煤礦火災(zāi)防治

2017/11/2,1,現(xiàn)代化礦井通風(fēng)技術(shù)管理與災(zāi)害防治,制作人：王 毅2010 年 6 月,礦井火災(zāi)防治理論與技術(shù),2017/11/2,2,主要內(nèi)容,第一節(jié) 概 述第二節(jié) 礦井外因火災(zāi)及其預(yù)防第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎(chǔ)第四節(jié) 礦井火災(zāi)預(yù)測和預(yù)報第五節(jié) 開采技術(shù)防火措施第六節(jié) 灌漿與阻化劑防滅火第七節(jié) 均壓防滅火第八節(jié) 惰氣防滅火第九節(jié) 礦井火災(zāi)時期通風(fēng)第十節(jié) 礦井火災(zāi)處理與控制,2017/11/2,3,第一節(jié) 概 述,一、火災(zāi)與礦井或煤田火災(zāi)的概念 在礦井或煤田范圍內(nèi)發(fā)生，威協(xié)安全生產(chǎn)、造成一定資源和經(jīng)濟(jì)損失或者人員傷亡的燃燒事故，稱之為礦井或煤田火災(zāi)。二、礦井火災(zāi)的類型及其特性 按引火原因分類 （1）內(nèi)因(自燃)火災(zāi) 自燃物在一定的外部（適量的通風(fēng)供氧）條件下，自身發(fā)生物理化學(xué)變化，產(chǎn)生并積聚熱量，使其溫度升高，達(dá)到自燃點(diǎn)而形成的火災(zāi)稱之為內(nèi)因火災(zāi)。 （2）外因火災(zāi) 可燃物在外界火源(明火或高溫?zé)嵩?的作用下，引起燃燒而形成的火災(zāi)叫外因火災(zāi),2017/11/2,4,第二節(jié) 礦井外因火災(zāi)及其預(yù)防,一、物質(zhì)燃燒的充要條件 、必要條件 （1）有充足的可燃物； （2）有助燃物存在。凡是能支持和幫助燃燒的物質(zhì)都是助燃物。常見的助燃物是含一定氧濃度的空氣。 （3）具有一定溫度和能量的火源。 、充分條件 （1）燃燒的三個必要條件同時存在，相互作用； （2）可燃物的溫度達(dá)到燃點(diǎn)，生成熱量大于散發(fā)熱量。,2017/11/2,5,第二節(jié) 礦井外因火災(zāi)及其預(yù)防,煤礦常見的外因火源主要有以下幾種： （1）電能熱源： 電(纜)流短路或?qū)w過熱；電弧電火花；烘烤（燈泡取暖）靜電等。 （2）摩擦熱 。 （3）放明炮、糊炮等。 （4）明火（高溫焊碴、吸煙）。,2017/11/2,6,第二節(jié) 礦井外因火災(zāi)及其預(yù)防,二、預(yù)防外因火災(zāi)的技術(shù)措施 預(yù)防火災(zāi)發(fā)生有兩個方面： 防止火源產(chǎn)生； 防止已發(fā)生的火災(zāi)事故擴(kuò)大，以盡量減少火災(zāi)損失。,2017/11/2,7,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎(chǔ),一、煤炭自然機(jī)理 一百多年來，先后提出闡述煤炭自燃機(jī)理學(xué)說有多種，其中主要的有黃鐵礦作用學(xué)說、細(xì)菌作用學(xué)說、酚基作用學(xué)說以及煤氧化合學(xué)說等。二、自燃發(fā)火與自燃發(fā)火期 自燃發(fā)火：有自燃發(fā)火的煤層被開采破碎后在常溫下與空氣接觸發(fā)生氧化，產(chǎn)生熱量使其溫度升高，出現(xiàn)明火和冒煙的現(xiàn)象。 自燃發(fā)火期：煤層被開采破碎、接觸空氣之日起，至出現(xiàn)自燃現(xiàn)象或溫度上升到自燃點(diǎn)為止，所經(jīng)的時間。以月或天為單位。,2017/11/2,8,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎(chǔ),三、煤炭自燃條件 1、具有自燃傾向的煤被開采后呈破碎堆積狀態(tài). 2、有較好的蓄熱條件。 3、有適量的通風(fēng)供氧。 4、上述三條件共存的時間大于煤的自燃發(fā)火期。,2017/11/2,9,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎(chǔ),四 影響煤炭自然發(fā)火的因素1、煤的自燃性能 （1）煤的分子結(jié)構(gòu)。 （2）煤化程度。煤的自燃傾向性隨煤化程度增高而降低。 （3）煤巖成分。 各種單一的煤巖成分具有不同的氧化活性，其氧化能力按鏡煤亮煤暗煤絲煤的順序遞減。 （4）煤中的瓦斯含量。 它類似用惰性氣體稀釋空氣對氧化發(fā)生的影響。 （5）水分。既有加速氧化的一面，也有阻滯氧化的因素。,2017/11/2,10,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎(chǔ),（6）煤中硫和其它礦物質(zhì)。 煤中含有的硫和其它催化劑，則會加速煤的氧化過程。2、開采技術(shù) 礦井的開拓方式、采區(qū)巷道布置、回采方法和回采工藝、通風(fēng)系統(tǒng)和技術(shù)管理等開采技術(shù)和管理水平，對自然發(fā)火起決定性影響。 （1）礦井開拓方式和采區(qū)巷道布置。 （2）回采方法和回采工藝，但其決定的因素是回采率和工作面推進(jìn)速度。,2017/11/2,11,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎(chǔ),3、影響采空區(qū)自燃的因素 （1）采空區(qū)三帶劃分 對于后“U”通風(fēng)系統(tǒng)(一源一匯)的采空區(qū)，按漏風(fēng)大小和遺煤發(fā)生自燃的可能性采空區(qū)可分為三帶： 散熱帶：寬度為L15 20 m 自燃帶：寬度為L220 70 m 窒息（不自燃）帶。,2017/11/2,12,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎(chǔ),劃分三帶的指標(biāo)有三種： 采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)速V V0.9m/s為散熱帶；0.9V0.02m/s為自燃帶,0.02m/s為自窒息帶。 采空區(qū)氧濃度（C）分布 認(rèn)為C8%為窒息帶，C8%為自燃帶。 采空區(qū)遺煤溫升速度 （dt1/d為自燃帶）。 由于缺少深入的理論研究和試驗(yàn)結(jié)果，此指標(biāo)目前尚難以應(yīng)用。,2017/11/2,13,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎(chǔ),（2）采空區(qū)遺煤自燃的條件及其影響因素 設(shè)自燃帶的最大寬度為L1+L2，工作面的推進(jìn)速度為V，自然發(fā)火期為S，在自燃帶內(nèi)煤暴露于空氣的最長時間為(月)，則 (L1+L2) / V 當(dāng): S時，可能發(fā)生自燃。4、漏風(fēng) 在煤炭氧化過程的熱平衡關(guān)系中，漏風(fēng)起兩方面的作用：一是：向煤提供氧化所必須的氧氣，促進(jìn)氧化發(fā)展二是：帶走氧化生成的熱量，降低煤溫，抑制氧化過程發(fā)展,2017/11/2,14,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎(chǔ),5、地質(zhì)因素（1）傾角。（2）煤層厚度。（3）地質(zhì)構(gòu)造。 在有地質(zhì)構(gòu)造的地區(qū)，自燃危險性加劇。（4）開采深度。六、煤的自燃過程、潛伏（自燃準(zhǔn)備）期 自煤層被開采、接觸空氣起至煤溫開始升高止的時間區(qū)間稱之為潛伏期。,2017/11/2,15,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎(chǔ),、自熱階段 溫度開始升高起至其溫度達(dá)到燃點(diǎn)的過程叫自熱階段。 自熱過程是煤氧化反應(yīng)自動加速、氧化生成熱量逐漸積累、 溫度自動升高的過程。、自燃階段 煤溫達(dá)到其自燃點(diǎn)后，若能得到充分的供氧（風(fēng)），則發(fā)生燃燒，出現(xiàn)明火。4、熄滅,2017/11/2,16,第四節(jié) 礦井火災(zāi)預(yù)測和預(yù)報,根據(jù)煤田地質(zhì)勘探或在礦井開采的過程中，所采集的煤樣的分析化驗(yàn)結(jié)果和自然發(fā)火的統(tǒng)計資料，判定待開采煤層的自燃嚴(yán)重程度及其在空間上的分布規(guī)律，為有針對性制定防滅火措施提供可靠的依據(jù)。一、煤層自燃傾向性的鑒定方法 1992年版的煤礦安全規(guī)程執(zhí)行說明規(guī)定采用吸氧量法。煤的自燃傾向性分類,2017/11/2,17,第四節(jié) 礦井火災(zāi)預(yù)測和預(yù)報,二、煤層自然發(fā)火期的估算方法及其延長途徑 1、煤層自然發(fā)火期的估算 （）統(tǒng)計比較法。 （）類比法。 、延長煤層自然發(fā)火期的途徑 其途徑有： （）減小煤的氧化速度和氧化生熱。 （）增加散熱強(qiáng)度，降低溫升速度。,2017/11/2,18,第四節(jié) 礦井火災(zāi)預(yù)測和預(yù)報,三、礦井外因火災(zāi)預(yù)測 礦井外因火災(zāi)預(yù)測是，通過井巷中的可燃物和潛在火源分布調(diào)查，確定可能產(chǎn)生外因火災(zāi)的空間位置，及其危險性等級。四、礦井火災(zāi)的預(yù)報 根據(jù)火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，應(yīng)用成熟的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，采集處于萌芽狀態(tài)的火災(zāi)信息，進(jìn)行邏輯推斷后給出火情報告。,2017/11/2,19,第四節(jié) 礦井火災(zāi)預(yù)測和預(yù)報,主要有：1、利用人體生理感覺預(yù)報自然發(fā)火 依靠人體生理感覺預(yù)報礦井火災(zāi)的主要方法有： （1）嗅覺 （2）視覺 （3）感（觸）覺2、氣體成分分析法 （1）指標(biāo)氣體及其臨界指標(biāo) 能反映煤炭自熱或可燃物燃燒初期階段特征的、并可用來作為火災(zāi)早期預(yù)報的氣體叫指標(biāo)氣體。,2017/11/2,20,第四節(jié) 礦井火災(zāi)預(yù)測和預(yù)報,(2）常用的指標(biāo)氣體 一氧化碳（） Graham系數(shù)CO 用流經(jīng)火源或自熱源風(fēng)流中的CO濃度增加量與氧濃度減少量之比作為自然發(fā)火的早期預(yù)報指標(biāo)。 乙烯。 其它指標(biāo)氣體。 國外有的煤礦采用烯炔比（乙烯和乙炔（C2H2）之比）和鏈烷比（C2H6/CH4)來預(yù)測煤的自熱與自燃。 五、連續(xù)自動檢測系統(tǒng) 1、束管系統(tǒng) 、礦井火災(zāi)監(jiān)測與監(jiān)控,2017/11/2,21,第五節(jié) 開采技術(shù)防火措施,一、礦井自燃火源的分布規(guī)律 1、采空區(qū)。（采空區(qū)火災(zāi)占50以上。） 2、煤柱。 3、巷道頂煤。 4、斷層和地質(zhì)構(gòu)造附近。二、開拓開采技術(shù)防火措施 開拓開采技術(shù)防止自燃發(fā)火總的要求是： 1、提高回采率。 2、限制或阻止空氣流入和滲透至疏松的煤體，消除自 燃的供氧條件。 3、使流向可燃物質(zhì)的漏風(fēng)，在數(shù)量上限制在不燃風(fēng)量之下，在時間上限制在自燃發(fā)火期以內(nèi)。,2017/11/2,22,第五節(jié) 開采技術(shù)防火措施,主要技術(shù)措施有：（1）合理地進(jìn)行巷道布置（2）選擇合理的采煤方法和先進(jìn)的回采工藝，提高回采率，加快回采進(jìn)度。（3）選擇合理的的通風(fēng)系統(tǒng)。（4）堅持自上而下的開采順序。（5）合理確定近距離相鄰煤層和厚煤層分層同采時兩工作面之間的錯距，防止上、下之間采空區(qū)連通。,2017/11/2,23,第六節(jié) 灌漿與阻化劑防滅火,一、灌漿防火 灌漿就是把粘土、粉碎的頁巖、電廠飛灰等固體材料與水混合、攪拌，配制成一定濃度的漿液，借助輸漿管路注入或噴灑在采空區(qū)里，達(dá)到防火和滅火的目的。 1、灌漿防滅火的機(jī)理 機(jī)理：充填煤巖裂隙及其孔隙的表面，增大氧氣擴(kuò)散的阻力，減小了煤與氧的接觸和反應(yīng)面；漿水浸潤煤體，增加煤的外在水份，吸熱冷卻煤巖；加速采空區(qū)冒落煤巖的膠結(jié)，增加采空區(qū)的氣密性。,2017/11/2,24,第六節(jié) 灌漿與阻化劑防滅火,2、灌漿系統(tǒng) 灌漿系統(tǒng)由制漿、輸漿和灌漿三部分組成。 （1）、漿液的制備 漿液性能。對漿液性能的基本要求是，濃度適當(dāng)，滲透能力強(qiáng)。 漿材的選取 漿材必須滿足一定的基本要求。 漿液的制備工藝。 （2）、漿液的輸送 輸漿壓力與輸漿倍線 輸送漿液的壓力有兩種：靜壓輸送和加壓輸送,2017/11/2,25,第六節(jié) 灌漿與阻化劑防滅火,3、灌漿防火方法 按與回采的關(guān)系分，預(yù)防性灌漿有： （1）、采前預(yù)灌 （2）、隨采隨灌 （3）、封閉灌漿,2017/11/2,26,第六節(jié) 灌漿與阻化劑防滅火,二、 阻化劑防滅火 在化學(xué)上，凡是能減小化學(xué)反應(yīng)速度的物質(zhì)皆稱為阻化劑(inhibitors)。 1、作用機(jī)理：（1）增加煤在低溫時的化學(xué)惰性，或提高煤氧化的活能（2）形成液膜包圍煤塊和煤的表面裂隙面；（3）充填煤柱內(nèi)部裂隙；（4）增加煤體的蓄水能力；（5）水分蒸發(fā)吸熱降溫。實(shí)質(zhì)是降低煤在低溫時的氧化速度，延長煤的自然發(fā)火期。,2017/11/2,27,第六節(jié) 灌漿與阻化劑防滅火,2、阻化劑選擇 煤礦使用的阻化劑有：氯化鈣、氯化鎂、氯化銨以及水玻璃等。以及工業(yè)廢液等。3、阻化劑防火工藝方法 主要方法是：表面噴灑、用鉆孔向煤體壓注以及利用專用設(shè)備向采空區(qū)送入霧化阻化劑。,2017/11/2,28,第七節(jié) 均壓防滅火,均壓防滅火的實(shí)質(zhì)：利用風(fēng)窗、風(fēng)機(jī)、調(diào)壓氣室和連通管等調(diào)壓設(shè)施，改變漏風(fēng)區(qū)域的壓力分布，降低漏風(fēng)壓差，減少漏風(fēng)，從而達(dá)到抑制遺煤自燃、惰化火區(qū)，或熄滅火源的目的。,2017/11/2,29,第八節(jié) 惰氣防滅火,惰氣系指不可燃?xì)怏w或窒息性氣體。主要包括：氮?dú)?、二氧化碳以及燃料燃燒生成的煙氣等。一、氮?dú)夥罍缁?氮?dú)饧瓤梢匝杆儆行У膿錅缑骰?，又可以防止采空區(qū)遺煤自燃。使用注氮滅火的火區(qū)具有恢復(fù)工作量小、不損壞設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。1、（液）氮?dú)夥罍缁鹪?氮?dú)庾⑷氩煽諈^(qū)后具有降低氧濃度的作用 。液氮滅火還具有冷卻降溫作用。在的環(huán)境溫度下，液氮的汽化熱為kJ/kg。直接用液氮注入火區(qū)時，液氮?dú)饣諢崃?，使火區(qū)氣體、煤層和圍巖的溫度降低，火區(qū)冷卻會加速火源熄滅；在封閉火區(qū)的過程中，氮?dú)庾⑷牖饏^(qū)后，兼有抑爆作用。,2017/11/2,30,第八節(jié) 惰氣防滅火,2、氮?dú)庵迫?三種工藝方法： 一是: 深冷空分法； 二是: 碳分子篩變壓吸附法； 三是：膜分離法。,2017/11/2,31,第九節(jié) 礦井火災(zāi)時期通風(fēng),一、火風(fēng)壓的概念 火災(zāi)時期，燃燒生成的火災(zāi)氣體與流過火源被加熱的風(fēng)流混合后形成高溫?zé)熈鳎涿芏缺然馂?zāi)前減小。高溫?zé)熈髁鬟^巷道所在的回路中的自然風(fēng)壓發(fā)生變化，這種因火災(zāi)而產(chǎn)生的自然風(fēng)壓變化量，在災(zāi)變通風(fēng)中稱之為火風(fēng)壓,也稱之為熱負(fù)壓。,2017/11/2,32,第九節(jié) 礦井火災(zāi)時期通風(fēng),二、火風(fēng)壓的特性 、火風(fēng)壓出現(xiàn)的位置。 火風(fēng)壓產(chǎn)生于煙流流過的有高差的傾斜或垂直巷道中。 2、火風(fēng)壓的作用相當(dāng)于在高溫?zé)熈髁鬟^的風(fēng)路上安設(shè)了一系列輔助通風(fēng)機(jī)； 3、火風(fēng)壓的作用方向總是向上。 火風(fēng)壓的大小和方向取決于：煙氣流過巷道的高度、通過火源的風(fēng)量、巷道傾角、火源溫度和火源產(chǎn)生的的位置。,2017/11/2,33,第九節(jié) 礦井火災(zāi)時期通風(fēng),四、災(zāi)變時期風(fēng)流控制 1、礦井發(fā)火時對通風(fēng)制度的基體要求是：（1）保護(hù)災(zāi)區(qū)和受威協(xié)區(qū)域的職工迅速撤至安全地區(qū)或井上（2）限制煙流在井巷中發(fā)生非控制性蔓延,防止火災(zāi)范圍擴(kuò)大（3）不得使火源附近瓦斯聚積到爆炸濃度，不容許流過火源的風(fēng)流中瓦斯達(dá)爆炸濃度，或使火源蔓延到有瓦斯爆炸的地區(qū)（4）為救護(hù)創(chuàng)造條件。 2、火災(zāi)時常用的通風(fēng)制度有以下幾種： （1）維持正常通風(fēng)，穩(wěn)定風(fēng)流。 （2）停風(fēng)機(jī) （3）反風(fēng) （4）風(fēng)流短路,2017/11/2,34,第十節(jié) 礦井火災(zāi)處理與控制,一、滅火原理、冷卻，把燃燒物質(zhì)的溫度降低到燃點(diǎn)以下。、隔離和窒熄，使燃燒反應(yīng)體系與環(huán)境隔離，抑制參加反 應(yīng)的物質(zhì)。、稀釋，降低參加反應(yīng)物(液、氣體）的濃度。、中斷鏈反應(yīng)。二、直接滅火 采用滅火劑或挖出火源等方法把火直接撲滅，稱謂直接滅火法。,2017/11/2,35,第十節(jié) 礦井火災(zāi)處理與控制,1、常用滅火劑及其使用方法 可用于撲滅火源的物質(zhì)，稱為滅火劑。常用的滅火劑有水、泡沫、干粉、二氧化碳、四氯化碳、鹵代烷、惰氣、砂子和巖粉等。（1）水 水是不燃液體，是消防上常用的滅火劑之一。使用方法有水射流和水幕兩種形式。,2017/11/2,36,第十節(jié) 礦井火災(zāi)處理與控制,（2）泡沫 泡沫是一種體積小，表面被液體圍成的氣泡群。泡沫的比重小，且流動性好，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離立體滅火，具有持久性和抗燃燒性，導(dǎo)熱性能低，粘著力大。泡沫復(fù)蓋在火源周圍，形成嚴(yán)密的復(fù)蓋層，并能保持一定時間，使燃燒區(qū)與空氣隔絕，具有窒息作用；復(fù)蓋層具有防輻射和熱量向外傳導(dǎo)作用；泡沫中的水份蒸發(fā)可以吸熱降溫，起到冷卻作用。 泡沫滅火劑可分為化學(xué)滅火劑和空氣泡沫滅火劑兩類。,2017/11/2,37,第十節(jié) 礦井火災(zāi)處理與控制,（3）干粉 干粉滅火劑是目前公認(rèn)的滅火效力較高的一種新型的化學(xué)滅火劑。應(yīng)用范圍比較廣泛。 干粉滅火的原理： 干粉靠加壓氣體的壓力從噴咀內(nèi)噴出，形成一股霧狀氣流，射向燃燒物，接觸火焰和高溫后，受熱分解，吸熱并放出不燃?xì)怏w（NH3和H2O(g)，可以稀釋火區(qū)范圍內(nèi)的氧濃度；干粉及其熱解產(chǎn)物可抑止碳?xì)渥杂苫桑茐娜紵湻磻?yīng)；細(xì)的粉沫在高溫作用下溶化、膠結(jié)，形成復(fù)蓋層具有良好的“熱帳”作用。,2017/11/2,38,第十節(jié) 礦井火災(zāi)處理與控制,（4）鹵代烴滅火劑 常用的鹵代烴滅火劑是用氟、氯、溴取代甲烷和乙烷中的氫而成，因此也叫鹵代烷滅火劑。 滅火原理： 在氮?dú)獾膲毫ψ饔孟拢瑴缁饎┝⒓闯伸F狀噴出。形成比重大、擴(kuò)散慢的氣體，能在較長時間內(nèi)滯留在火區(qū)內(nèi)。其作用是降低火區(qū)氧濃度之外，中斷鏈反應(yīng)，阻止燃燒，并兼有一定窒息和冷卻作用。 （5）砂子和巖粉 砂子和巖粉在煤礦廣泛應(yīng)用于撲滅電氣火災(zāi)。,2017/11/2,39,第十節(jié) 礦井火災(zāi)處理與控制,2、消除可燃物 直接滅火除了向火源噴射滅火劑以外，在有些條件下還可以清除可燃物，消除燃燒的物質(zhì)基礎(chǔ)。煤礦常用的是挖除火源。3、用凝膠處理高溫點(diǎn)和自燃火源 凝膠是近年來應(yīng)用于煤礦井下防滅火較為廣泛的材料，由基料（硅酸鹽（水玻璃）+促凝劑（碳酸氫氨等鹽類）+水（90%左右）組成。,2017/11/2,40,第十節(jié) 礦井火災(zāi)處理與控制,凝膠滅火原理： 凝膠基料和促凝劑都具有阻化作用，加之含有大量水份，在一定的壓力下，注入到高溫點(diǎn)周圍的煤體中。在成膠前凝膠易于流動，能夠滲透到煤體碎裂的內(nèi)部。既可起到阻止氧化作用，又可封堵漏風(fēng)（裂隙）通道，防止漏風(fēng)滲入；其內(nèi)固聚的大量水份，遇高溫受熱蒸發(fā)，還可以起到吸熱降溫作用。,2017/11/2,41,第十節(jié) 礦井火災(zāi)處理與控制,4、灌漿滅火 灌漿滅火是煤礦井下常用的一種滅火方法。灌漿滅火的方法因火源位置而異。 常用的方法有：井下巷道（鉆窩）打鉆灌漿、在火區(qū)密閉墻上插管灌漿和地面