礦井火災(zāi)防治技術(shù)討論分析研究安全工程專業(yè)

1、礦井火災(zāi)防治技術(shù)討論摘要：本文分析了礦井火災(zāi)類別及原因，總結(jié)了防治礦井火災(zāi)的各項措施，及各種滅火技術(shù)的優(yōu)缺點，為礦井的防滅火工作提供了思路方法關(guān)鍵詞：礦井 火災(zāi) 防治技術(shù)礦井火災(zāi)是煤礦重大災(zāi)害之一。礦井一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢發(fā)展迅速，變化復(fù)雜，影響范圍廣，往往造成人員傷亡和財產(chǎn)資源損失，甚至引發(fā)瓦斯煤塵爆炸，使災(zāi)害的程度和范圍相應(yīng)擴(kuò)大，釀成更大災(zāi)害。為了防治礦井火災(zāi)，保證煤礦安全生產(chǎn)，對礦井火災(zāi)了解是十分重要的。1 礦井火災(zāi)類別 礦井火災(zāi)根據(jù)不同的劃分方法可以分為不同的類別。凡是發(fā)生在礦山地下或地面而威脅到井下安全生產(chǎn)，造成損失的非控制性燃燒均稱為礦井火災(zāi)。礦井火災(zāi)的發(fā)生具有嚴(yán)重的危害性，可能會造

2、成人員傷亡、礦井生產(chǎn)持續(xù)緊張、巨大的經(jīng)濟(jì)損失、嚴(yán)重的環(huán)境污染等。根據(jù)引燃源的不同，礦井火災(zāi)可分為外因火災(zāi)和內(nèi)因火災(zāi)兩大類。1.1外因火災(zāi)是指由于外來熱源，如明火、爆破、瓦斯煤塵爆炸、機(jī)械摩擦、電路短路等原因造成的火災(zāi)。外因火災(zāi)主要包括電氣火災(zāi)和帶式輸送機(jī)火災(zāi)。外因火災(zāi)的特點是突然發(fā)生，來勢兇猛，如不能及時發(fā)現(xiàn)，往往可能釀成惡性事故。1.2內(nèi)因火災(zāi)是指煤(巖)層或含硫礦場在一定的條件和環(huán)境下自身發(fā)生物理化學(xué)變化積聚熱量導(dǎo)致著火而形成的火災(zāi)。內(nèi)因火災(zāi)的特點是發(fā)生過程比較長，而且有預(yù)兆，易于早期發(fā)現(xiàn)，但很難找到火源中心的準(zhǔn)確位置，撲滅此類火災(zāi)比較困難。2 礦井火災(zāi)防治工作 防治工作主要包括3個方面:

3、煤層自燃發(fā)火危險性評價、煤層自燃發(fā)火的預(yù)測預(yù)報和礦井火災(zāi)的防治技術(shù)。煤層自燃發(fā)火危險性評價的目的是要在火災(zāi)發(fā)生之前對火災(zāi)發(fā)生的可能性做出科學(xué)性的評價;煤層自燃發(fā)火的預(yù)測預(yù)報是在煤礦生產(chǎn)過程中對可能或已經(jīng)發(fā)生的火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)測;而礦井火災(zāi)防治技術(shù)則是對即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的火災(zāi)采取措施，阻止火災(zāi)的發(fā)生。礦井火災(zāi)主要包括的幾個元素：（1）可燃物的存在。煤炭本身就是一個大量而且普遍存在的可燃物。在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煤塵及所用的坑木、機(jī)電設(shè)備、油料、炸藥等都具有可燃性。它們的存在是發(fā)生火災(zāi)的基本因素。（2）熱源。熱源是發(fā)生火災(zāi)的必要因素，只有具備足夠熱量和溫度的熱源才能引燃可燃物。在礦井里，煤的自燃、瓦

4、斯、煤塵燃燒與爆炸、放炮作業(yè)、機(jī)械摩擦生熱、電流短路火花、電氣設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不良產(chǎn)生的過熱、吸煙、燒焊以及其它明火都可能是引火的熱源。（3）空氣的供給。燃燒就是劇烈的氧化，任何可燃物盡管有熱源點燃，如果缺乏足夠的氧氣，燃燒是難以持續(xù)的，所以空氣的供給是維持燃燒形成火災(zāi)必不可少的條件。2.1煤層自然發(fā)火危險性評價技術(shù)2.1.1煤層自燃傾向性評價煤自燃傾向性是煤自然發(fā)火危險性評價的首要指標(biāo)，它表征了煤層開拓之前自然發(fā)火的可能程度，反映了煤自身的物理化學(xué)性質(zhì)與其自然發(fā)火特征之間的關(guān)聯(lián)性。世界各主要采煤國都依據(jù)本國的具體條件對煤自燃傾向性和鑒定方法和界定指標(biāo)做了明確規(guī)定。我國在2O世紀(jì)8O年代以前，對煤自燃

5、傾向的鑒定沿用前蘇聯(lián)的著火點溫度法。該法由于受氧化劑、還原劑和煤之間的復(fù)雜作用的影響較大，不能切實地反映煤低溫自熱氧化特征，因此，“七五”期間依據(jù)我國的具體情況開始研究流態(tài)色譜吸氧鑒定法。該方法操作方便，工藝簡單，能切實反應(yīng)煤的低溫自熱氧化狀態(tài)。煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法及其專用儀器Z1LI一1型煤自然界燃性測定儀已在我國煤礦有關(guān)部門于1997年頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MTTT071997煤自燃傾向色譜吸氧鑒定法和MTTT081997煤自燃性測定儀技術(shù)條件。2.1.2開采時期的自燃危險性評價技術(shù)煤層開采時期的自燃危險程度除取決于自身的自燃傾向性外，還與煤層的賦存條件、采煤方法、頂板管理方法、開采方式、開

6、采順序、開采工藝、采場通風(fēng)方式等外在因素有關(guān)。因此，多年來國際上許多國家都在尋求一種能綜合判別煤自然發(fā)火危險程度的方法。目前國際上大多采用對各種內(nèi)、外在影響因素綜合評分的方法。其指導(dǎo)思想是：首先對煤自燃傾向性進(jìn)行鑒定，評出其分值，然后在大量統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上對影響煤自然發(fā)火危險程度的外在因素進(jìn)行主觀評判，給出分值。將兩者綜合相加就得出了相應(yīng)條件下的煤自然發(fā)火的總分值，再按總分值對煤層開采時期的自燃危險性進(jìn)行分類。2.1.3煤層最短自然發(fā)火期評價技術(shù)煤層最短自然發(fā)火期預(yù)測一直是國內(nèi)外煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域研究的重要方向之一。前蘇聯(lián)利用煤吸氧蓄熱研究，提出了以煤吸氧速度常數(shù)為基礎(chǔ)的檢測工藝及其數(shù)據(jù)處理方法

7、。從“八五”開始，我國著手重點從事典型易燃煤層最短自然發(fā)火期的研究，其途徑：一是用煤堆氧化實驗裝置在模擬條件下測定并解算發(fā)火期；二是測定煤的吸氧速度、氧化反應(yīng)速度，以熱傳導(dǎo)及熱平衡原理推算最短自然發(fā)火期，并結(jié)合地質(zhì)、開采、通風(fēng)等影響因素修正確定發(fā)火期。通過研制煤層自然發(fā)火模擬裝置。建立了煤的活化能的計算方法和煤自然發(fā)火環(huán)境條件的傳熱、傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型，并提出了描述煤自然發(fā)火的全新指標(biāo)碳、氫、氧解指數(shù)。2.2煤自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報技術(shù)煤自然發(fā)火的早期預(yù)測預(yù)報方法主要有氣體分析法、測溫法、光電法、電離法、煙霧法、磁力預(yù)測法等。近年來，隨著氣味傳感器的問世。又逐步形成了氣味分析法。我國煤礦礦井火災(zāi)預(yù)測預(yù)報主

8、要采用氣體分析法和測溫法，并以氣體分析法為主。2.2.1氣體分析法。氣體分析法是以煤自然發(fā)火過程中的氣體產(chǎn)物規(guī)律來預(yù)測預(yù)報煤自然發(fā)火的過程。氣體分析法在過去相當(dāng)長的時間內(nèi)采用的是單一CO指標(biāo)。但研究表明。CO指標(biāo)與煤礦自然發(fā)火過程的分段性對應(yīng)關(guān)系差，受現(xiàn)場影響因素干擾較大，因此現(xiàn)階段逐步發(fā)展為以一氧化碳、甲烷、鏈烷比、烯烷比等為主要指標(biāo)的綜合預(yù)測預(yù)報體系。2.2.2氣味檢測法。近年來，日本等國研制成功一種氣味傳感器，并將這些氣味傳感器用于日本太平洋煤礦井下煤自然發(fā)火的早期預(yù)測，取得了初步成效，開辟了煤自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報氣味檢測法的新領(lǐng)域。我國煤炭科學(xué)研究總院撫順分院與日本北海道大學(xué)、日本能源中心

9、、日本太平洋煤礦合作在撫順礦務(wù)局老虎臺煤礦以氣味檢測法為中心開展了煤礦自然發(fā)火綜合防治技術(shù)的研究，就氣味傳感器對煤礦火災(zāi)氣味單一組分的敏感性及其規(guī)律、氣味傳感器的敏感特性與煤質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明：氣味傳感器能捕捉煤低溫氧化初期釋放氣味的微弱變化，此時煤溫比CO監(jiān)測提前2030。氣味檢測法利用了一組不同類型(目前主要有5種類型)的氣味傳感器。氣味傳感器是一種結(jié)構(gòu)與人類嗅覺鼻粘膜極為相似的人工合成雙層薄膜，當(dāng)薄膜吸附氣味后，覆蓋在振動器上的薄膜的重量增加，振動器的頻率改變，頻率變化大小可以用電信號輸出，能夠測量頻率就能夠確定吸附氣味的總量。氣味檢測法不但能檢測出煤低溫氧化初期釋

10、放氣味的微弱變化，借助于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)分析，還能識別不同物質(zhì)(如膠帶、坑木、煤炭機(jī)油等)燃燒時所釋放的氣味。如果礦井火災(zāi)為上述這些物質(zhì)混合燃燒，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析還能初步判別燃燒物質(zhì)的比例，因此能實現(xiàn)對礦井外火災(zāi)的監(jiān)測與識別。雖然氣味檢測法及其預(yù)測指標(biāo)的研究取得了一定的研究成果，但在實際應(yīng)用中，井下放炮的炮煙、膠帶輸送機(jī)和采煤機(jī)等大型機(jī)電設(shè)備的開停、放煤落煤以及通風(fēng)系統(tǒng)的改變等都會對氣味傳感器的監(jiān)測造成一定的影響，因此，氣味檢測法與礦井監(jiān)測場所氣味、氣味的本底情況有密切關(guān)系，就其實用性而言，還有待于深入研究。2.2.3測溫法。測溫法也是煤自然發(fā)火監(jiān)測的常用方法之一。測溫法主要用于煤層巷道

11、異常點溫度的監(jiān)測，常用的方法有熱電偶測溫法、紅外測溫法、激光測溫法等。但由于受煤礦井下作業(yè)環(huán)境流動性、分散性、相對空間的受限及作業(yè)戰(zhàn)線長的影響，溫度監(jiān)測不僅所需監(jiān)測的點多，而且工作量巨大，采用熱電偶等溫度傳感器時，其成本昂貴，管理困難致使礦井火災(zāi)溫度監(jiān)測技術(shù)未能得到推廣應(yīng)用。目前，我國已研制成功了測溫電纜式礦井火災(zāi)溫度在線實時監(jiān)測系統(tǒng)，日本太平洋煤礦裝備了熱電偶溫度傳感器監(jiān)測系統(tǒng)，這兩種監(jiān)測系統(tǒng)都可根據(jù)監(jiān)測點溫度的變化情況確定自然發(fā)火態(tài)勢，并指導(dǎo)防滅措施的制定與實施。2.2.4磁力預(yù)測法磁力預(yù)測法原理：鐵磁性物質(zhì)存在的區(qū)域溫度發(fā)生變化時，其磁化率、磁場強(qiáng)度也隨之發(fā)生相應(yīng)變化，通過儀器測定磁場變

12、化規(guī)律就可以對自然發(fā)火進(jìn)行預(yù)測預(yù)報。此方法只適于煤層頂?shù)装逵需F磁性物質(zhì)或能撒布鐵磁性物質(zhì)的地方，其應(yīng)用受到工藝和儀器靈敏度的限制。從煤自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報技術(shù)來看，應(yīng)繼續(xù)強(qiáng)化基礎(chǔ)研究，深入探討煤自然發(fā)火的物理化學(xué)過程特性，建立煤自然發(fā)火機(jī)理的熱力解釋。從系統(tǒng)工程學(xué)角度，結(jié)合煤自然發(fā)火的內(nèi)、外在因素，多層次、多學(xué)科地研究煤自然發(fā)火危險性動態(tài)預(yù)測模型，建立煤自然發(fā)火危險性預(yù)測方法和裝備，實現(xiàn)我國礦井火災(zāi)的動態(tài)早期預(yù)測預(yù)報。3 礦井火災(zāi)防治方法3.1 礦井外因火災(zāi)防治外因火災(zāi)在礦井火災(zāi)事故中雖然所占比例不高，但一般表現(xiàn)具有突發(fā)性、偶然性、快速蔓延的特點，產(chǎn)生的危害后果比較嚴(yán)重。外因火災(zāi)產(chǎn)生的條件:有易燃

13、物存在、有足夠的氧氣和足以引起火災(zāi)的熱源。煤礦井下易燃物一般較多，主要有:坑木、竹芭等竹木材料;變壓器油、液壓油、潤滑油等液體燃料;皮帶等橡膠制品;棉紗、布頭等擦拭材料;甲烷等可燃性氣體;煤和煤塵等。能引起外因火災(zāi)的熱源有:機(jī)械能轉(zhuǎn)化的熱，如皮帶與托輥摩擦、機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時沖擊或摩擦產(chǎn)生的熱;電能轉(zhuǎn)化的熱，如電流短路、電焊、電氣設(shè)備超載運(yùn)轉(zhuǎn)、靜電放電、電泡和電爐放熱等;化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱，如不合格或不符合規(guī)定的炸藥爆破、瓦斯、煤塵爆炸、煤炭自燃、氣焊、噴等焊接、吸煙等。值得注意的是，隨著機(jī)械化程度的提高，井下使用的機(jī)械和電氣設(shè)備日益增多，有機(jī)械能和電能轉(zhuǎn)化的熱引起火災(zāi)事故也日益增多。如摩擦、超載、

14、過流、電氣焊等原因?qū)е碌幕馂?zāi)占主體，因此預(yù)防這類火災(zāi)的發(fā)生非常重要。外因火災(zāi)中以膠帶輸送機(jī)火災(zāi)最為嚴(yán)重。近年來，隨著我國煤礦生產(chǎn)機(jī)械化程度的不斷提高，膠帶輸送機(jī)在煤礦運(yùn)輸中所占的比例越來越大，膠帶輸送機(jī)發(fā)生火災(zāi)的危險性也相應(yīng)增加，其災(zāi)害程度也呈日益嚴(yán)重的趨勢。我國先后研制出多種膠帶輸送機(jī)火災(zāi)檢測和自動滅火裝置，但僅是對其重點發(fā)火危險部位35個點進(jìn)行監(jiān)測，而且不能準(zhǔn)確定位。另外，其對溫度的監(jiān)測也只是定溫感測(通常為70左右)，不能實時地反映異常點的溫度。如DFH型、DMH型、KHJ-l型、MPZ-1型礦用膠帶輸送機(jī)自動滅火裝置等都屬于此類。九五期間，我國煤炭科學(xué)研究總院撫順分院開發(fā)研制成功了膠帶

15、輸送機(jī)火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由地面總站、井下基站和井下檢測分站、測溫電纜等組成，每臺分站可檢測112個測點，每個基站可管理14個分站，總站可以同時監(jiān)測井下8臺基站的數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)最大測點數(shù)為12 544個。3.2 內(nèi)因火災(zāi)防治 內(nèi)因火災(zāi)主要由于煤炭自燃形成，煤炭自燃必須同時具備4個條件，即:煤炭本身具有自燃傾向性，且成破碎狀態(tài)存在;有含氧量較高的氣體流經(jīng)破碎煤體，造成持續(xù)供氧條件;破碎煤體具有積聚氧化熱量的環(huán)境;上述條件必須維持一定時間。煤炭自燃火災(zāi)中采空區(qū)自燃發(fā)火所占比例較多。采空區(qū)自燃發(fā)火的產(chǎn)生和發(fā)展是諸多因素共同影響、相互作用的結(jié)果，既有內(nèi)在的因素，也有外在的原因，在內(nèi)在因素存在的條件下，

16、一般外在原因?qū)⑵痍P(guān)鍵作用，因采掘、通風(fēng)等外部條件，決定煤的供氧、貯熱條件。從查莊煤礦采空區(qū)發(fā)火事故分析，主要原因有:采空區(qū)浮煤多，工作面過斷層撇頂、留底或斷層煤柱偏小，分層開采巷道布置不合理造成遺留小煤柱;通風(fēng)系統(tǒng)管理不善，通風(fēng)設(shè)施質(zhì)量差，系統(tǒng)風(fēng)流不合理、不穩(wěn)定，造成采空區(qū)漏風(fēng)量加大;分層開采時上分層注漿效果差，再生頂板膠結(jié)性不好，造成頂板漏風(fēng)。如工作面巷掘進(jìn)貫眼多，更易增加漏風(fēng)量;工作面開采線、停采線和兩道線冒落、片幫、壓裂煤炭等造成積聚;工作面結(jié)束后，回撤、封閉不及時;采空區(qū)密閉質(zhì)量差、壓裂修復(fù)不及時等，造成封閉不嚴(yán);對防滅火工作認(rèn)識不足，管理跟不上，措施落實不到位等內(nèi)因火災(zāi)防治技術(shù)的基本

17、出發(fā)點是消除或破壞煤自然發(fā)火的三個基本條件。由于出發(fā)點不同，相應(yīng)的技術(shù)措施也不同。如惰化防滅火技術(shù)是降低煤自燃氧化的供氧濃度；堵漏風(fēng)防滅火技術(shù)是降低煤自燃氧化的供氧量阻化防滅火技術(shù)是通過阻化物質(zhì)改變煤本身的自燃氧化性能，延緩和徹底阻止煤自然發(fā)火的進(jìn)程。另外，從煤自然發(fā)火期的角度出發(fā)，加快工作面的推進(jìn)速度，縮短采空區(qū)浮煤在氧化自燃區(qū)域(通常指氧化自燃帶)內(nèi)停留的時間。使其在最短自然發(fā)火期內(nèi)就推移到窒息帶之內(nèi)，這也是礦井生產(chǎn)中通常采用而且十分有效的防火措施之一。4 結(jié)束語近期，礦井防滅火技術(shù)在我國取得了長足的進(jìn)步，有一大批高等院校和科研院所的專家、學(xué)者都一直在從事該領(lǐng)域的研究工作，為我國煤礦的安全

18、事業(yè)特別是火災(zāi)防治方面作出了很大的貢獻(xiàn)，成功地治理了多起礦井煤炭自燃災(zāi)害。但是礦井火災(zāi)的特點是突然發(fā)生、來勢兇猛，而且發(fā)生的時間與地點往往出人意料之外，我們還要時刻警惕礦井火災(zāi)的發(fā)生，為了防止礦井火災(zāi)，保證煤礦安全生產(chǎn)，還需我們企業(yè)自己改善生產(chǎn)技術(shù)管理，充實防火組織機(jī)構(gòu)，建立與健全基礎(chǔ)裝備，大力開展防火的科學(xué)研究工作。參考文獻(xiàn)1 采煤概論·煤炭工業(yè)出版社，北京，19852 礦井災(zāi)害防治理論與技術(shù).徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，19563 王繼仁，鄧存寶，等·煤自燃量子化學(xué)理論M·北京:科學(xué)出版社.4鮮學(xué)福，王宏圖，等·我國煤礦礦井防滅火技術(shù)研究綜述J·中國工程學(xué)，2001，3(12).5霍中剛，高玉峰，劉繼文·凝膠一汽霧阻化防火技術(shù)在易燃分層復(fù)采工作面的應(yīng)用J·煤礦安全，2000，31(7):17-19.6金龍哲，靳瑞英，蔣仲安·礦井安全作