶空洞的扩散通风能力，使冒顶顶部氧化产生的热量被及时带走，不致于造成聚热发火。具体做法是将冒顶区域与巷道接触部分修成光滑的弧状，使巷道中的风流易于往冒顶顶部扩散。这种方法适合于巷道冒顶不深且冒顶范围较大的巷道冒顶点。
（3）导风法。利用适当的导风设施，如木板、风障、金属风筒等将风流引入巷道冒顶点，使冒顶点氧化产生的热量及时排出。这种方法适合于冒落范围不大但冒落高度较大的情况。
4.巷道冒顶煤炭自燃火灾的处理
巷道冒顶煤炭自燃火灾的处理方法多种多样，但如何保证火区处理得迅速、有效，往往要根据冒顶火区的着火程度、火区面积、冒顶空洞形状等具体情况作出具体选择。
（1）卸顶法。卸顶法是处理冒顶煤炭自燃火灾比较常用的一种方法。具体做法是用长把工具将高温燃烧的残煤卸掉，消除冒顶空洞中的可燃物，然后结合插管喷水将火灭掉。这种方法适合于着火时间短、着火范围不大且巷道冒顶不深的情况。
（2）插管注水法。根据水能吸热的物理特性，直接将高压水管插入冒顶火区直接进行喷水灭火。在残煤明火灭掉之后，水在冒顶空洞中的高温作用下，蒸发产生蒸汽，在煤体表面形成水膜，阻止氧气和煤的接触，并排出冒顶空洞中的氧气，达到降温灭火的目的。
（3）打钻注水法。在巷道冒顶比较深，冒顶范围大，火源点具体位置不能确定，而采取了上述两种方法均不能达到灭火的目的情况下，利用岩石电钻在冒顶点附近，从不同角度向冒顶火区的顶部，两侧打钻孔插管注水。岩石电钻打眼时可能将钻孔打人冒顶区，而冒顶区的钻孔短时间内容易造成垮孔，无法插管。所以钻孔尽量打在冒顶火区的顶部和两侧，距火源保持0.5m左右。由于具体着火位置不能确定，因而打钻也不可能一次成功，须在不同位置，不同角度多打钻孔方能奏效。
（4）喷浆法。利用喷浆法处理巷道冒顶煤炭自燃火灾实质上也是隔离灭火的一种方法。在巷道冒顶面积大，但冒高不深时选用长把工具卸掉部分活矸或活炭，然后在冒顶内表层用混凝土作原料进行喷浆。喷浆既可改善空气与煤体接触面的光滑程度，又可形成牢固的支护，同时又形成一层致密的隔氧层，从而达到灭火的目的。