煤礦火災(zāi)防治新技術(shù)

煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2016年7月28日煤礦火災(zāi)防治新技術(shù)羅海珠一、我國(guó)煤礦火災(zāi)現(xiàn)狀分析二、煤礦火災(zāi)防治先進(jìn)適用技術(shù)三、煤礦火災(zāi)應(yīng)急救援新技術(shù)四、煤礦火災(zāi)防治技術(shù)展望開采容易自燃、自燃煤層礦區(qū)分布廣。全國(guó)130余個(gè)大中型礦區(qū)均受自然發(fā)火威脅；總體呈現(xiàn)北多南少的趨勢(shì)。具有煤層自然發(fā)火傾向的礦井占54%。最短自然發(fā)火期小于3個(gè)月的礦井占50%以上。自燃火災(zāi)為主防治重點(diǎn)采空區(qū)2013年吉林八寶事故，采空區(qū)自燃引發(fā)瓦斯爆炸，火區(qū)治理及密閉施工期間發(fā)生二次爆炸，共死亡53人2014年新疆大黃山事故，封閉自燃火區(qū)引發(fā)瓦斯爆炸，死亡17人次生災(zāi)害事故嚴(yán)重火災(zāi)引發(fā)瓦斯爆炸等次生災(zāi)害事故易造成重大傷亡。2012-2015年，共發(fā)生重大以上瓦斯爆炸事故19起，其中9起由火區(qū)（煤炭自燃）引發(fā)。防治重點(diǎn)火區(qū)2012年，遼寧省阜新市青年煤礦井下電纜著火事故，造成5人死亡。2013年，河北省張家口市艾家溝煤礦井下壓風(fēng)機(jī)著火，13人死亡。2011年，山東省棗莊市防備煤礦井下空氣壓縮機(jī)著火，28人死亡。外因火災(zāi)時(shí)有發(fā)生2015年11月20日，龍煤雞西杏花礦皮帶著火，造成22人死亡防治重點(diǎn)電氣設(shè)備、皮帶、電纜煤田火災(zāi)損失大量資源正在燃燒的煤田火區(qū)共有56處，總面積720km2，主要集中分布在新疆、甘肅、青海、寧夏、陜西、山西、內(nèi)蒙古等7個(gè)省區(qū)。

新疆煤田火區(qū)達(dá)39處，火區(qū)總面積605.6萬(wàn)m2，年燃煤損失量達(dá)776.95萬(wàn)噸。防治重點(diǎn)火源探測(cè)一、我國(guó)煤礦火災(zāi)現(xiàn)狀分析二、煤礦火災(zāi)防治先進(jìn)適用技術(shù)三、煤礦火災(zāi)應(yīng)急救援新技術(shù)四、煤礦火災(zāi)防治技術(shù)展望預(yù)防為主、持續(xù)監(jiān)測(cè)、綜合防治、安全施救基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)試自燃傾向性自然發(fā)火期標(biāo)志氣體系統(tǒng)設(shè)計(jì)采掘部署防滅火系統(tǒng)火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)綜合防滅火技術(shù)注漿防滅火注氮防滅火噴阻化劑……----總體原則自燃傾向性？煤層分類（Ⅰ類、Ⅱ類），專項(xiàng)設(shè)計(jì)、采掘部署要求、后退式開采……礦井分級(jí)建設(shè)綜合防滅火系統(tǒng)，注漿、注氮……色譜動(dòng)態(tài)吸氧法（GB/T20104）氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)定法----基礎(chǔ)參數(shù)自然發(fā)火期？特殊采煤工藝要求（未采取防火措施）水采區(qū)段劃分、連續(xù)采煤機(jī)塊段劃分……自然發(fā)火期內(nèi)回采結(jié)束并封閉一般采煤工藝要求（采取防火措施）最小安全推進(jìn)度、合理防滅火工藝……常規(guī)方法：統(tǒng)計(jì)法、類比法、大煤樣模擬新方法：基于熱量平衡的快速測(cè)定方法----基礎(chǔ)參數(shù)自然發(fā)火標(biāo)志氣體？≠單一CO指標(biāo)！?。O的24ppm是風(fēng)流環(huán)境對(duì)人的健康指標(biāo)，而非自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)開采容易自燃和自燃煤層時(shí)，必須開展自然發(fā)火監(jiān)測(cè)工作，建立自然發(fā)火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確定煤層自然發(fā)火標(biāo)志氣體及臨界值……通常采用CO、C2H4、C2H2三種綜合氣體指標(biāo)，分別對(duì)應(yīng)緩慢氧化、加速氧化和激烈氧化的三個(gè)階段。其臨界值應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)分析、現(xiàn)場(chǎng)考察進(jìn)行確定----基礎(chǔ)參數(shù)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)自然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井，應(yīng)定期檢查CO和其他有害氣體情況。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開采容易自燃和自燃的煤層時(shí)，應(yīng)建立自然發(fā)火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。氣體分析火區(qū)封閉、管理及啟封等過程中，應(yīng)分析火區(qū)內(nèi)氣體成分。法律法規(guī)《煤礦安全規(guī)程》第180條、第184條、第261條、第271條、第279條、第280條等對(duì)礦井火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及監(jiān)測(cè)進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定?！睹旱V安全規(guī)程》對(duì)自然發(fā)火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的規(guī)定----監(jiān)測(cè)預(yù)警煤礦火災(zāi)光譜束管監(jiān)測(cè)技術(shù)----監(jiān)測(cè)預(yù)警本地檢測(cè)監(jiān)測(cè)主機(jī)置于煤礦井下，可就近安放實(shí)時(shí)在線能夠?qū)崿F(xiàn)在線實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)就地分析監(jiān)測(cè)主機(jī)具有數(shù)據(jù)分析功能，可實(shí)現(xiàn)爆炸危險(xiǎn)、煤礦火災(zāi)預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)并報(bào)警選擇性好精度高混合氣體中的待測(cè)組分不受其他組分變化的影響；上限為100%，下限到1ppm；精度穩(wěn)定性高測(cè)定分析精確度高、速度快、周期短、穩(wěn)定性好火災(zāi)光譜束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)煤礦火災(zāi)光譜束管監(jiān)測(cè)技術(shù)----監(jiān)測(cè)預(yù)警采空區(qū)開切眼停采線采樣束管光纖至地面監(jiān)控室光譜分析儀、抽氣泵、預(yù)處理裝置、光纖交換機(jī)將光譜檢測(cè)裝置放置在工作面終采線外的硐室內(nèi)，將束管敷設(shè)至工作面回風(fēng)隅角及采空區(qū)，利用負(fù)壓抽氣泵將需要檢測(cè)的氣體泵入檢測(cè)裝置，分析結(jié)果通過光纖上傳至地面監(jiān)控室。煤礦火災(zāi)光譜束管監(jiān)測(cè)技術(shù)----監(jiān)測(cè)預(yù)警成功應(yīng)用到神華榆神公司郭家灣、青龍寺、山西離柳焦煤集團(tuán)宏巖等煤礦。煤礦火災(zāi)光譜束管監(jiān)測(cè)技術(shù)----監(jiān)測(cè)預(yù)警分布式光纖測(cè)溫技術(shù)分布式光纖測(cè)溫技術(shù)利用光的拉曼散射效應(yīng)測(cè)溫，通過光時(shí)域反射OTDR技術(shù)進(jìn)行定位，測(cè)溫系統(tǒng)主要包括光纖解調(diào)主機(jī)與測(cè)溫光纜兩部分。發(fā)光器APD1光纖分路器光纖波分復(fù)用器光纖放大器APD2光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換信號(hào)采集與處理系統(tǒng)測(cè)溫光纜上位機(jī)LD驅(qū)動(dòng)器同步控制光路電路----監(jiān)測(cè)預(yù)警分布式光纖測(cè)溫技術(shù)技術(shù)特點(diǎn)：與傳統(tǒng)測(cè)溫技術(shù)相比，分布式光纖測(cè)溫技術(shù)具有本質(zhì)安全、連續(xù)監(jiān)測(cè)、傳輸距離遠(yuǎn)、測(cè)溫范圍廣、定位精度高等特點(diǎn)煤礦內(nèi)因火災(zāi)監(jiān)測(cè)煤礦外因火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可用于采空區(qū)內(nèi)因火災(zāi)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，隨工作面推進(jìn)，將鋼管保護(hù)的鎧裝測(cè)溫光纜埋設(shè)于采空區(qū)內(nèi)，當(dāng)采空區(qū)出現(xiàn)高溫點(diǎn)和自然發(fā)火隱患時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)內(nèi)因火災(zāi)的分布式在線監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)可用于膠帶輸送機(jī)、礦用電纜、機(jī)電硐室的火災(zāi)監(jiān)測(cè)當(dāng)中，通過在監(jiān)測(cè)位置直接鋪設(shè)測(cè)溫光纜，即可實(shí)現(xiàn)煤礦外因火災(zāi)的分布式在線監(jiān)測(cè)。----監(jiān)測(cè)預(yù)警分布式光纖測(cè)溫案例2012年10月~12月，山東能源葛亭煤礦2313工作面采空區(qū)進(jìn)行分布光纖自然發(fā)火監(jiān)測(cè)。11月7日，采空區(qū)后方56m發(fā)現(xiàn)高溫異常區(qū)域，通過采取采空區(qū)注氮、注漿等預(yù)防手段，成功消除自然發(fā)火隱患，保障了工作面安全回采。----監(jiān)測(cè)預(yù)警微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)是微電子機(jī)械系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。MEMS技術(shù)是集微型傳感器、微執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通訊和電源于一體，具有信息獲取、處理和執(zhí)行等多功能的完整微電子機(jī)械系統(tǒng)。----監(jiān)測(cè)預(yù)警微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)微型化：體積小、質(zhì)量輕、耗能低、響應(yīng)時(shí)間短材料性能好：以硅為主要材料，其機(jī)電性能優(yōu)良生產(chǎn)成本低：批量生產(chǎn)可以大大降低制造成本集成化程度高：多傳感器集成于一體，形成微傳感器陣列MEMS帶式輸送機(jī)火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，紅陽(yáng)二礦現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。----監(jiān)測(cè)預(yù)警無(wú)線接收基站無(wú)線溫度傳感器我國(guó)煤礦普遍建立了以注漿、注氮防滅火方法為主，輔以其它方式的綜合防滅火系統(tǒng)。注漿防滅火充填堵漏防滅火均壓防滅火惰性氣體防滅火阻化劑防滅火高分子材料防滅火三相泡沫防滅火燃油惰氣滅火高倍數(shù)泡沫滅火地面固定式制漿系統(tǒng)井下移動(dòng)式注漿系統(tǒng)----綜合防治近水平淺埋深井上下聯(lián)合注漿技術(shù)主要問題近水平煤層——漿液流動(dòng)性差工作面范圍大(300×5000m)——難以全覆蓋工作面距離井口遠(yuǎn)（大于10Km）——倍線不足淺埋深近距離煤層群——上覆采空區(qū)自然重點(diǎn)區(qū)域井上下聯(lián)合注漿----綜合防治近水平淺埋深井上下聯(lián)合注漿技術(shù)----綜合防治上覆采空區(qū)上覆采空區(qū)上覆采空區(qū)地面鉆孔（間距50m）地面鉆孔上覆采空區(qū)

開切眼區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充注漿地面鉆孔（間距50m）聯(lián)合注漿技術(shù)應(yīng)用案例——神東補(bǔ)連塔----綜合防治地面鉆孔注漿實(shí)景圖----綜合防治聯(lián)合注漿技術(shù)應(yīng)用案例——神東補(bǔ)連塔本煤層采空區(qū)井下插管、埋管注漿：注漿管路埋設(shè)示意圖停采線進(jìn)風(fēng)測(cè)300m范圍埋管注漿利用回撤通道聯(lián)巷密閉對(duì)停采線進(jìn)行插管注漿開切眼預(yù)埋注漿管路注漿開切眼回風(fēng)側(cè)預(yù)埋300m管路注漿開切眼進(jìn)風(fēng)側(cè)300m插管注漿停采線回風(fēng)測(cè)300m范圍埋管注漿----綜合防治聯(lián)合注漿技術(shù)應(yīng)用案例——神東補(bǔ)連塔應(yīng)用效果2012年6月神東公司補(bǔ)連塔煤礦22305工作面上覆12煤采空區(qū)遺煤自燃，工作面封閉2個(gè)月，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.6億元。此后，在補(bǔ)連塔煤礦進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)試驗(yàn)，至今未再發(fā)生自然發(fā)火事故，同時(shí)也可對(duì)下層煤開采時(shí)起到預(yù)防性作用。目前該技術(shù)已在神東公司、寧東等礦區(qū)成功推廣應(yīng)用。----綜合防治聯(lián)合注漿技術(shù)應(yīng)用案例——神東補(bǔ)連塔窒息作用CO2比空氣密度大，向采空區(qū)注入CO2能夠形成惰化帶，使位于自燃帶底部的遺煤完全被CO2覆蓋。煤對(duì)CO2具有較強(qiáng)吸附作用，煤被CO2包裹，減少煤體燃燒體表面氧氣濃度。大量的高濃度CO2的擴(kuò)散會(huì)提高火區(qū)內(nèi)氣體靜壓，進(jìn)而會(huì)降低火區(qū)的漏風(fēng)量。冷卻作降溫作用

液態(tài)CO2直接噴入火區(qū)空間會(huì)瞬間氣化，吸收大量熱能，溫度急劇下降到-78.5℃，可使火源溫度降低到著火點(diǎn)溫度以下而停止燃燒。煤對(duì)CO2極易吸附的特點(diǎn)，在吸附過程中將吸附熱轉(zhuǎn)移給CO2氣體，從而會(huì)遏止燃燒的連鎖反應(yīng)。液態(tài)二氧化碳防滅火原理液態(tài)CO2滅火技術(shù)----綜合防治液態(tài)CO2滅火技術(shù)系統(tǒng)地面裝備部分設(shè)置有液相管路系統(tǒng)和氣相管路系統(tǒng)，其中液相系統(tǒng)將把貯液罐內(nèi)的液態(tài)二氧化碳連續(xù)不斷地供給氣液轉(zhuǎn)換器，使之氣化；而氣相系統(tǒng)則對(duì)氣液轉(zhuǎn)換器實(shí)施增壓作用。地面固定式礦用液態(tài)二氧化碳?xì)饣罍缁鹧b備系統(tǒng)井下移動(dòng)式液態(tài)CO2防滅火裝置礦用液態(tài)二氧化碳直注式防滅火裝備系統(tǒng)由液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液罐、自增壓調(diào)控系統(tǒng)、液相管路、氣相管路、安全裝置及控制閥門組成，并將以上設(shè)備安裝在平板礦車上，以便井下運(yùn)輸。----綜合防治液態(tài)CO2滅火應(yīng)用案例陜西韓城小南溝礦井電纜火災(zāi)滅火，2010年7月17日20時(shí)10分，礦井副斜井井底發(fā)生電纜著火事故，導(dǎo)致木棚支架著火，導(dǎo)致28名礦工遇難，井下火勢(shì)難以控制，大量煙霧溢出井口，井下救援工作無(wú)法進(jìn)行，搶救5人后難以繼續(xù)進(jìn)行救援。救災(zāi)過程中發(fā)現(xiàn)3號(hào)煤層被引燃，并使局部巷道發(fā)生冒頂，風(fēng)門3處著火。----綜合防治液態(tài)CO2滅火應(yīng)用案例20日16時(shí)：向密閉內(nèi)壓注液態(tài)二氧化碳20噸，煙霧量明顯減少；21日09時(shí)：距副斜井井口170m處CO濃度高達(dá)1200ppm，能見度不到1m；21日16時(shí)：縮封至距井口110m處，壓注液態(tài)二氧化碳80噸；22日09時(shí)：鎖風(fēng)啟封，距井口230m巷道冒頂處著火冒青煙；22日20時(shí)：縮封至距井口110m處，壓注液態(tài)二氧化碳75噸，控制和熄滅了火區(qū)；23日09時(shí)：礦井反風(fēng)，救出全部遇難礦工，取得圓滿成功。----綜合防治高效阻化泡沫煤的自燃特性主要由煤中的非芳香結(jié)構(gòu)中的烷基側(cè)鏈、橋鍵和含氧官能團(tuán)，其中甲基、亞甲基含量豐富，氧奪其氫就產(chǎn)生羥基（-OH），就啟動(dòng)了煤自燃過程。采用阻化離子消除煤中的這種關(guān)鍵活性結(jié)構(gòu)，就能實(shí)現(xiàn)高效阻化煤自燃。----綜合防治高效阻化泡沫化學(xué)阻化劑作用后，煤中甲基、亞甲基明顯減少，改變了煤的自燃特性?；瘜W(xué)阻化劑的阻化效果較無(wú)機(jī)鹽阻化劑提高了３倍以上。煤中甲基、亞甲基阻化效果實(shí)例與無(wú)機(jī)鹽阻化劑阻化效果對(duì)比----綜合防治高效阻化泡沫利用氣源和水壓為動(dòng)力，將阻化發(fā)泡劑吸入到主管路的噴射混合器與發(fā)泡器中發(fā)泡，產(chǎn)生阻化泡沫。流量300-600m3/h，出口壓力≥0.2～0.5MPa；有效擴(kuò)散半徑達(dá)60m，向上部堆積≥3～5m。----綜合防治一、我國(guó)煤礦火災(zāi)現(xiàn)狀分析二、煤礦火災(zāi)防治先進(jìn)適用技術(shù)三、煤礦火災(zāi)應(yīng)急救援新技術(shù)四、煤礦火災(zāi)防治技術(shù)展望煤礦火災(zāi)三維救援演練系統(tǒng)采用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)、360度環(huán)屏投影播放技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同處理技術(shù)，構(gòu)建三維虛擬化礦井，模擬典型煤礦火災(zāi)事故發(fā)生、發(fā)展過程，應(yīng)急救援過程中可能遇到的突發(fā)情況的處理，通過人機(jī)交互，培訓(xùn)學(xué)員救護(hù)救援技能及協(xié)同配合能力。煤礦火災(zāi)救援演練系統(tǒng)煤礦有害氣體預(yù)警分析儀基于紅外光譜原理——有效避免電化學(xué)傳感器的氣體交叉敏感性問題數(shù)據(jù)連續(xù)采集——井下連續(xù)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)全程記錄井下原位測(cè)試——井下結(jié)果直接顯示，避免人工采氣送氣帶來(lái)的氣體泄漏和氣體混入影響測(cè)試結(jié)果氣體種類全——涵蓋《煤礦安全規(guī)程》第135條要求檢測(cè)的全部有毒有害氣體爆炸環(huán)境自動(dòng)分析——無(wú)需人工參與計(jì)算，