矿井灾害防治技术(第二章_火灾).ppt

第二章矿井火灾防治目录 第一节基本概念和理论概述第二节开采技术预防自然发火第三节通风措施防治自然发火第四节介质法防灭自然发火第五节矿井火灾处理复习题问题思考 第一节基本概念和理论概述主要内容 一 矿井火灾发生的基本要素二 矿井火灾的分类三 煤炭自然发火四 矿井火灾的危害五 火风压六 矿井火灾防治的技术途径 一 矿井火灾发生的基本要素 1 可燃物 2 助燃剂 O2 3 热源 火灾的3个要素必须同时存在 且达到一定的数量 才能引起矿井火灾 缺少任何一个要素 矿井火灾就不可能发生 二 矿井火灾的分类 1 根据不同引火热源 矿井火灾可分为外因火灾和内因火灾 2 根据不同发火地点 矿井火灾分为井筒火灾 巷道火灾 采煤工作面火灾 煤柱火灾 采空区火灾和硐室火灾 3 根据不同燃烧物 矿井火灾可分为机电设备火灾 火药燃烧火灾 油料火灾 坑木火灾 瓦斯燃烧火灾和煤炭自燃火灾 三 煤炭自然发火 1 煤的氧化自燃过程其过程如图2 1 1所示 1 潜伏期 2 自热期 3 自燃期 在 矿井防灭火规范 中规定出现下列现象之一 即为自然发火 图2 1 1煤自燃发展过程示意图 1 出现明火 火炭或烟雾等现象 2 由于煤炭自热而使煤体 围岩或空气温度升高至70 以上 3 由于煤炭自热而分解出CO C2H4或其它指标气体 在空气中的浓度超过预报指标 并呈逐渐上升趋势 2 煤炭自燃的条件从煤的氧化自燃过程可以看出 煤炭自燃必须具备以下三个条件 1 煤炭具有自燃的倾向性 并呈破碎状态堆积存在 2 连续的通风供氧维持煤的氧化过程不断地发展 3 煤氧化生成的热量能大量蓄积 难以及时散失 3 煤的自然发火期煤炭自然发火是一渐变过程 要经过潜伏期 自热期和燃烧期三个阶段 因此 具有自燃倾向性的煤层被揭露后 要经过一定的时间才会自然发火 这一时间间隔叫做煤层的自然发火期 是煤层自燃危险在时间上的量度 自然发火期愈短的煤层 其自燃危险性愈大 4 影响煤炭自然发火的因素煤炭自然发火是一个复杂的物理化学过程 影响煤炭自然发火的因素较多 概括起来主要有如下几个方面 1 煤的自燃倾向性煤的自燃倾向性主要取决于以下几个方面 煤的变质程度 煤的孔隙率和脆性 煤岩成分 煤的水分 煤中硫和其他矿物质 煤中的瓦斯含量 煤的化学成分和碳化程度是影响煤自燃倾向的重要因素 褐煤最易自燃 烟煤 中长焰煤和气煤较易自燃 无烟煤则很少自燃 碳化程度低 含水分大的煤 水分蒸发后易自燃 碳化程度高的煤 水分对自燃的影响不明显 煤成分中的镜煤 丝煤 吸氧能力强 着火温度低 煤中含量越多 越易自燃 实验室鉴定煤的自燃倾向的方法很多 都是模拟煤的氧化过程 以其氧化能力作为判定依据 影响煤炭自燃的内因煤的变质程度各种牌号的煤都有发生自燃的可能 但在褐煤矿井 煤化程度低的一些煤层自燃发火次数要多一点 烟煤矿井以开采煤化程度最低的长焰煤和气煤的自燃危险性较大 贫煤则较少 在煤化程度较高的无烟煤矿井自燃发火较少见 所以可以认为 煤化程度较高的煤 自燃倾向性越小 但决不能以煤化程度作为判定自燃倾向性大小的唯一标志 因为生产实践证明 煤化程度相同的煤有的具有自燃特性 有的却不自燃 煤的水分煤中的水分是影响其氧化进程的重要因素 在煤的自热阶段 由于水分的生成与蒸发必然要消耗大量的热 煤体中外在的水分没有全部蒸发之前很难上升到100 这就是水分大的煤炭难以自燃的原因 但是 煤中的水分又能充填于煤体微小的孔隙中 把氮气 二氧化碳 甲烷等气体排除 当干燥以后对煤的吸附起活化作用 水分的催化作用随煤温的增高而增大 所以地面煤堆在雨雪之后容易发生自燃 井下灌浆灭火 疏干之后自燃现象更为严重 煤岩成分煤的岩石化学成分有丝煤 暗煤 亮煤和镜煤 它们有不同的氧化性 其中丝煤含量越多 自燃倾向性就越强 相反 暗煤含量越多 越不易自燃 煤的含硫量同牌号的煤中 含硫矿物越多 越易自燃 煤的孔隙率和脆性煤炭孔隙率越大 越易自燃 这是因为孔隙率越大 氧气越易渗入煤体内部 变质程度相同的煤 脆性越大 越易自燃 因为煤的脆性大小与该种煤炭是否易于破碎和形成煤粉有关 完整的煤体一般不会发生自燃 一旦呈破碎状态则使煤的吸氧表面积增大 着火点明显降低 使其自燃性显著提高 煤层瓦斯含量瓦斯通常是以游离状态和吸附状态存在于煤体中 这两种瓦斯是以压力状态存在的 吸附瓦斯在煤体卸压 温度上升等客观条件影响下 可以产生解吸现象 吸附瓦斯转变成游离瓦斯 具有流动性 因此 处于原始状态的瓦斯或以压力状态存在的瓦斯对侵入煤体中的空气具有抑制作用 是防止煤自燃的有利因素 2 煤层的赋存地质条件 煤层越厚与倾角 地质构造 煤层埋藏深度 围岩的性质 倾角 煤层倾角越大 自燃危险性就越大 因为开采急倾斜煤层时 煤炭回收率低 采区煤柱易被破坏 采空区不易封锁 煤层厚度 煤是不良导体 煤层越厚 越易积聚热量 所以 厚煤层易发火 地质构造 在有地质构造的地区 自燃危险性加剧 地质构造复杂的地区 包括断层 褶皱发育地带 岩浆入侵地带 自燃发火频繁 这是由于煤层受张力 挤力 裂隙大量发生 煤体破碎 吸氧条件好造成的 开采技术因素 开拓方式 实践经验表明 采用石门 岩巷开拓 少切割煤层少留煤柱时 自燃发火的危险性就降低了 厚煤层开采岩巷进入采区 便于打钻注浆 有利于实现预防性或灭火灌浆 采煤方法 采煤方法对自燃发火的影响主要表现在煤炭回收率的高低 回采时间的长短上 丢煤越多 丢失的浮煤越集中 工作面的推进速度愈慢愈益发现火灾 通风条件 通风因素的影响主要表现在采空区 煤柱和煤壁裂隙漏风 漏风就是向这些地点供氧 促进煤的氧化自燃 采空区面积大 漏风量相当可观 但风速有限 散热作用低 3 开拓系统4 采煤方法5 漏风条件 如图2 1 2 图2 1 2采空区散热 自燃 窒息三带分布示意图 四 矿井火灾的危害 矿井火灾的发生具有严重的危害性 主要表现在以下几个方面 1 人员伤亡 2 矿井生产接续紧张 3 巨大的经济损失 4 污染环境 五 火风压 图2 1 3 1 火风压的计算方法如图2 1 3所示 2 火风压的特性l 火风压产生于烟流流过的有高差的倾斜或垂直巷道中 2 火风压的作用相当于在高温烟流流过的风路上安设了一系列辅助通风机 3 火风压的作用方向总是向上 3 风流的紊乱形式1 旁侧支路风流逆转 如图2 1 4所示 2 主干风路烟流逆退 如图2 1 5所示 图2 1 4旁侧支路风流逆转 图2 1 5主干风路烟流逆退 3 火烟滚退 如图2 1 6所示 图2 1 6火烟滚退示意图 六 矿井火灾防治的技术途径 一 外因火灾防治的技术途径外因火灾是由外部火源引起的火灾 预防外因火灾发生的技术途径有两个方面 一是防止火灾产生 二是防止已发生的火灾事故扩大 以尽量减少火灾损失 1 预防外因火灾产生的措施1 防止失控的高温热源产生和存在 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 2 预防外因火灾蔓延的措施其措施有 在适当的位置建造防火门 防止火灾事故扩大 每个矿井地面和井下都必须设立消防材料库 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 主要通风机必须具有反风系统或设备 并保持其状态良好 二 自然发火防治的技术途径 第二节开采技术预防自然发火主要内容 一 井下易于自燃的区域二 预防自然发火的开拓开采技术措施 一 井下易于自燃的区域 采空区 煤柱 巷道顶煤 断层和地质构造附近 二 开拓开采技术预防自然发火的措施 从防止矿井自然发火的角度出发 开拓开采技术总的要求是 提高回采率 减少丢煤 即减少或消除自燃的物质基础 限制或阻止空气流入和渗透至疏松煤体 消除自燃的供氧条件 将流向可燃物质的漏风 在数量上限制在不燃风量之下 在时间上限制在自然发火期以内 为满足上述要求 通常应采取以下技术措施 图2 2 1上下区段分采同掘l 工作面运输巷 3 联络巷2 下区段工作面回风巷 1 合理确定开拓方式1 尽可能采用岩石巷道 2 分层巷道垂直重叠布置 3 分采分掘布置区段巷道 如图2 2 2 图2 2 2上下区段分采分掘1 工作面运输巷掘进头 2 下区段工作面回风巷掘进头 4 推广无煤柱开采技术 在确定开拓方式和采区巷道布置时 还要考虑通有利于通风系统防火及均压防灭火等有关通风系统管理的要求 2 选择合理的采煤方法1 长壁式采煤方法的巷道布置简单 采出率高 有较大的防火安全性 特别是综合机械化的长壁工作面 回采速度快 生产集中 单产高 在相同产量的条件下煤壁暴露的时间短 面积小 对于防止自然发火非常有利 工作面沿煤层倾斜方向布置 在回采工作面的上方和下方沿走向分别布置回风平巷和运输平巷 构成回采工作面和采区巷道之间的通风 运输和行人的通道 并沿煤层走向方向从采区边界向采区上山 或下山 方向回采 回采工艺与走向长壁采煤法基本相似 不同点是回采工作面沿走向布置 沿倾向推进 即在井田范围内 沿煤层走向布置主水平大巷 在大巷两侧沿倾斜向上山或下山方向掘进工作面的运输斜巷和回风斜巷 掘至采区边界后 掘进开切眼使两斜巷连通 在开切眼和巷道内安装设备 沿煤层倾斜方向 用仰斜或俯斜方式采煤 用本法开采单一 薄层及中厚煤层 巷道布置十分简单 回采工作面有成对布置的 也有按单一工作面布置的 每个工作面长150 200m或更长 工作面沿倾斜的推进长度即运输斜巷和回风斜巷长度 可达1000 1500m 在运输斜巷中铺设可伸缩带式输送机 回风斜巷中铺设轨道 用无极绳绞车或单轨吊车运送设备和材料 煤层 或岩层 层面与水平面相交的线叫走向线 走向线的延伸方向叫走向 煤层层面上与走向垂直的线叫倾斜线 沿倾斜线由高向低处指引的方向 称为倾向 煤层层面与水平面之间的夹角叫煤层的倾角 倾角以度为单位 2 在合理的采煤方法中也应包括合理的顶板管理方法 3 选择先进的回采工艺和合理的工艺参数 以便尽可能提高回采率 加快回采进度 4 合理确定近距离相邻煤层 下煤层顶板冒落高度大于层间距 和厚煤层分层同采时两工作面之间的错距 防止上 下采空区之间连通 5 选择合理的开采顺序 第三节通风措施防治自然发火主要内容 一 选择合理的通风系统二 增阻减少漏风防灭火三 均压减少漏风防灭火 一 选择合理的通风系统 1 选择合理的通风系统 见图2 3 1 图2 3 1通风的系统选择 a 前进式 b 后退式 2 实行分区通风3 选择合理的采区和工作面通风系统若采空区漏风较为严重工作面 工作面较短时可采用后退式U型通风系统 图2 3 2 工作面较长时可采用后退式W型通风系统 图2 3 3 二 增阻减少漏风防灭火 图2 3 4 1 合理确定通风构筑物的位置例如 图2 3 4的巷道AB间煤柱内有裂隙ced 构成漏风通路 2 堵漏措施1 沿空巷道挂帘布 2 利用飞灰充填带隔绝采空区 3 利用水砂充填带隔绝采空区 4 喷涂空气泡沫防止漏风 5 凝胶堵塞漏风 1 风窗上风侧风流压能增加 下风侧风流压能降低 A点风流压能增加 B点风流压能降低 其增加和降低的幅度取决于风窗的阻力和该分支在网路中所处的地位 2 因风量减小 风窗前后风路上的压力坡度线变缓 图2 3 5调节风窗调压的原理 一 不同调压设施局部调压的原理1 调节风窗调压的原理如图2 3 5 a 所示 对比两者可见 三 均压减少漏风防灭火 2 风机调压的原理 图2 3 6风机调压的原理 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 为此 风机安装在风窗的上风侧 图2 3 7 a b 分别表示风量不变和风量减少时压力分布变化特点 2 风窗 风机联合降压调节 做降压调节时 风窗安装在上风侧 风机安装在下风侧 调压前后压能变化规律可根据上图分析做类似分析 图2 3 7风窗一风机联合增压调节 二 均压防灭火的方法1 开区均压1 并联漏风的开区均压如图2 3 8 图2 3 8采空区并联漏风 1 当自燃高温火点处于如图2 1 2所示的自燃带 中后部 靠近窒息带 时 则可用降低漏风压差 工作面通风阻力 的方法 减小漏风带宽度 使窒息带覆盖高温点 其措施有 在工作面进风或回风中安设调节风窗 或稍稍启开与工作面并联风路中的风门d 在工作面下端设风障或挂风帘 如图2 3 9 这种方法对于减少采空区的瓦斯涌出也是有利的 图2 3 9工作面下端挂设风帘后三带分布 2 高温点位于自燃带的前部 靠近散热带附近 时 采用减小风量的方法不能使其被窒息带覆盖时 一般也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 使窒息带快速覆盖高温点 3 如果高温点位置不好判断时 可以在工作面进风或回风中安设调节风窗 或稍稍启开与工作面并联风路中的风门 2 角联漏风的调压采空区内除存在并联漏风外 还有部分漏风与其他风巷或工作面发生联系 这种漏风叫角联漏风 如图2 3 10 a 所示 图2 3 10采空区角联漏风 3 复杂漏风 图2 3 10采空区复杂漏风 图2 3 10为从不明区域漏入 消除这类漏风 抑制采空区遗煤自燃 通常的做法是在回风巷安设调节风门 提高工作面空气的绝对压力 为了不减少工作面的供风量 可在工作面进风巷安设风机 图2 3 11调压风窗对火区影响示意图 2 闭区均压1 风门 风窗调节法如图2 3 11 在并联网路中一个分支有火区存在 可以在如图2 3 11a所示的1 2分支上或如图2 3 11b所示的3 4分支上安设调压风窗来减少火区两侧的压差 2 风筒风机调节法如图2 3 12所示 图2 3 12风筒风机调节法示意图 3 调压气室均压 1 连通管调压气室 图2 3 13 图2 3 13连通管调压气室示意图1一调压管 2一辅助密闭 3一密闭 4一压差计 2 风机调压气室 图2 3 14 图2 3 14风机调压气室示意图1一风机 2一气室密闭 3一永久密闭 4一压差计 第四节介质法防灭自然发火主要内容 一 灌浆防灭火二 凝胶防灭火三 阻化剂防灭火四 惰气防灭火五 泡沫防灭火 一 灌浆防灭火 灌浆就是把粘土 粉碎的页岩 电厂飞灰等固体材料与水混合 搅拌 配制成一定浓度的浆液 借助输浆管路注入或喷洒在采空区内 达到防火和灭火的目的 一 灌浆防灭火的机理 1 泥浆中的沉淀物将碎煤包裹起来 隔绝或减小煤与空气的接触和反应面 2 浆水浸润煤体 增加煤的外在水分 吸热冷却煤岩 减缓其氧化进程 3 沉淀物充填于浮煤和冒落的岩石缝隙之间 堵塞漏风通道 减少漏风 灌浆防火的实质是抑制煤在低温时的氧化速度 延长自然发火期 二 灌浆系统灌浆系统由制浆设备 输浆管道和灌浆钻孔三部分组成 1 浆液的制备1 浆材的选取浆材必须满足下述基本要求 1 不含或少含可燃和自燃物质 2 不含催化物质 3 粒度一般不大于2mm 而且细小颗粒应占大部分 粒度小于1mm的细小颗粒所占比例要达到75 4 易于加水制成泥浆 易于脱水 同时还具有一定的稳定性 5 收缩量尽可能小 含砂量也不超过30 2 浆液的制备工艺泥浆的制备由搅拌机完成 按搅拌机的运动方式可分为固定式和行走式两种 2 浆液的输送1 输浆压力与输浆倍线 输送浆液的压力有两种 一是利用浆液自重及浆液在地面入口与井下出口之间高差形成的静压力进行输送 叫静压输送 当静压不能满足要求时应采用加压输送 前者使用较多 输浆倍线表示输浆管路阻力与压力之间关系 用N表示 式中 L 浆液自地面管路的入口至灌浆区管路的出口管线总长度 m H 浆液入出口之间的高差 m h 泥浆泵的压力 m 倍线一般控制在3 8之间 过大时 应加压 过小时 容易发生裂管跑浆事故 可在适当的位置安装闸阀进行增阻 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 也叫不淤流速 在这个流速下输送浆液 既能保证不淤积 不堵管 而且消耗的能量又最小 因此 临界流速是一重要参数 与临界流速对应的管径叫临界管径dc 两者的关系为 2 4 3 3 灌浆钻孔 三 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 1 采前预灌所谓采前预灌是指在工作面回采前对其上部的采空区进行灌浆 2 随采随灌1 钻孔灌浆如图2 4 2所示 图2 4 2钻孔灌浆示意图1 底板消火道 2 回风道 3 钻孔 4 工作面进风巷 2 小巷钻孔灌浆 图2 4 3 图2 4 3小巷道钻孔灌浆示意图1 底板消火道 2 钻窝巷道 3 钻孔 4 回风道 5 工作面进风巷 3 埋管灌浆放顶前沿回风巷道在采空区预先铺好灌浆管 放顶后立即进行灌浆 随着工作面的推进 按放顶步距用回柱绞车逐渐向外牵引灌浆管 牵引一定距离灌一次浆 4 洒浆是从灌浆管接出一段胶管 沿工作面方向向采空区均匀地洒浆 5 综采工作面插管灌浆 图2 4 4 图2 4 4综放面插管灌浆 3 采后灌浆 四 预防性灌浆注意事项有的矿井在灌浆区采掘时曾发生过溃浆事故 造成严重损失 为了防止这类事故发生 灌浆时应注意下列事项 1 经常观察水情 2 灌浆后应再灌几分钟清水 清洗管道 以免泥浆在管道内沉淀 3 在灌浆区下部巷道中必须设置滤浆密闭 将灌浆区和工作区隔开 而且要求滤浆密闭有一定的强度 防止崩浆事故发生 4 在煤层浅部灌浆时 要及时填塞地表塌陷坑及钻孔 防止地表水流入井下 5 在灌浆区下部进行采掘前 必须对灌浆区进行检查 一旦发现有积水 必须打钻放水后 才能进行采掘工作 二 凝胶防灭火 凝胶防灭火技术是20世纪90年代在我国广泛应用的新型防灭火技术 多用于井下局部煤体高温或发火的防灭火处理 由于其工艺简单 操作方便 防灭火效果较好 在有自燃危险煤层的矿区得到广泛的应用 一 凝胶防灭火的作用机理 1 吸热降温作用 2 堵漏风作用 3 保水作用 凝胶的含水量大于90 硅酸所形成的立体网状结构能有效地阻止水的流失 在井下潮湿封闭条件下 凝胶一个月的体积收缩率小于20 一定时期内能有效地起着堵漏风作用 4 阻化作用凝胶无论其原料还是最终产物都对煤体具有阻化作用 尤其是成胶后能覆盖于煤体表面 阻止其氧化 5 成胶材料来源广泛 成本低廉 压注工艺简单 操作方便 二 凝胶防灭火工艺1 双箱双泵工艺 图2 4 5 图2 4 5凝胶防灭火双箱双泵工艺原理示意图 2 双箱单泵工艺 图2 4 6 图2 4 6凝胶防灭火双箱单泵工艺原理示意图 凝胶注浆设备目前已经有系列产品出现 图2 4 7 图2 4 7井下轻便型移动式注胶工艺流程 三 凝胶配方存在的问题和改进1 配方存在的问题凝胶防灭火技术已在我国煤矿得到广泛应用 但在实践中也暴露出诸多问题 1 胶形成过程中释放出氨气 污染井下空气 危害工人健康 2 胶的强度较低 而且呈刚性 一旦被破坏就不能恢复 因此在压注完成后 遇矿压会压裂 影响堵漏风效果 3 凝胶成本一般都在60元 m3以上 高于黄泥灌浆 水砂充填等的成本 不适合大面积充填防灭火使用 2 改进型配方针对传统凝胶存在的诸如胶形成过程中释放出氨气 胶的强度较低且呈刚性 凝胶成本较高等问题 近年来改进型配方主要有以下几种 三 阻化剂防灭火 一 阻化防灭火机理阻化剂只有与水混合成一定浓度的水溶液后才能抑制和起到防火作用 其防灭火机理为 增加煤在低温时的化学惰性 使煤炭和氧的亲合力降低 形成液膜包围煤块和煤的表面裂隙面 充填煤柱内部裂隙 增加煤体的蓄水能力 水分蒸发吸热降温 阻化剂防灭火实质是降低煤在低温时的氧化速度 延长煤的自然发火期 1 无氨味凝胶配方2 分子结构型膨胀凝胶3 粉煤灰胶体 注液量的大小与注液控制范围煤量成正比 其计算公式如下 T KDV 2 4 4 式中T 日注液量 t K 吨煤用液量 t t D 实体煤容重 t m3 V 注液控制煤体体积 m3 三 阻化剂材料和浓度选择1 阻化材料选择 2 药液浓度 四 阻化防火工艺1 压注阻化剂 2 汽雾阻化 图2 4 8 图2 4 8采空区喷送雾状阻化剂系统1 阻化剂溶液箱 2 输液泵 3 自动过滤 4 高压软管 5 支架 6 漏风方向 7 雾化发生器 喷雾量的大小与采空区丢煤量成正比 其计算公式如下 T KADLHS R 2 4 5 式中T 日喷雾量 t R 雾化率 K 吨煤用液量 t t D 实体煤容重 t m3 L 工作面长度 m H 工作面采高 m S 日进尺 m A 丢煤率 3 喷洒阻化剂 工艺系统如图2 4 9所示 图2 4 9喷洒阻化剂工艺系统l 供水管 2 永久溶液池 3 水泵 4 压力表 5 铁管 6 阀门 7 胶管 8 喷枪 9 流量计 四 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等 惰气防灭火原理 惰气防灭火就是将惰气注入已封闭的或有自燃危险的区域 降低其氧的浓度 从而使火区因氧含量不足而熄灭 一 氮气防灭火技术1 氮气防灭火机理与惰化指标1 氮气防灭火机理 l 采空区内注入大量高浓度的氮气后 氧气浓度相对减小 氮气部分地替代氧气而进入到煤体裂隙表面 2 采空区注入氮气后 提高了气体静压 降低了漏入采空区的风量 减少了空气与煤炭直接接触的机会 3 氮气在流经煤体时 吸收了煤氧化产生的热量 可以减缓煤升温的速度和降低周围介质的温度 4 采空区内的可燃 可爆性气体与氮气混合后 随着惰性气体浓度的增加 爆炸范围逐渐缩小 即下限升高 上限下降 3 注氮防灭火工艺注氮方式从空间上分为开放式注氮和封闭式注氮 从时间上分为连续性注氮和间断性注氮 1 开放式注氮当自然发火危险主要来自回采工作面的后部采空区时 应该采取向本工作面后部采空区注入氮气的防火方法 具体方式有2种 1 埋管注氮 2 注氮防灭火惰化指标 1 采空区惰化氧浓度指标不大于煤自燃临界氧浓度 一般氧含量应小于7 10 2 惰化灭火氧浓度指标不大于3 3 惰化抑制瓦斯爆炸氧浓度指标小于12 2 拖管注氮 无论是埋管注氮还是拖管注氮 注氮管的埋设及氮气释放口的设置应符合如下要求 A 对采用U型通风方式的采煤工作面 应将注氮管铺设在进风顺槽中 注氮释放口设在采空区中 如图2 4 10所示 图2 4 10注氮管埋设及释放口位置 B 氮气释放口应高于底板 以90 弯拐向采空区 与工作面保持平行 并用石块或木垛等加以保护 C 氮气释放口之间的距离 应根据采空区 三带 宽度 注氮方式和注氮强度 氮气有效扩散半径 工作面通风量 氮气泄漏量 自然发火期 工作面推进度以及采空区冒落情况等因素综合确定 D 注氮管一般采用单管 管道中设置三通 从三通上接出短管进行注氮 2 封闭式注氮 1 旁路注氮 2 钻孔注氮 3 插管注氮 4 墙内注氮 4 防止采空区氮气泄漏的措施1 直接堵漏措施 2 均压措施 5 日常管理应注意的事项1 注氮量的多少 应根据采空区中的气体成分来确定 2 合理设置监测传感器 加强对采空区 工作面和回风槽中02 N2和CO的监测 3 注入氮气的纯度不得低于97 4 注意检查工作面及回风顺槽风流中的瓦斯涌出情况 5 第一次向采空区注氮 或停止注氮后再次注氮时 应先排出注氮管内的空气 避免将空气注入采空区中 6 在注氮过程中 工作场所的氧浓度不得低于18 5 6 处理好抽放瓦斯与注氮的关系对于开采高瓦斯 易自然发火煤层的矿井 当采空区同时要采取这两种措施时 它们之间存在着相互矛盾 需要处理好两者之间的关系 采空区瓦斯抽放破坏了瓦斯的游离状态与吸附状态的动态平衡 使一部分吸附状态的瓦斯按一定的衰减速度不断地被解吸 当抽放到一定程度后 将有部分气体进入采空区 来补充采空区被抽走的那部分瓦斯 应用泡沫充填剂是矿井充填堵漏风防灭火的主要技术手段之一 泡沫是不溶性气体分散在液体或熔融固体中所形成的分散物系 二相空气泡沫 二相惰气泡沫 聚氨酯泡沫 脲醛泡沫 水泥泡沫等在煤矿防灭火中虽已得到应用 但由于二相泡沫稳定性差 聚氨酯泡沫 脲醛泡沫 水泥泡沫成本高 对人体健康有害 应用受到限制 五 泡沫防灭火 二 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 主要成分为N2 CO2 CO H2O蒸汽 O2 其中O2含量一般不超过2 一 无机固体三相泡沫的形成机理无机固体三相泡沫由气源 泡沫液 无机固体粉末组成 其形成过程极为复杂 无机固体干粉包括 固体废弃物 粉煤灰 矸石粉等 起固结作用的水泥及添加剂等惰性粉料 二 无机固体三相泡沫的特点同国内外目前正在使用的有关堵漏防灭火材料性能比较 无机固体三相泡沫具有如下特点 1 堵漏风效果好 防灭火效果明显 适用于煤矿井下各种堵漏风的防灭火 2 防火泡沫流动性好 堵漏风充填可靠 灭火泡沫胶凝早 强度增长快 强度高 适宜巷道空洞直接堆积垛起 可快速熄灭高顶火灾 3 成本降低50 以上 4 材料易取 尤其是利用粉煤灰可改善电厂环境降低除灰成本 5 安全性 环保性好 三 无机固体三相泡沫物理性能调控井下不同地点对无机固体三相泡沫物理性能的要求不同 四 无机固体三相泡沫的充填工艺1 高冒顶充填作业工艺 图2 4 11 图2 4 11高冒顶空洞充填示意图 2 沿空侧空洞充填作业工艺 图2 4 12 图2 4 12沿空侧空洞充填示意图 1 充填时沿中心位置的预埋管依次向四周充填 每个位置每次充填一定时间 如此循环可使泡沫有效初凝和增长强度 有利于泡沫的稳定 2 如此循环作业直至下一个钢管排出泡沫时 说明此位置已被充填至空洞顶 第五节矿井火灾处理主要内容 一 发生矿井火灾时应采取的措施二 风流控制三 矿井灭火方法四 高瓦斯矿井处理火灾时的注意事项五 火区的管理与启封 一 发生矿井火灾时应采取的措施 矿井发生火灾时 每个人都必须严守纪律 服从命令 决不能惊慌失措 擅自行动 一 撤出及救护灾区人员煤矿井下发生火灾时 矿领导及有关人员的首要任务是保护井下人员的安全 应迅速从危险区撤出与救灾无关的人员 同时采取一定的通风措施防止风流逆转 二 侦察火区火灾发生后 应立即派出矿山救护队和辅助救护队人员侦察火区 首先侦察是否有遇难人员 弄清火源的地点 火灾的性质及火灾的范围 为采取有效的灭火措施提供依据 同时 切断火区电源 派专人量风测气 观察顶板动态 注意风流的变化 防止事故扩大 二 风流控制 灾变时期通风调度决策正确与否对救灾工作的成败极为重要 1 风流紊乱的原因 规律及其防治1 上行风路产生火风压发生风流逆转的原因主要是 因火风压的作用使高温烟流流经巷道各点的压能增大 因巷道冒顶等原因造成火源下风侧风阻增大 导致主干风路火源上风侧风量减小 沿程各节点压能降低 为了防止旁侧风路风流逆转 主要措施有 降低火风压 保持主要通风机正常运转 采用打开风门 增加排烟通路等措施减小排烟路线上的风阻 防止逆退措施是 减小主干风路排烟区段的风阻 在火源的下风侧使烟流短路排至总回风 如图2 5 1 以增加风速 图2 5 2 图2 5 1挡风墙 图2 5 2风障 2 下行风路产生火风压 3 风流逆退的原因 规律及其防治 2 火灾时常用的几种通风制度1 维持正常通风 稳定风流这一制度的适用条件是 火源位于采区内部 烟流已弥蔓较大范围 井下人员分布范围大 通风网路复杂的高瓦斯矿井 火源位于独头掘进巷道内 不能停运局部通风机 火源位于采区或矿井主要回风巷 维持原风向有利于火烟迅速排出 减少向火源供风抑制火势发展 2 停风机在以下情况下可考虑 火源位于进风井口或进风井筒 不能进行反风 独头掘进面发火已有较长的时间 瓦斯浓度已超过爆炸上限 这时不能再送风 主通风机已成为通风阻力时 3 反风按范围分 有全矿井反风 区域反风和局部反风三种 1 全矿反风 通过主通风机及其附属设施实现 2 区域性反风 在多进 多回的矿井中某一通风系统的进风大巷中发火时 调节一个或几个主通风机的反风设施 实现矿井部分地区风流反向的反风方式 称为区域性反风 3 局部反风 当采区内发生火灾时 主要通风机保持正常运行 调整采区内预设的风门开关状态 实现采区内部局部风流反向 这种反风方式称为局部反风 4 风流短路 三 消灭矿井火灾的方法 一 直接灭火法由于发火地点和发火特征的差异 内因火灾与外因火灾在直接灭火时方法有所不同 内因火灾介质法直接灭火的有关技术上一节已经介绍 下面重点介绍外因火灾的直接灭火技术 1 用水灭火用水灭火 简单易行 经济有效 1 水的灭火作用2 用水灭火的注意事项 供水量要充足 确保正常通风 当火势旺时 应先将水流射向火源外围 水能导电 水比油重 因此水不能扑灭油类火灾 1 泡沫灭火器 2 5 3所示 图2 5 3泡沫灭火器1 机身 2 机盖 3 玻璃瓶 4 铁架 5 喷嘴 6 碱性药液 7 酸性药液 2 用砂子 或岩粉 灭火把砂子 或岩粉 直接撒在燃烧物体上能隔绝空气 将火扑灭 3 用化学灭火器灭火 2 干粉灭火器目前矿用干粉灭火器是以磷酸铵粉为主药剂的 4 高倍数空气机械泡沫灭火高倍数泡沫剂和压力水混合 在强力气流的推动下形成高倍数空气机械泡沫 其工艺系统如图2 5 4所示 图2 5 4高倍数泡沫灭火装置1 风机 2 泡沫发射器 3 潜水泵 4 管路 5 泡沫剂 6 水桶 7 喷嘴 8 棉线网 9 水管 10 水柱计 11 密闭 二 隔绝灭火法隔绝灭火法是在直接灭火法无效时采用的灭火方法 1 封闭火区的原则封闭火区的原则是 密 小 少 快 四字 2 封闭火区的方法封闭火区的方法分为三种 1 锁风封闭火区 2 通风封闭火区 3 注惰封闭火区 3 防火墙的类型根据防火墙所起的作用不同 可分为临时防火墙 永久防火墙及耐爆防火墙等 1 临时防火墙临时防火墙的作用是暂时遮断风流 防止火势发展 以便采取其他灭火措施 气囊快速临时防火墙 又称充气密闭 石膏防爆防火墙 是以石膏为基料 另加些助凝剂 在喷射机内搅拌喷灌成型的一种防火墙 2 永久防火墙永久防火墙的作用在于长期严密地隔绝火区 阻止空气进入 因此要求坚固 密实 3 耐爆防火墙 图2 5 5 图2 5 5水砂充填耐爆防火墙1 秫秸帘子 2 砖墙 3 充填管 4 观测孔 5 注浆管 6 放水管 7 返水池 4 建立防火墙的顺序火区封闭后必然会引起其内部压力 风量 氧浓度和瓦斯等可燃气体浓度变化 防火墙建立的顺序目前基本上有两种 一是先进后回 又称为先入后排 二是进回同时 三 混合灭火法混合灭火法就是先用防火墙将火区封闭 然后再采取其他灭火手段 如灌浆 调节风压和充入惰性气体等加速火的熄灭 四 高瓦斯矿井处理火灾时的注意事项 高瓦斯矿井处理火灾时 对灾区进行合理的通风 对防止瓦斯爆炸有决定性的作用 采取相应的措施 1 上 下山和运输平巷发火时 如果在火源的上风侧有掘进头和废巷 应将积存瓦斯的巷道严密封堵 2 处理高瓦斯矿高冒处火灾时 必须在喷雾水枪的掩护下 迫使火源局限在高冒处 在火源的下风侧设水幕 然后在高冒处两端用水枪灭火 3 处理高瓦斯矿井独头巷道火灾时 不能停风 要在保持正常通风或加大风量的条件下处理火灾 4 当直接灭火无效或不可能时 应封闭火区 在高瓦斯矿封闭火区是相