矿井火灾防治教学课件PPT1.ppt

一 燃烧的基本概念1 燃烧的形式 1 扩散燃烧 2 分解燃烧 3 表面燃烧 4 预混燃烧 第五讲矿井火灾防治 2 预混气体燃烧的蔓延矿井火灾火源燃烧蔓延主要分为固体 液体燃料燃烧蔓延和预混气体燃烧蔓延 预混气体燃烧是矿井火灾引起爆炸的重要原因 二 富氧燃烧和富燃料燃烧1 火源燃烧的分类及特点 1 富氧燃烧下风侧氧浓度一般保持在15 体积浓度 以上 故称为富氧燃烧 也称为非受限燃烧 2 富燃料燃烧其下风侧烟流常为高温预混可燃气体 与旁侧新鲜风流交汇后 易形成新的火源点 这种形成多个再生火源的现象称为火源发展的 跳蛙 现象 再生火源的出现增大了预混气体进入火源 引起爆炸的概率 并加快了火灾蔓延的速度 表1 1富氧燃烧和富燃料燃烧类火灾的基本特性 3 矿井火灾火源分带 富燃料燃烧火源分带 图1 3富燃料燃烧火灾火源分带示意图l一冷却带 2 焦化带 3一高温热解带 4一燃烧分带 5 剩余燃料分带 6 预热带 富氧类火灾分带 图1 4富氧类燃烧火灾火源分带示意图1一冷却带 2 焦化带 3 燃烧带 4 预热带 2 富燃料类火灾的危险性及形成条件 1 富燃料类火灾的危险性 图1 5富燃料燃烧的危险性示意图 2 产生富燃料类火灾的火源特性富燃料燃烧取决于可燃物的类型 数量及供氧量 可燃物越容易引燃 燃料数量越大 供氧量相对于燃料量不足 如停风 减风 巷道垮塌等 空气预热温度越高 则发生富燃料类火灾的可能供越大 3 影响富燃料燃烧的其他因素富燃料燃烧还取决于巷道断面大小 下风侧可燃物种类 数量和分布形式 巷道周长和断面积之比愈小 巷道断面愈小 愈容易发生富燃料类火灾 在矿物油类火灾实例中已经发现不少富燃料燃烧现象 3 富燃料类火灾的防治a 罗伯特的理论计算表明 设火焰沿巷道蔓延的速度为 巷道中风速为 可由判别式来判断是否会出现富燃料燃烧 r越大 越可能发展成为富燃料燃烧 具体值与燃料种类有关 所以 主要措施为 1 减小火焰沿巷道蔓延的速度 2 保持或增加巷道中风速 如果矿井火灾已经成为富燃料类火灾或已由富氧类火灾转变为富燃料类火灾 就难以转变为富氧类火灾 这时 为避免发生危险 与其浪费时间进行危险而收效不大的灭火 不如尽力防止其发展 具体手段为 1 在着火巷道的相接邻巷道内喷水 喷高效泡沫 防止火势向其中蔓延 2 加固着火巷与相接巷道间的风门 隔墙 减少漏风 3 若时间允许 将混凝土或其他不燃性密封剂喷射在隔墙的周边和隔墙外几米距离的巷顶和巷帮上半部 减少火势蔓延和漏风的可能 4 在火源上风侧构筑带有自动关闭门的临时风门 5 若能迅速准备充足的惰气 可以向着火巷注入惰气 6 人员撤出灾区后 关闭位于火源前方的自动风门 在可能的情况下 继续进行喷水 喷射高效泡沫和注入co2等项工作 7 救护人员进行较大范围的火区封闭作业 若进行全矿封闭 需关闭主要通风机 封闭通往地面的所有出口 4 矿井火灾的爆炸危险性在井下半封闭巷道中发生预混燃烧情况下 火灾转变为爆炸的条件为 存在体积较大 温度较高的可燃性混合气体 可燃气体达到爆炸界限 可燃性混合气体中氧浓度达到14 以上 可燃性混合气体流动过程中遇到火源或本身温度高于燃点 矿井火灾中不产生爆炸的情况是 富氧类火灾 火源下风侧无再生火源 火源下风侧特别是距火源较近的下风侧 无新鲜风流或较大漏风从相接巷道流入 火区尚未出现风流逆转 瓦斯涌出量小 三 矿井火灾对风流流动状态的影响1 矿井火灾对通风系统的影响2 矿井火灾产生的风流紊乱观象矿井火灾时风流状态的影响即火风压的影响表现为 节流效应 和 浮力效应 矿井火灾产生的浮力和节流效应 引起矿井风流状态的紊乱变化 该变化可分为如下三类 1 风流 烟流 逆转 2 烟流逆退 3 烟流滚退 表1 2矿井火灾时期风流紊乱现象 3 风流紊乱现象的危害 1 风量减少 2 风流逆转 逆转风流携带大量有毒有害气体 蔓延至更大区域 甚至污染进风区域 扩大受灾范围 甚至威胁整个矿井 风流逆转经历减风一停风一反风的过程 在减风和停风阶段 因风量剧减 风流中瓦斯浓度相对升高 并因风速减少 为瓦斯形成局部聚集创造了条件 在巷道中形成纵向和横向的局部瓦斯聚集带时 就具备了可能爆炸的条件 风流逆转使火源下风侧富含挥发物的风流或局部瓦斯聚集带的污风再次进入着火带的可能性增大 从而增加了爆炸的可能性 这就是为什么在金属 非金属矿井火灾中 也会发生可燃气体爆炸的原因 3 烟流逆退烟流逆退对火源上风侧直接灭火人员造成直接威胁 烟流与进风混合再次进入火源 在一定条件下能诱发瓦斯爆炸 烟流逆退致使烟流进入其他巷道 可能造成与风流逆转相似的结果 4 烟流滚退滚退现象导致火源上风侧烟流与新鲜风流掺混后 再逆流回火源 在一定条件下能诱发瓦斯爆炸 烟流滚退对火源上风侧从事直接灭火的人员也构成直接威胁 4 不同巷道发生火灾对风流状态的影响 1 水平巷道火灾发生在水平巷道的火灾 若忽略相邻倾斜巷道的温度变化影响 般认为 只存在节流作用 无浮力效应的影响 节流作用增大风流流动的阻力 其结果导致着火巷风量减少 风量减少量可达30 2 上行通风巷道火灾发生在上行通风巷道的火灾产生浮力和节流两种效应 图1 7在浮力 节流作用下巷道风向的变化 图1 8上山风量和风压随时间的变化情况 3 下行通风巷道火灾下山发生火灾 风向很可能逆转 而且可能出现风向频繁变化的情况 这是救灾时需特别注意的 是否能保持持续的风流逆转后的方向 取决于以下几种因素 火源在下山位置的影响 烟流中氧浓度的影响 原有通风风压的影响 火势大小的影响 掺入新鲜风流的影响 图1 9下山发生中小型火灾时风量和风压随时间的变化情况 图1 10下山火势发展迅速时风量和风压的关系 图1 11下山火灾时有 无新鲜风流掺入时的风量变化a 烟流尚未与新鲜风流混合 b 烟流已与新鲜风流混合 四 火区封闭1 火区内瓦斯爆炸性变化趋势及防止措施的效果 图1 12火区内气体爆炸性变化 2 防火墙的构筑在构筑防火墙期间 应该注意以下各方面 1 监测大气压力的变化应根据当地气象资料 预测灭火期间大气压力变化 以便尽早采取措施 2 控风措施 通风机供风状态的变化 风速 风量 注意火区内风压 风量 脉动现象 3 防火墙构筑前的准备工作 1 防止爆炸的有关措施在可能条件下 移除燃烧的可燃物 特别注意火区内设备中的电池 蓄电池 它们会对将来火区恢复工作的安全造成不利影响 待封闭的区域若有大量煤尘存在 应多覆盖岩粉惰化 各种电路 包括信号线 架空线和金属管 都应切断 轨道 输送机应撤除一段 用以切断导电回路 2 封闭区取样在火区管理和启封火区时 对封闭状况的了解和决策依据来自封闭火区的取样 在进回风侧每一座防火墙均应设置取样管 取样管应在防火墙内向火源位置延伸至尽可能近的距离 用以减少防火墙附近漏风的影响 减少火源生成气体在进入取样管前的移动过程中 因环境影响造成气体组分和浓度的增减 3 气体监测 火源下风侧直接监测 主要回风流的监测 4 防火墙的建造防火墙分临时防火墙 半水久 永久防火墙和耐爆防火墙 1 在砌筑混凝土防火墙时 在竖直的防火墙面用具有适当强度的塑料硬毛刷代替抹刀刷涂抹面砂浆 可以增加防火墙的严实性和耐久性 特别在防火墙周边与巷壁接触处 用毛刷填塞裂隙比抹刀更为方便 效果更好 2 在砂浆中掺入玻璃纤维 可以增强砂浆的胶结强度和粘性 并便于涂抹 3 防火墙与巷道接触周边最易出现漏风 因此 应分别在巷底 巷帮和巷顶采取 巷底处理 巷帮处理 巷顶处理 防火墙内侧周边处理 5 防火墙的封闭顺序 图1 13封闭顺序对火区内气体压力的影响 a 先进后回b 先回后进c 同时封闭 图1 14火区通风系统示意图 6 封闭效果评价 图1 15大气压力变化对火区内瓦斯和氧气浓度的影响a 劣质的防火墙 b 优质的防火墙 1 封闭效果不良大气压力增加时 ch4浓度降低 o2浓度升高 这意味着大气压力变化对火区气体浓度影响大 外部空气漏入封闭区 ch4和o2浓度的这种变化趋势表示封闭效果不良 2 封闭效果良好当大气压力增加对 ch4浓度持续增加 o2浓度持续下降 表明火区封闭严密 大气压力增加并未增加漏风 但是 当ch4浓度足够高时 若大气压力增加 因少量空气流入火区 会导致ch4被挤出 火区内ch4浓度减小 致使o2浓度增加 这种情况在防火墙质量最优时也可能发生 3 防火墙质量优劣的确定确定防火墙质量优劣的标准是大气压力变化引起封闭区内气体浓度变化的时滞性大小 质量差的防火墙 大气压力的变化几乎会立即引起封闭区内气体浓度变化 时滞性愈大 防火墙质量愈好 这 标准可以检查一组防火墙的质量 4 高质量防火墙对大气压力变化反应的时滞性了解防火墙质量可以帮助及时了解是否需要或在何时采取补救措施 值得警惕的是 最好的防火墙也可能产生新的危险 封闭质量好的防火墙内气体浓度受外界大气压力变化影响的时滞性长 在大气压力下降很长一段时间后ch4才会流出 若灭火人员未能注意这一时滞性 忽视在防火墙外某些区域可能意外地含有高浓度ch4 就将存在瓦斯窒息或爆炸的危险 五 火区管理1 火区日常管理 1 建立火区卡片卡片上详细记录发火日期 原因 位置 范围 防火墙厚度 建筑材料 灭火处理过程 灌浆量以及空气成分 温度 气压变化等情况 并且要附有火区关系位置图 由矿井通风部门永久保存 2 永久性防火墙管理井下所有永久性防火墙都要编号管理 防火墙前要设栅栏悬挂警标 禁止人员进入 并悬挂牌板 记录防火墙内 外的瓦斯浓度 温度及测定日期和测定人员姓名 3 加强检查工作对墙内的温度和空气成分 要定期进行测定和化验分析 封闭火区的防火墙必须每天检查一次 瓦斯急剧变化时 每班至少校查一次 所有检查结果都要记入防火记录簿中 如果发现防火墙封闭不严或有其他缺陷及火区内有异常变化时 要采取措施及时处理 4 检查内容和方法 检查防火墙水柱计数值的变化 分析封闭区内空气压力变化情况 从回风侧防火墙上的观测管内取气样进行气体成分分析 并用温度计测温 观察封闭区内的火情变化 检查防火墙有无裂缝 有无漏风现象 2 火区状态分析 1 变化速率的确定 式中 分析期间时间的初 末值 对应于的气体浓度的百分比 图1 16封闭火区内气体组分随时间的变化 2 火区内火源燃烧状态分析 判断准则1 n2浓度变化速率的影响 判断准则2 o2和n2浓度变化速率的比较 判断准则3 火区相关气体浓度变化速率的比较 图1 17封闭火区内其他气体浓度随时间的变化 3 火区内火源燃烧状态变化过程的推断 判断准则4 判断准则5 3 火情变化的判断 1 火是否熄灭火是否趋于熄灭可以根据ch4 c2h6 c3h8 的变化趋势来判断 煤矿安全规程 第248条 启封火区的条件 第3款就提到 火区内空气中不含有乙烯 乙炔 一氧化碳浓度在封闭期间内逐渐下降 并稳定在0 001 以下 规程 第248条中不仅以co作为判定条件 且提到在同时具备启封火区的5个条件时 方可认为火区已经熄灭 方准启封 2 火势的强弱对于不同燃料的燃烧速率mf 其计算公式如下 煤 油 胶带 式中qa 风量 m3 minmf 不同燃料的燃烧速率 kg min 木材 式 b 式 a 六 火区启封1 相关规定 规程 第二百四十八条封闭的火区 只有经取样化验证实火已熄灭后 方可启封或注销 火区同时具备下列条件时 方可认为火已熄灭 一 火区内的空气温度下降到30 以下 或与火灾发生前该区的日常空气温度相同 二 火区内空气中的氧气浓度降到5 0 以下 三 火区内空气中不含有乙烯 乙炔 一氧化碳浓度在封闭期间内逐渐下降 并稳定在0 001 以下 四 火区的出水温度低于25 或与火灾发生前该区的日常出水温度相同 五 上述4项指标持续稳定的时间在 个月以上 2 火区状态的分析 1 火区封闭后 机械通风动力的中断并不能完全停止封闭区内空气流动或经过着火带 2 封闭区内大气o2浓度在其体积浓度低于5 时 火焰燃烧将开始逐渐减弱乃至熄灭 o2浓度在1 以下时 火焰燃烧完全熄灭 但即使在空气中o2浓度为零的条件下 着火带可燃物的阴燃仍可持续相当长的一段时间 这是启封火区应该特别注意的 3 在岩温或可燃物阴燃温度超过150 左右时 若空气中o2浓度大于5 可能导致复燃 4 由于焦炭对co的吸附作用 着火带燃烧生成的co可能为焦炭所吸附 5 在盲巷火区或因为均压措施杜绝漏风的火区 c