煤礦火災(zāi)防治

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)1/15/20231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1/15/20232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)1/15/20233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１、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。２、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，生成熱量大于散發(fā)熱量。1/15/20234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）。1/15/20235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。1/15/20236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為止，所經(jīng)的時間。以月或天為單位。1/15/20237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。1/15/20238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。1/15/20239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。1/15/202310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Ⅰ：寬度為L1＝5~20m

自燃帶Ⅱ：寬度為L2＝20~70m

窒息（不自燃）帶Ⅲ。1/15/202311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：①采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)速VV>0.9m/s為散熱帶；0.9≥V≥0.02m/s為自燃帶,∨＜0.02m/s為自窒息帶。②采空區(qū)氧濃度（C）分布認(rèn)為C＜8%為窒息帶，C≥8%為自燃帶。③采空區(qū)遺煤溫升速度

（dt>1℃/d為自燃帶）。由于缺少深入的理論研究和試驗結(jié)果，此指標(biāo)目前尚難以應(yīng)用。1/15/202312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τS，在自燃帶內(nèi)煤暴露于空氣的最長時間為τ(月)，則

τ＝(L1+L2)/V

當(dāng):τS≤τ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1/15/202313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１、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。1/15/202314第三節(jié)煤炭自燃的理論基礎(chǔ)２、自熱階段溫度開始升高起至其溫度達(dá)到燃點的過程叫自熱階段。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。３、自燃階段煤溫達(dá)到其自燃點后，若能得到充分的供氧（風(fēng)），則發(fā)生燃燒，出現(xiàn)明火。4、熄滅潛伏期自熱期燃燒風(fēng)化時間溫度／℃TbTc1/15/202315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1/15/202316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（１）統(tǒng)計比較法。（２）類比法。２、延長煤層自然發(fā)火期的途徑

其途徑有：（１）減小煤的氧化速度和氧化生熱。（２）增加散熱強度，降低溫升速度。1/15/202317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。1/15/202318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。1/15/202319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（ＣＯ）

Graham系數(shù)ＩCO

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)２、礦井火災(zāi)監(jiān)測與監(jiān)控1/15/202320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)。1/15/202321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。1/15/202322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。1/15/202323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。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

①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1/15/202324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1/15/202325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。1/15/202326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。1/15/202327第七節(jié)均壓防滅火均壓防滅火的實質(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。1/15/202328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：氮氣、二氧化碳以及燃料燃燒生成的煙氣等。一、氮氣防滅火氮氣既可以迅速有效的撲滅明火，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。1、（液）氮氣防滅火原理

氮氣注入采空區(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２０℃的環(huán)境溫度下，液氮的汽化熱為４２３kJ/kg。直接用液氮注入火區(qū)時，液氮氣化，吸收熱量，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，氮氣注入火區(qū)后，兼有抑爆作用。1/15/202329第八節(jié)惰氣防滅火2、氮氣制取三種工藝方法：

一是:深冷空分法；二是:碳分子篩變壓吸附法；三是：膜分離法。1/15/202330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?，其密度比火?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。1/15/202331第九節(jié)礦井火災(zāi)時期通風(fēng)二、火風(fēng)壓的特性１、火風(fēng)壓出現(xiàn)的位置?；痫L(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。1/15/202332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

1/15/202333第十節(jié)礦井火災(zāi)處理與控制一、滅火原理１、冷卻，把燃燒物質(zhì)的溫度降低到燃點以下。２、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)。３、稀釋，降低參加反應(yīng)物(液、氣體）的濃度。４、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。1/15/202334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。

1/15/202335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。1/15/202336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?，破壞燃燒鏈反?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。1/15/202337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：在氮氣的壓力作用下，滅火劑立即成霧狀噴出。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)。1/15/202338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。1/15/202339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。1/15/202340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鉆孔注漿