文 / 唐建华（湖南理工职业技术学院）

煤矿生产中，火灾是五大自然灾害之一。其中，进风井筒火灾危害特别严重，这类火灾发展速度快，来势凶猛，往往造成重大人员伤亡和财产损失。1986年11月24日3时30分，枣矿集团山家林煤矿-380m皮带巷发生火灾，死亡24人，重伤2人，轻伤24人，烧毁5部皮带运输机及其设备。1993年8月9日，贵州省某矿进风斜井井底车场内的变电所发生火灾，同时导致进风斜井木支架起火。当时回风侧27人中仅2人脱险，25人遇难。在救灾过程中误停主要通风机，导致风流逆转，又使救灾人员23人遇难，其中包括救护队员1人、消防队员3人、矿总工程师及安全科长。2010年1月5日13时40分，湖南省湘潭市湘潭县谭家山镇立胜煤矿发生井下电缆起火，死亡34人，直接经济损失2962万元。2007年10月22日20时39分，湖南省长沙矿业集团五亩冲煤矿副井进风井筒发生火灾，火势发展迅猛。在湖南省长沙矿业集团救护大队全力抢救下，控制火灾范围，避免了人员伤亡和重大财产损失。本人从风流控制的角度研究进风井火灾时风流控制技术。通过长沙矿业集团五亩冲煤矿进风副井火灾事故，详细阐述火灾时风流控制技术，为其他矿井火灾时抢险救灾、应急救援提供技术借鉴。

1、五亩冲煤矿介绍

五亩冲煤矿隶属于湖南省长沙矿业集团，为国有独资煤炭开采企业。该矿位于湖南省长沙市宁乡市煤炭坝镇境内，距长沙市区75km、宁乡市区25km。矿井设计生产能力450kt/a，1989年矿井技术改造后生产能力提升为600 kt/a。该矿井开拓方式为立井单水平上、下山开拓。矿井通风方式为中央边界式、通风方法为抽出式。矿井主要通风机型号为G4-73-11No22D、电机功率为355kw、电机转速为730r/min、风压为1360～2600Pa、风量为40～90m3/s、反风方式为风道反风。矿井进风井筒有主井、副井及箕斗井，回风井筒为边界风井。矿井通风系统示意图如下：

图1 矿井通风系统示意图

2、矿井风压及副井火灾时风压的变化

副井井筒内发生火灾时，随着火势的发展副井井筒内空气温度不断发生变化。副井井筒内温度增加时，副井至风井的自然风压、主井至副井的自然风压、箕斗井至副井的自然风压均发生改变。

2.1主井、副井、箕斗井、风井之间自然风压

（1）主井至风井

（2）副井至风井

（3）箕斗井至风井

（4）主井至副井

（5）箕斗井至副井

（6）箕斗井至主井

式中：

Hn1、Hn2、Hn3、Hn4、Hn5、Hn6——主井至风井、副井至风井、箕斗井至风井、主井至副井、箕斗井至风井、箕斗井至主井自然风压，Pa

P01、P02、P03——主井、副井、箕斗井井口地面大气压，Pa；

H1、H2、H3——主井、副井、箕斗井垂直深度，m；

T1、T2、T3、T4、——主井、风井、副井、箕斗井内空气的平均温度K；

R——矿井空气常数，287J/（Kg . K）

g——重力加速度，9.8m/s2；

2.2 副井发生火灾时进、回风井筒之间自然风压

（1）副井至风井

（2）主井至副井

（3）箕斗井至副井自然风压

式中： t——火灾时副井内空气的平均温度，℃；

3、进风副井火灾时风流流动分析

3.1 火灾前风流流动

因主井、副井、箕斗井、风井安装设备的不同、分配风量的差异以及风流与围岩热交换等因素的影响，导致主井、副井、箕斗井、风井等井筒内空气密度、温度不同。从前面计算的结果来看，主井至风井自然风压75.29Pa，副井至风井自然风压70.46Pa，箕斗井至风井自然风压85.53Pa，主井至副井自然风压4.63Pa，箕斗井至副井自然风压15.13Pa，箕斗井至主井自然风压10.20Pa。主要通风机负压1960 Pa，风量为70m3/s。在主要通风机、自然风压、矿井通风调节设施的作用下，矿井主井、副井、箕斗井的风量分别为51.12 m3/s、16.88 m3/s、2.00 m3/s。矿井通风网络及风量分配图如下：

图2 火灾前矿井通风网络及风量分配图

3.2 火灾时风流流动

（1）主井至风井的风路上

（2）在副井至风井的风路上：

①当副井为进风时，不妨令Q副〉0；

②当副井为回风时，不妨令Q副〈0；

③当副井风流停滞时，不妨令Q副=0；

式（1）减去式（2）得：

式（1）减去式（3） 得：

（1）式减去（4）式 得：

（3）把上述计算结果代入（5）、（6）、（7）式得：

①当副井为进风时，即 Q副〉0；t〈15.43℃

②当副井为回风时，即Q副〈0；t〉15.43℃

③当副井风流停滞时，即 Q副=0；t=15.43℃

式（1）除式（2）得

式（1）除式（3）得

式（1）除式（4）得

式中：Hf——主要通风机进风口的相对全压，Pa；

R主——主井风阻，N·s2/m8；

R副——副井风阻，N·s2/m8；

R′——除主井、副井、箕斗井外其他风路总风阻，N·s2/m8；

Q主——主井风量，m3/s；

Q副——副井风量，m3/s；

Q风——风井风量，m3/s；

（5）火灾导致风流紊乱

副井发生火灾后，火灾产生的烟流沿着风流迅速扩散到矿井进风流中，波及全矿井的安全生产。随着火势的发展，副井及附近空气密度、温度等状态参数发生变化，造成矿井风流紊乱。当副井内空气温度小于、等于或大于15.43℃时，副井内的风流将发生顺流、停滞、逆流流动。副井内风流顺流、停滞、逆流等风流紊乱现象与主要通风机的全压、火灾时主井至副井自然风压、副井至风井自然风压、主井风阻、副井风阻等因素有关。火灾时通风系统、通风网络、火区位置图如下。

图3 火灾时通风系统、火区位置示意图

图4 火灾时通风网络及风量分配图

4火灾时矿井风流控制措施

4.1 打开-100m中央泵房及变电所回风上山调节风门，形成短路风流

当副井井筒发生火灾时，火灾产生的烟流进入矿井总进风巷道，大量有毒有害气体与矿井进风风流混合，再进入矿井作业地点，严重威胁作业人员的安全。

火灾时，打开-100m中央泵房及变电所回风上山调节风门，形成短路风流，主要作用如下:

（1）矿井通风阻力减小，主要通风机负压减小，主要通风机抽风量增大，矿井总进风量增大，主井、副井风量增大，主井、副井通风阻力增加。火灾时，副井风流流动不易反向，有利于保障进风侧抢险救灾人员的安全。

（2）火灾产生的大部分有毒有害气体直接进入总回风系统，从而大大降低矿井总进风巷风流中有毒有害气体的浓度，有利于保障矿井作业人员的安全。

（3）因风流短路，井下其他用风地点风量减小，矿井各作业地点CH4、CO2浓度逐渐增加，造成CH4、CO2浓度超限。为减少风流短路的影响，打开箕斗井调节风门，增加进风量；同时停止井下采、掘作业，减少CH4、CO2涌出量。

4.2 在主井设置调节风帐，增加主井通风阻力

从上述计算可知，当副井为进风时，即Q副〉0； ，增加R主即增加主井风阻，有利于保持副井风流稳定。副井火灾时，在主井设置调节风帐，增加主井风阻，主井风量减少，副井风量增加，副井产生的烟流量也会增加。为减少副井烟流量，可调节箕斗井风量。增加箕斗井进风量，副井烟流量将减少。调节后，主井进风量减少，箕斗井进风量增加，副井产生的烟流主要部分由中央泵房回风上山直接进入总回风巷，大大减少矿井主要进风巷有毒有害气体的浓度。

4.3 在副井设置喷水设施，降低副井风流温度

副井火灾时，在副井设置喷水设施，降低副井风流温度。由公式（9）可知，当副井风流温度t减小，减小。

由公式（8）可知：当副井为进风时，即Q副〉0；减小即减小主井至副井自然风压，有利于保持副井风流稳定。

另外副井内喷水，有利于熄灭火区，减少副井产生的烟流量。

4.4 在副井设置调节风帐，减少副井风量

外因火灾发展速度快，来不及扑灭，井筒内风流温度迅速上升，往往造成风流反向。在副井设置调节风帐，减少副井风量。副井风量减小，副井内空气温度上升，从前述计算式可知：增加，有利于副井风流反向，火灾产生的烟流直接排至地面，达到局部反风的效果；另一方面，减少副井风量，有利于火区熄灭。但是，在火区熄灭的过程中，副井内空气温度逐渐降低，减小，风流又可能反向；打开箕斗井调节风门，增加箕斗井风量，有利于防止风流再次反向。在副井设置风帐时，同时，在副井内安装洒水喷雾装置，加速火灾熄灭。

4.5 全矿性反风

利用主要通风机反风设施进行全矿性反风，阻止烟流进入采、掘工作面。全矿性反风有短路反风和矿井反风，其中，短路反风后风流不进入采、掘工作面，风流经风井、主要进风大巷、井底车场直接短路回风；矿井反风利用全矿井反风设施使全矿井风流反向，反风后，风流进入采、掘工作面。

短路反风使井下采、掘工作面风量大幅度减少，可能导致瓦斯积聚。矿井反风使采、掘工作面仍有部分风量，但是，必须有完善的、可靠的反风风门，否则，可能达不到反风目的，造成风流紊乱，增加人员撤退的难度。

五亩冲矿井是低瓦斯矿井，副发生火灾，宜采用短路反风。打开总进风与总回风联络巷风门及中央泵房回风上山调节风门，启动主要通风机反风设施，矿井抽出式通风方法改为压人式通风方法，将副井火灾的烟流直接排至地面。人员从箕斗井撤至地面。□