煤礦火災防治

2017/11/2,1,現代化礦井通風技術管理與災害防治,制作人：王 毅2010 年 6 月,礦井火災防治理論與技術,2017/11/2,2,主要內容,第一節(jié) 概 述第二節(jié) 礦井外因火災及其預防第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎第四節(jié) 礦井火災預測和預報第五節(jié) 開采技術防火措施第六節(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) 礦井火災時期通風第十節(jié) 礦井火災處理與控制,2017/11/2,3,第一節(jié) 概 述,一、火災與礦井或煤田火災的概念 在礦井或煤田范圍內發(fā)生，威協(xié)安全生產、造成一定資源和經濟損失或者人員傷亡的燃燒事故，稱之為礦井或煤田火災。二、礦井火災的類型及其特性 按引火原因分類 （1）內因(自燃)火災 自燃物在一定的外部（適量的通風供氧）條件下，自身發(fā)生物理化學變化，產生并積聚熱量，使其溫度升高，達到自燃點而形成的火災稱之為內因火災。 （2）外因火災 可燃物在外界火源(明火或高溫熱源)的作用下，引起燃燒而形成的火災叫外因火災,2017/11/2,4,第二節(jié) 礦井外因火災及其預防,一、物質燃燒的充要條件 、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）可燃物的溫度達到燃點，生成熱量大于散發(fā)熱量。,2017/11/2,5,第二節(jié) 礦井外因火災及其預防,煤礦常見的外因火源主要有以下幾種： （1）電能熱源： 電(纜)流短路或導體過熱；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) 礦井外因火災及其預防,二、預防外因火災的技術措施 預防火災發(fā)生有兩個方面： 防止火源產生； 防止已發(fā)生的火災事故擴大，以盡量減少火災損失。,2017/11/2,7,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎,一、煤炭自然機理 一百多年來，先后提出闡述煤炭自燃機理學說有多種，其中主要的有黃鐵礦作用學說、細菌作用學說、酚基作用學說以及煤氧化合學說等。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，產生熱量使其溫度升高，出現明火和冒煙的現象。 自燃發(fā)火期：煤層被開采破碎、接觸空氣之日起，至出現自燃現象或溫度上升到自燃點為止，所經的時間。以月或天為單位。,2017/11/2,8,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎,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,四 影響煤炭自然發(fā)火的因素1、煤的自燃性能 （1）煤的分子結構。 （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,（6）煤中硫和其它礦物質。 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 礦井的開拓方式、采區(qū)巷道布置、回采方法和回采工藝、通風系統(tǒng)和技術管理等開采技術和管理水平，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速度。,2017/11/2,11,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎,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”通風系統(tǒng)(一源一匯)的采空區(qū)，按漏風大小和遺煤發(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,劃分三帶的指標有三種： 采空區(qū)漏風風速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結果，此指標目前尚難以應用。,2017/11/2,13,第三節(jié) 煤炭自燃的理論基礎,（2）采空區(qū)遺煤自燃的條件及其影響因素 設自燃帶的最大寬度為L1+L2，工作面的推進速度為V，自然發(fā)火期為S，在自燃帶內煤暴露于空氣的最長時間為(月)，則 (L1+L2) / V 當: S時，可能發(fā)生自燃。4、漏風 在煤炭氧化過程的熱平衡關系中，漏風起兩方面的作用：一是：向煤提供氧化所必須的氧氣，促進氧化發(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,5、地質因素（1）傾角。（2）煤層厚度。（3）地質構造。 在有地質構造的地區(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,、自熱階段 溫度開始升高起至其溫度達到燃點的過程叫自熱階段。 自熱過程是煤氧化反應自動加速、氧化生成熱量逐漸積累、 溫度自動升高的過程。、自燃階段 煤溫達到其自燃點后，若能得到充分的供氧（風），則發(fā)生燃燒，出現明火。4、熄滅,2017/11/2,16,第四節(jié) 礦井火災預測和預報,根據煤田地質勘探或在礦井開采的過程中，所采集的煤樣的分析化驗結果和自然發(fā)火的統(tǒng)計資料，判定待開采煤層的自燃嚴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。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) 礦井火災預測和預報,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。 （）增加散熱強度，降低溫升速度。,2017/11/2,18,第四節(jié) 礦井火災預測和預報,三、礦井外因火災預測 礦井外因火災預測是，通過井巷中的可燃物和潛在火源分布調查，確定可能產生外因火災的空間位置，及其危險性等級。四、礦井火災的預報 根據火災發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，應用成熟的經驗和先進的科學技術手段，采集處于萌芽狀態(tài)的火災信息，進行邏輯推斷后給出火情報告。,2017/11/2,19,第四節(jié) 礦井火災預測和預報,主要有：1、利用人體生理感覺預報自然發(fā)火 依靠人體生理感覺預報礦井火災的主要方法有： （1）嗅覺 （2）視覺 （3）感（觸）覺2、氣體成分分析法 （1）指標氣體及其臨界指標 能反映煤炭自熱或可燃物燃燒初期階段特征的、并可用來作為火災早期預報的氣體叫指標氣體。,2017/11/2,20,第四節(jié) 礦井火災預測和預報,(2）常用的指標氣體 一氧化碳（） Graham系數CO 用流經火源或自熱源風流中的CO濃度增加量與氧濃度減少量之比作為自然發(fā)火的早期預報指標。 乙烯。 其它指標氣體。 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) 、礦井火災監(jiān)測與監(jiān)控,2017/11/2,21,第五節(jié) 開采技術防火措施,一、礦井自燃火源的分布規(guī)律 1、采空區(qū)。（采空區(qū)火災占50以上。） 2、煤柱。 3、巷道頂煤。 4、斷層和地質構造附近。二、開拓開采技術防火措施 開拓開采技術防止自燃發(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、使流向可燃物質的漏風，在數量上限制在不燃風量之下，在時間上限制在自燃發(fā)火期以內。,2017/11/2,22,第五節(jié) 開采技術防火措施,主要技術措施有：（1）合理地進行巷道布置（2）選擇合理的采煤方法和先進的回采工藝，提高回采率，加快回采進度。（3）選擇合理的的通風系統(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，達到防火和滅火的目的。 1、灌漿防滅火的機理 機理：充填煤巖裂隙及其孔隙的表面，增大氧氣擴散的阻力，減小了煤與氧的接觸和反應面；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，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，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 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 按與回采的關系分，預防性灌漿有： （1）、采前預灌 （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 在化學上，凡是能減小化學反應速度的物質皆稱為阻化劑(inhibitors)。 1、作用機理：（1）增加煤在低溫時的化學惰性，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,均壓防滅火的實質：利用風窗、風機、調壓氣室和連通管等調壓設施，改變漏風區(qū)域的壓力分布，降低漏風壓差，減少漏風，從而達到抑制遺煤自燃、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,惰氣系指不可燃氣體或窒息性氣體。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)具有恢復工作量小、不損壞設備等優(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。,2017/11/2,30,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。,2017/11/2,31,第九節(jié) 礦井火災時期通風,一、火風壓的概念 火災時期，燃燒生成的火災氣體與流過火源被加熱的風流混合后形成高溫煙流，其密度比火災前減小。高溫煙流流過巷道所在的回路中的自然風壓發(fā)生變化，這種因火災而產生的自然風壓變化量，在災變通風中稱之為火風壓,也稱之為熱負壓。,2017/11/2,32,第九節(jié) 礦井火災時期通風,二、火風壓的特性 、火風壓出現的位置。 火風壓產生于煙流流過的有高差的傾斜或垂直巷道中。 2、火風壓的作用相當于在高溫煙流流過的風路上安設了一系列輔助通風機； 3、火風壓的作用方向總是向上。 火風壓的大小和方向取決于：煙氣流過巷道的高度、通過火源的風量、巷道傾角、火源溫度和火源產生的的位置。,2017/11/2,33,第九節(jié) 礦井火災時期通風,四、災變時期風流控制 1、礦井發(fā)火時對通風制度的基體要求是：（1）保護災區(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,防止火災范圍擴大（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流中瓦斯達爆炸濃度，或使火源蔓延到有瓦斯爆炸的地區(qū)（4）為救護創(chuàng)造條件。 2、火災時常用的通風制度有以下幾種： （1）維持正常通風，穩(wěn)定風流。 （2）停風機 （3）反風 （4）風流短路,2017/11/2,34,第十節(jié) 礦井火災處理與控制,一、滅火原理、冷卻，把燃燒物質的溫度降低到燃點以下。、隔離和窒熄，使燃燒反應體系與環(huán)境隔離，抑制參加反 應的物質。、稀釋，降低參加反應物(液、氣體）的濃度。、中斷鏈反應。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，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，可實現遠距離立體滅火，具有持久性和抗燃燒性，導熱性能低，粘著力大。泡沫復蓋在火源周圍，形成嚴密的復蓋層，并能保持一定時間，使燃燒區(qū)與空氣隔絕，具有窒息作用；復蓋層具有防輻射和熱量向外傳導作用；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) 礦井火災處理與控制,（3）干粉 干粉滅火劑是目前公認的滅火效力較高的一種新型的化學滅火劑。應用范圍比較廣泛。 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，吸熱并放出不燃氣體（NH3和H2O(g)，可以稀釋火區(qū)范圍內的氧濃度；干粉及其熱解產物可抑止碳氫自由基生成，破壞燃燒鏈反應；細的粉沫在高溫作用下溶化、膠結，形成復蓋層具有良好的“熱帳”作用。,2017/11/2,38,第十節(jié) 礦井火災處理與控制,（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、擴散慢的氣體，能在較長時間內滯留在火區(qū)內。其作用是降低火區(qū)氧濃度之外，中斷鏈反應，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用于撲滅電氣火災。,2017/11/2,39,第十節(jié) 礦井火災處理與控制,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，消除燃燒的物質基礎。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部。既可起到阻止氧化作用，又可封堵漏風（裂隙）通道，防止漏風滲入；其內固聚的大量水份，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