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文档简介

矿井火灾防治,矿井火灾防治,在矿井或煤田范围内发生,威协安全生产、造成一定资源和经济损失或者人员伤亡的燃烧事故,称之为矿井或煤田火灾。矿井火灾的类型1)内因(自燃)火灾。2)外因火灾。,1.矿井外因火灾及其预防,1.1物质燃烧的充要条件1)必要条件-可燃物、助燃物、高温能量火源。2)充分条件-三个必要条件同时存在,互相作用;Q生Q散煤矿常见的外因火源主要有以下几种:(1)电能热源(2)摩擦热(3)放明炮、糊炮等(4)明火(高温焊碴、吸烟)。,1.矿井外因火灾及其预防,1.2预防外因火灾的技术措施预防火灾发生有两个方面:一是防止火源产生;二是防止已发生的火灾事故扩大,以尽量减少火灾损失。1.2.1防止火灾产生1)防止失控的高温热源产生和存在。按煤矿安全规程及其执行说明要求严格对高温热源、明火和潜在的火源进行管理。,1.矿井外因火灾及其预防,2)尽量不用或少用可燃材料,不得不用时应与潜在热源保持一定的安全距离。3)防止产生机电火灾。4)防止摩擦引燃。防止胶带摩擦起火。胶带输送机应具有可靠的防打滑、防跑偏、超负荷保护和轴承温升控制等综合保护系统;防止摩擦引燃瓦斯。5)防止高温热源和火花与可燃物相互作用。,1.矿井外因火灾及其预防,1.2.2防止火灾蔓延的措施限制已发生火灾的扩大和蔓延,是整个防火措施的重要组成部分。火灾发生后利用已有的防火安全设施,把火灾局限在最小的范围内,然后采取灭火措施将其熄灭,对于减少火灾的危害和损失是极为重要的。其措施有:,1.矿井外因火灾及其预防,1)在适当的位置建造防火门,防止火灾事故扩大。2)每个矿井地面和井下都必须设立消防材料库。3)每一矿井必须在地面设置消防水池,在井下设置消防管路系统。4)主要通风机必须具有反风系统或设备,反风设施并保持其状态良好,2.煤层自燃的理论基础,2.1煤的氧化特性1)所有品种煤在常温下都吸氧,但吸氧速度不同。2)煤的吸氧速度与所在空气中的氧浓度成正比,即dm/d)在温度不变条件下,吸氧速度常数随时间按指数规律衰减,即1H,2.煤层自燃的理论基础,)吸氧速度常数与煤自身温度之间符合幂函数关系)煤在氮气中加热后再冷却可使它的活性增加,并有重新恢复到原有活性的可能。)吸氧速度常数与粒度之间成复杂关系,2.煤层自燃的理论基础,2.2自然发火与自然发火期自然发火:有自燃倾向性的煤层被开采破碎后在常温下与空气接触发生氧化,产生热量使其温度升高,出现发火和冒烟的现象(1)明火、冒烟、火炭;(2)T70;(3)CO、C2H4等超临界值并上升自然发火期:从煤层被开采破碎接触空气之日起,至出现自燃现象或温度上升至燃点为止所经历时间。以月或天,2.煤层自燃的理论基础,2.3煤炭自条件1)具有自燃倾向的煤被开采后呈破碎堆积状态.2)有较好的蓄热条件。3)有适量的通风供氧。4)上述三条件共存的时间大于煤的自燃发火期。,2.煤层自燃的理论基础,2.4采空区的自燃2.4.1采空区三带划分对于后“U”通风系统(一源一汇)的采空区,按漏风风速、采空区氧气浓度、采空区遗煤温升速度和遗煤发生自燃的可能性采空区可分为三带。,2.煤层自燃的理论基础,散热带:L1=520m,由于自由堆积,空隙漏风大,Q生Q散窒息(不自燃)带:漏风小,氧气浓度低,2.煤层自燃的理论基础,划分三带的指标有三种:采空区漏风风速V(V0.9m/s为散热带;0.9V0.02m/s为自燃带;0.02m/s为自窒息带)采空区氧浓度(C)分布(认为C8%为窒息带,C8%为自燃带)采空区遗煤温升速度(dt1/d为自燃带),2.煤层自燃的理论基础,2.4.2采空区遗煤自燃的条件设自燃带的最大宽度为L1+L2,工作面的推进速度为V,自然发火期为S,在自燃带内煤暴露于空气的最长时间为(月),则(L1+L2)/V当:S时,可能发生自燃。,2.煤层自燃的理论基础,2.4.3漏风采空区及煤柱的漏风强度在0.10.24m3/(min.m2)时容易自然发火。不会导致自燃的极限风速低于0.020.05m3/(min.m2);封闭采空区密闭墙漏风压差在300Pa、漏风强度在0.021.2m3/(min.m2)时容易自然发火的。,2.煤层自燃的理论基础,2.5煤的自燃过程及特点1)潜伏(自燃准备)期:以物理吸附,煤温开始升高,无宏观现象,2)自热阶段:自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化生成热量逐渐积累、温度自动升高的过程。3)自燃阶段:煤温达到其自燃点后,若能得到充分的供氧(风),则发生燃烧,出现明火。4)熄灭:降到燃点以下,,3.煤层自燃的预测和预报,3.1煤层自燃的预测和预报,3.煤层自燃的预测和预报,3.煤层自燃的预测和预报,3.煤层自燃的预测和预报,3.2指标气体及其临界指标能反映煤炭自热或可燃物燃烧初期阶段特征的、并可用来作为火灾早期预报的气体叫指标气体。常用的指标气体(1)一氧化碳()(2)Graham系数CO(3)乙烯。(4)其它指标气体。烯炔比(乙烯和乙炔(C2H2)之比)和链烷比(C2H6/CH4)来预测煤的自热与自燃。,3.煤层自燃的预测和预报,3.3火灾应急处理,4.煤层自燃的预防措施,4.1灌浆系统灌浆系统由制浆、输浆和灌浆三部分组成。4.1.1浆液的制备1)浆液性能。对浆液性能的基本要求是,浓度适当,渗透能力强。水土比2)浆材的选取浆材必须满足一定的基本要求3)浆液的制备工艺。,4.煤层自燃的预防措施,4.1.2浆液的输送1)输送倍线灌浆喇叭口至工作面出口间管线总长度L与管路入出口高差H(如有泵时应加泵压力h)之比,称为输送倍线,4.煤层自燃的预防措施,2)灌浆管道的选择当管道中浆液恰好处于无沉积的悬浮状态时的流速,称为临界流速(vc)时,也叫不淤流速。3)灌浆钻孔,4.煤层自燃的预防措施,4.1.3灌浆防火方法按与回采的关系分,预防性灌浆有:采前预灌、随采随灌、采后封闭灌浆等三种。方法1)钻孔灌浆。在煤层底板的集中运输或回风巷道或专门开掘的灌浆巷道内,每隔一定距离(1015m)向采空区打钻灌浆,2)埋管灌浆。3)工作面洒浆。4)综采工作面插管灌浆。,4.煤层自燃的预防措施,4.2阻化剂防灭火在化学上,凡是能减小化学反应速度的物质皆称为(inhibitors)。作用机理:增加惰性、形成液膜、充填、蓄水、降温1)阻化率按公式计算阻化率:A,B-分别为原煤样和阻化煤样在规定的实验条件下氧化5小时放出的CO(pmm)或SO2(mg)。,4.煤层自燃的预防措施,2)阻化剂的阻化寿命阻化剂喷洒至煤体表面后,从开始生效至失效所经过的时间叫阻化剂寿命。单位为月。阻化剂的寿命可用下式表示:V-衰减速度3)阻化剂煤矿使用的阻化剂有:氯化钙、氯化镁、氯化铵以及水玻璃等。以及工业废液等。,4.煤层自燃的预防措施,4.3均压防灭火均压防灭火的实质:利用风窗、风机、调压气室和连通管等调压设施,改变漏风区域的压力分布,降低漏风压差,减少漏风,从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区,或熄灭火源的目的。,4.煤层自燃的预防措施,4.3.1调压设施均压防灭火的原理1)调节风窗调压的原理上风侧压力增加,下风侧增阻减风,改变调压风路上的压力分布,达到调压目的。前提:本分支风量允许减少2)风机调压的原理在需要调压的风路上安装带风门的风机,利用风机产生的增风增压作用,改变风路上的压力分布,达到调压目的。前提:以增加风量为前提。,4.煤层自燃的预防措施,3)风窗-风机联合调压的原理(1)风窗风机增压调节所谓增压调节是指使两调压装置中间的风路上风流的压能增加。增压调节又可分为风量不变和减少两种。(2)风窗风机联合降压调节作降压调节时,风窗安装在上风侧,风机安装在下风侧。,4.煤层自燃的预防措施,4.3.2生产工作面采空区自燃火源或高温点的调压处理1)并联漏风如图是后退式回采U形通风系统工作面采空区漏风分布平面示意图。调压处理方法:(1)当火源或高温点处于自燃带中后部(靠近窒息带)时,则可用降低漏风压差的方法,减小漏风带宽度,使窒息带复盖高温点。(2)高温点位于自燃带的前部,可采用在工作面下端挂风帘的方法来减小火源所在区域内的漏风,同时加快工作面的推进速度,使窒息带快速复盖高温点。,4.煤层自燃的预防措施,2)角联漏风采空区内除存在并联漏风外,还有部分漏风与其它风巷发生联系,这种漏风叫角联漏风。调压处理方法:(1)在风路中安装风门和风机等调压装置,降低漏风源的压能,提高漏风汇的压能。(2)改变相邻支路的风阻比,使之保持:,4.煤层自燃的预防措施,4.3.3调压气室-连通管调压防灭火的原理与应用一般适用于封闭火区灭火。有单气室与双气室调压两种。1)双调压气室-连通管调压原理与应用,(1)布置方式K1、K2:密闭墙。F1、F2:辅助密闭墙。在密闭墙和辅助密闭墙形成的调压气室之间铺一根金属管。(2)调压原理辅助密闭墙增加火区的漏风风阻,降低火区的漏风压差;连通管与火区并联,起到并联分风和降压的作用。(3)调压时的火区动态观察,4.煤层自燃的预防措施,2)单调压气室-连通管调压原理与应用(1)布置方式及其调压原理。在回风侧构成调压气室,同时利用金属管将调压气室与火区进风侧相连。要消除火区漏风,需满足下式:式中:RT-连通管(包括闸门)风阻;RM-辅助密闭墙M与CB巷道风阻之和;RAB,RDA-分别为巷道AB和DA的风阻;(2)火区的动态观测,4.煤层自燃的预防措施,4.3.4调整通风系统调节漏风压差1)调整通风系统的原则(1)增加火区或采空区的并联(低风阻)风路;或减少火区并联分支的风阻或风量(不得在该分支增阻)。(2)增加火区所在分支或其漏风流经路线上其它分支的风阻;在非漏风流经的路线上减阻。增阻或减阻巷道离火区或采空区越近,效果越好。(3)当火区的漏风源与漏风汇分别处于进回风井附近时,应设法降低主要通风机负压;(4)降低火区漏风源的压能,增加其漏风汇的压能。,4.煤层自燃的预防措施,2)通风构筑物的合理位置在有漏风源或漏风汇附近的风路上,设置增阻型通风构筑物时,应遵循的总原则是:既起到应有的风流调节和控制作用,又不增大火区或采空区的漏风压差。具体而言:(1)若在有并联漏风的风路上设置风窗等增阻型通风构筑物时,其位置不应选择在漏风的源与汇之间。(2)在有漏风源或漏风汇附近的风路上安设增阻型通风构筑物时,应将其设在漏风源的上风侧,或漏风汇的下风侧。(3)风门、调节风门和密闭墙等控制风流的设施设置后,应使采空区或火区同处于进风或回风侧,以降低其漏风压差。,4.煤层自燃的预防措施,4.4惰气防灭火惰气系指不可燃气体或窒息性气体,主要包括氮气、二氧化碳以及燃料燃烧生成的烟气(简称燃气)等。4.4.1氮气防灭火氮气既可以迅速有效的扑灭明火,又可以防止采空区遗煤自燃。使用注氮灭火的火区具有恢复工作量小、不损坏设备等优点。,4.煤层自燃的预防措施,1)(液)氮气防灭火原理(1)氮气注入采空区后具有降低氧浓度的作用;(2)液氮灭火还具有冷却降温作用。在20的环境温度下,液氮的汽化热为423kJ/kg。直接用液氮注入火区时,液氮气化,吸收热量,使火区气体、煤层和围岩的温度降低,火区冷却会加速火源熄灭;(3)在封闭火区的过程中,氮气注入火区后,兼有抑爆作用。,4.煤层自燃的预防措施,2)氮气制取三种工艺方法:一是深冷空分法99.9%;二是碳分子筛变压吸附法;三是膜分离法。3)生产工作面采空区注氮防火向采空区注入氮气要根据具体条件确定注氮制度(方式)。在有自燃早期预报时,一般应采用非连续注氮,以降低成本。并根据高温点的温度或CO浓度大小选择注氮强度、注氮口的位置以及注氮时工作面风量选择等。,4.煤层自燃的预防措施,4)注氮处理封闭火区(1)向封闭火区注氮。有条件时注氮过程中逐渐缩封火区,以提高注氮效果。(2)定向注氮,目标惰化。注氮时使氮气流经火源点,用氮气流置换漏风气流;或者用数个钻孔能包围火源点进行注氮,这就是目标惰化。(3)提高注氮效果的途径适当增加密闭墙的气密性,限制漏风量;增大注氮强度和保持注氮的连续性;选择合适的注氮口位置。,4.煤层自燃的预防措施,4.4.2湿式惰气灭火湿式惰气是燃料油与一定比例的空气混合在惰气发生装置(机)内经充分燃烧后产生的烟气。由于烟气中基本上是惰性气体或不可燃气体,因此,将其压入火区后,可起到惰化火区、窒息火源的作用;压入正在密闭的火区可起到阻爆作用。惰气发生装置及其性能参数:产气量,燃油耗量,耗水量,供水压力,出水温度。,4.煤层自燃的预防措施,4.5隔绝灭火当火源不能直接将火扑灭时,为了迅速控制火势,使其熄灭,可在通往火源的所有巷道内砌筑密闭墙,使火源与空气隔绝。4.5.1密闭墙的结构和种类分为:临时密闭、永久密闭和防爆密闭三种。1)临时密闭墙其作用是暂时切断风流,控制火势发展。为砌筑永久密闭墙或直接灭火创造条件。,4.煤层自燃的预防措施,2)永久密闭墙。较长时间地(至火源熄灭为止)阻断风流,使火区因缺氧而熄灭。其要求是具有较高的气密性、坚固性和不燃性,同时又要求便于砌筑和启开。3)防爆密闭墙在有瓦斯爆炸危险时,需要构筑防爆密闭,以防止封闭火区时发生瓦斯爆炸。防爆密闭墙一般是用砂袋堆砌而成。,4.煤层自燃的预防措施,4.5.2密闭墙的位置选择密闭墙的位置选择合理与否不仅影响灭火效果,而且决定施工安全性。封闭火区的原则是:密、小、少、快四字。密是指

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