第九章_矿井火灾防治.doc

矿井火灾防治凡是发生在矿井井下或地面，威胁到井下安全生产，造成损失的非控制燃烧均称为矿井火灾。第一节 基本概念和理论概述一、矿并火灾的分类(1）根据引火热源分类，矿井火灾可分为外因火灾和内因火灾。外因火灾是由于外部热源引起的火灾。煤矿常见的外部热源有电能热源、摩擦热、各种明火（如液压联轴器喷油着火、吸烟、焊接火花）等，多发生在井筒、井底车场、石门及其他有机电设备的巷道内。内因火灾是由于煤炭等易燃物质在空气中氧化发热并积聚热量而引起的火灾。它不存在外部引燃的问题，因此，又称自燃火灾。自燃火灾多发生在采空区，特别是丢煤多而未封闭或封闭不严的采空区；巷道两侧煤柱内及煤巷掘进冒高处等。(2）根据可燃物分类，分为煤炭自燃火灾、坑木燃烧火灾、火药燃烧火灾、机电设备火灾、瓦斯燃烧火灾和油料燃烧火灾。(3）据着火地点分类，井筒火灾、巷道火灾、采煤工作面火灾、硐室火灾、采空区火灾、煤柱火灾。二、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）毁坏设备和资源。井下发生火灾时，温度常在1000以上。可烧毁昂贵的机电设备或使被封闭在火区内。同时，自燃火灾不但会烧毁大量的煤炭资源，而且是大量的煤炭资源被冻结，直接影响正常生产。(2）产生大量有害气体。降下一旦发生火灾，煤炭自然会产生一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、烟尘等；坑木，橡胶，聚氯乙烯的燃烧会产生大量一氧化碳、醇类、醛类以及其他复杂有机化合物。烟气特别是一氧化碳，会使井下人员中毒或死亡。人员伤亡。当煤矿井下发生火灾以后，煤、坑木等可燃物质燃烧，释放出有害气体，此外，火灾诱发的爆炸事故还会对人员造成机械性伤害（冲击、碰撞、爆炸飞岩砸伤等）。 (3）引起瓦斯、煤尘爆炸。井下火灾一方面可燃物发生干馏作用，放出爆炸性气体；另一方面为矿井的瓦斯、煤尘提供了引爆热源。(4）产生火风压，破坏通风系统。矿井发生火灾，产生火风压，引起矿井风流紊乱，风流逆转，造成风流不稳，破坏通风系统，是灾害进一步扩大。（5）扑灭火灾要耗费大量的人力物力财力，且破灭火灾的人员生命难以保证；同时，火灾扑灭后的生产恢复仍需要很高的成本。第二节 矿井火灾及其防治一、 外因火灾发生的原因及易发地点：外因火灾发生突然、来势凶猛，如处理不及时，可酿成恶性事故。（一） 外因火灾主要原因，井下发生火灾条件是热源、可燃物、氧气三者同时存在。1. 热源，如明火、电缆着火、电气设备产生的电弧火花，瓦斯或煤尘爆炸，以及放炮、机械摩擦等引起的火灾。一般的说，在电气化程度较低的中、小型煤矿，大多数外因火灾是由于使用明火或违章爆破等引起的。在机械化、电气化程度较高的矿井，则大多是由于机电设备管理维护不善，操作使用不当，设备运转故障等原因所引起的。而且随着矿井电气化程度的不断提高，机电设备引起的外因火灾的比重也有增长的趋势。在井下吸烟、取暖、违章放炮、电焊及其它原因，引起的外因火灾，也时有发生。2. 可燃物：可燃物主要是木棚、瓦斯、煤炭、油料、纸、棉纱、胶带等3. 氧气。（二） 外因火灾易发地点外因火灾大多容易发生在井底车场、机电硐室、运输及回采巷道等机械、电气设备比较集中，而且风流比较畅通的地点。这类火灾一般发生得比较突然，发展速度也快。一个小火源，稍有疏忽，火势就可能蔓延扩大到很大的范围。如果发现不及时，处理方法不当，或是行动措施不果断，会给矿井带来严重损失以至发生惨痛的人身伤亡事故。（三）外因火灾的预防措施一是防止失控的高温热源；二是尽量采用不然或者耐燃的材料支护和不然耐燃的制品，同时防止可燃物堆积。1.加强明火管理（1）每一入井人员严禁携带烟草和点火物品，严禁穿化纤衣物。（2）井口房和通风机房附近20m内，不得有烟火或用火炉取暖。暖风道和压入式通风的风硐必须采用不燃性材料砌筑，并应至少设两道防火门。（3）在井下和井口房，严禁采用可燃性材料搭建临时性操作间、休息间。（4）井下严禁使用灯泡取暖和使用电炉。（5）井下和井口房内不得从事电焊、气焊和喷灯焊接等工作。（6）井下使用的汽油柴油和变压器油必须装入盖严的铁桶内，由专人定期送至地面处理，不得乱放，严禁将剩油、废油泼洒在井巷或硐室内。（7）抽放硐室和泵房周围20m范围内，禁止堆积易燃物和有明火。2.建立防火设施，加强防火器材管理。（1）矿井必须设地面消防水池和井下消防管路系统。（2）进风井口应设防火门，防火铁门必须严密，易于关闭，开启式不妨碍提升、运输行人，并定期检修；如果不设防火门，必须有防止烟火进入矿井的安全措施。（3）矿井必须在井上井下设置消防材料库，库内储存的物品应符合有关规定，并定期检查和更换，不能挪作他用。（4）井下爆炸材料库、机电设备硐室、检修硐室、材料库、井底车场、使用胶带输送机或液力耦合器的巷道以及采掘工作面附近的巷道中，都应备有灭火器材，其数量，规格和存放地点，应在“矿井灾防计划”中确定。（5）所有井下工作人员都必须熟悉灭火器材的使用方法，并熟悉本职工作区域灭火器材的存放地点。三、内因火灾的发火原因及易发地点（一）内因火灾的发火原因1.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。(2）煤炭呈破碎状态堆积存在。(3）煤氧化生成的热量能大量蓄积，难以及时散失。（4）连续的通风供氧维持煤的氧化过程不断地发展。2.影响煤炭自燃的因素影响煤炭自燃的因素分为内在因素和外在因素内在因素是指煤的自然倾向性，是煤炭发生自然的基本条件。煤炭自燃的危险性不仅取决于煤的自然倾向性，还取决于地质条件、开拓、开采和通风条件等外在因素。（1）影响煤炭自燃的内部因素1）煤的变质程度。各种牌号的煤（即不同化学成分的煤）都有自燃发火的可能，一般认为煤的炭化程度越高、挥发分含量越低、灰分越大，其自燃倾向性越弱；反之则越强。2）煤的孔隙率和脆性。煤的孔隙率越大，其吸附氧的能力也越大，因此孔隙率越大的煤越容易自燃。煤的脆性越大则越容易破碎，破碎后不但其接触氧的表面积大大增加，而且其着火温度明显降低，所以脆性越大的煤，越容易自燃发火。因此，在矿井里最易发生自燃火灾的地方都是煤体较为破碎与碎煤集中堆积的地点。3）煤岩成分。煤岩成分有丝炭、镜煤、亮煤和暗煤，其中，丝炭结构松散、吸氧能力强、着火温度低（190270），是煤自热的中心，在自燃中起“引火物”的作用；镜煤和亮煤脆性大，易破碎，有利于煤炭自燃；暗煤硬度大，难以自燃。4）煤的水分。实验表明：煤中水分少时有利于煤的自燃；若水分大时则会抑制煤的自燃，当煤中的水分蒸发后其自燃危险性会增大。5）煤中硫和其他矿物质。煤中含有硫和其他催化剂，则会加速煤的氧化过程。统计资料表明，含硫大于3的煤层均为自燃发火的煤层，其中包括无烟煤。但当含硫量小于1 ，其对自燃的影响则不大。6）煤中的瓦斯含量。煤层孔隙内的瓦斯能够占据煤的孔隙空间和内表面，减少了煤的吸氧量；瓦斯逸出后，使煤炭氧化更为强烈，自燃危险性增加。（2）影响煤炭自燃的外部因素1）地质条件。煤层越厚与倾角、断层、褶曲、破碎带及岩浆侵入区等地质构造地带，煤层松软易碎、裂隙多，吸氧性强，也容易发生自燃火灾。2）开拓、开采条件。开拓、开采条件是影响煤炭自燃的重要原因，选择不当，有可能造成火灾频繁发生。开采有自燃发火危险的煤层时，开拓系统布置十分重要。有的矿井由于设计不周，管理不善，造成矿井巷道系统十分复杂，通风阻力很大，而且主要巷道又都开掘在煤层中，切割煤体严重，裂隙多、漏风大。因而，造成煤层自燃发火频繁。而有的矿井，设计合理，管理科学，使矿井的通风系统简单适用，在多煤层（或分层）开采时，采用联合布置巷道，将集中巷道（运输、回风、上山、下山等）开掘在岩石中，同时减少联络巷数目，取消采区集中上山煤柱等，对防止煤炭自燃发火起到了积极作用。合理的开采方法应该是巷道布置简单、保证煤层切割与留设煤柱少、煤炭回收率高、工作面推进度快、采空区漏风少。这样可使煤炭自燃的条件难于得到满足，降低自燃发火的可能性。3）通风条件。通风的影响主要表现在采空区、煤柱和煤壁裂隙的漏风。漏风引起煤炭的氧化自燃。3. 煤的氧化自燃过程及其特征煤炭自燃一般要经过3个时期：图2-1-1 煤自燃发展过程示意图（1）潜伏期。煤暴露于空气中后，由于其表面具有较强的吸附氧的能力，会在煤的表面形成氧气吸附层，煤与氧相互作用形成过氧络合物。此期间煤的氧化处于缓慢状态，生成的热量及煤温的变化都微乎其微，吸附了氧的煤重量略有增加，煤被活化，煤的着火温度降低。通常把这个阶段称为潜伏期。（2）自热期。经过潜伏期后，被活化了的煤能更快地吸附氧气，氧化速度加快，氧化产生的热量较大，如果不能及时散发，则煤的温度逐渐升高，这就是煤的自热期。当煤的温度超过自热的临界温度T1( 60800C）时，煤的吸氧能力会自动加速，导致煤氧化过程急剧加速，煤温上升急剧加快，开始出现煤的干馏，生成CO、C02、H2、烃类气体和芳香族碳氢化合物等可燃气体。在此阶段内使用常规的检测仪表能够测量出来，甚至于被人的感官所察觉。通常把这个阶段称为自热期。（3）自燃阶段。当自热期的发展使煤温上升到着火点温度Tj时，即引发煤炭自燃而进入燃烧期。此时会出现明显的着火现象（如明火，烟雾，产生CO、CO2及其它可燃气体），并会出现特殊的火灾气味（如煤油味、松节油味或煤焦油味）。着火后，火源中心的温度可达10001200。煤的着火温度因煤种不同而异，无烟煤为400 左右，烟煤为320380，褐煤为210350 。在矿井防灭火规范中规定出现下列现象之一，即为自燃发火。 煤因自燃出现明火、火炭或烟雾等现象； 由于煤炭自热而使煤体、围岩或空气温度升高至70 以上； 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。(二)内因火灾的易发地点（1）采空区，特别是一枚较多的采空区。（2）旧火区，当管理不严，防火密闭等漏风时，易引起火区复燃。（3）容易自然的厚煤层进行分层开采时，下分层的进、回风巷周围是易自燃发火的地点。（4）回采工作面上隅角留下的阶段保护煤柱，通常由于充填不满，煤柱受压破碎，形成无数裂隙，存在漏风，易发生煤炭自燃、（5）掘进、回采过程中遇到未充实的旧巷道等存在漏风时。（6）采取水平巷道、回采工作面的溜煤道和段间煤柱，由于处于应力叠加区，并且受采动影响和维修条件限制，形成无数裂隙。因而以自然。（7）煤层巷道或回采工作面冒顶处。四、煤炭自燃的预兆（1）嗅觉。如果巷道或回采工作面闻到煤油、汽油、松节油或焦油气味，就表明风流上方某地点发生煤炭自燃已发展到自热后期，是火灾发生的最可靠征兆。（2）视觉。如果巷道中温度较高，出现雾气或巷道周壁及支架上出现水珠，表明煤已经开始自热。但是冷热空气会合地点也会发生这类现象，因而需要具体认真观察。（3）触觉。用手触摸煤壁或从煤壁流出的水，若温度比以前高，说明煤炭可能已自热。（4）疲劳。当人员出现头疼、闷热、精神疲惫，呕吐。裸露皮肤微痛等症状时，说明所处位置煤炭已经如自燃发火期，有害气体增加。五、井下直接灭火1.发生火灾的行动原则任何人发现井下火灾，应视火灾性质、灾区通风和瓦斯情况，立即采取一切可能的方法直接灭火，控制火势，并迅速报告矿调度室。矿调度室接到火灾报告后应立即按灾害预防和处理计划通知有关人员组织抢救灾区人员并实施灭火工作。2.灭火方法直接灭火方法（1）用水灭火。用水灭火，简单易行，经济有效。水的灭火作用。强力水流把燃烧物的火焰压灭，使燃烧物充分浸湿而阻止其继续燃烧；水有很大的吸热能力，能使燃烧物冷却降温；水遇火蒸发成大量水蒸气，能冲淡空气中氧的浓度，并使燃烧物表面与空气隔绝。因此，水有较强的灭火作用。用水灭火的注意事项供水量要充足，否则，高温火源会使水分解成具有爆炸性的氢和一氧化碳混合气体（又称水煤气），带来新的危险；确保正常通风，使排除火烟和水蒸气的风路畅通；当火势旺时，应先将水流射向火源外围；不要直射火源中心； 水能导电，因此，用水扑灭电器火灾时，应先切断电源，然后灭火； 水比油重，因此，水不能扑灭油类火灾。经验证明，在井筒和主要巷道中，尤其是在胶带运输机巷道中装设水幕，当火灾发生时立即启动水幕，能很快地限制火灾的发展。（2）挖除火源。针对刚刚出现且范围小、人员可以接近的火源挖出并运出井外。采用这种方法，应防止瓦斯积聚。注意洒水降温。（3）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。通常用来扑灭初起的电气设备火灾与油类火灾。砂子成本低廉，灭火时操作简便，因此，在机电硐室、材料仓库、炸药库等地方均应设置防火砂箱。（4）泡沫灭火，如图2-5-3所示。使用时将灭火器倒置，使内外瓶中的酸性溶液和碱性溶液互相混合，发生化学反应，形成大量充满二氧化碳的气泡喷射出去，覆盖在燃烧物体上隔绝空气。在扑灭电器火灾时，应首先切断电源。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（5）干粉灭火。目前矿用干粉灭火器是以磷酸铵粉为主药剂的。磷酸铵粉末具有多种灭火功能，在高温作用下磷酸铵粉末进行一系列分解吸热反应，将火灾扑灭。磷酸铵粉末的灭火作用是：切断火焰连锁反应；分解吸热使燃烧物降温冷却；分解出氨气和水蒸气，冲淡空气中氧的浓度，使燃烧物缺氧熄灭；分解出浆糊状的五氧化二磷，覆盖在燃烧物表面上，使燃烧物与空气隔绝而熄灭。常见的干粉灭火器有灭火手雷和喷粉灭火器。4用高倍数空气机械泡沫灭火高倍数空气机械泡沫是用高倍数泡沫剂和压力水混合，在强力气流的推动下形成的。它的形成借助于一套发射装置，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密闭泡沫剂经过引射泵被吸入高压水管与水充分混合形成均匀泡沫溶液。然后通过喷射器喷在锥形棉线发泡网上，经扇风机强力吹风，则连续产生大量泡沫。这就是空气机械泡沫。井下巷道空间很容易被大量泡沫所充满，形成泡沫塞推向火源，进行灭火。高倍数空气泡沫灭火作用是：泡沫与火焰接触时，水分迅速蒸发吸热，使火源温度急骤下降；生成的大量水蒸气使火源附近的空气中含氧量相对降低，当氧的含量低于16 ，水蒸气含量上升到35以上时便能够使火源熄灭；另外泡沫是一种很好的隔热物质，有很高的稳定性，所以它能阻止火区的热传导、对流和辐射等；泡沫能覆盖燃烧物，起到封闭火源的作用。高倍泡沫发生装置有GBP-200 型和GBP-500 型。高倍空气机械泡沫灭火速度快、效果好，可以实现较远距离灭火，而且火区恢复生产容易。扑灭井下各类巷道与酮室内的较大规模火灾均可采用。六、预防自燃火灾的措施1.开拓、开采的技术措施2.预防性灌浆3.阻化剂防火4.胶体材料放火5.惰性气体防火6.均压防灭火第三节 火区管理一、火区的日常管理1、绘制火区位置关系图、建立火区卡片火区位置关系图应表明所有火区和曾经发火的地点，并注明火区编号、发火时间、地点、气体组分、浓度等。2、防火墙的管理在火区日常管理工作中，占用重要的地位，因此必须遵循以下原则：(1）每个防火墙附近必须设有栅栏、提示警标，禁止人员入内，并悬挂说明牌。说明牌上应标明防火墙内外的气体组分、温度、气压差、测定日期和测定人员姓名等；(2）定期测定和分析防火墙内、外的气体成分、温度和压差以及防火墙的破损变形情况等，应每天至少检查一次，发现防火墙内外气体成分、温度、压差有异常变化时，每班至少检查一次；(3）所有测定和检查结果都必须记入防火记录本中，并及时绘制随时间变化的曲线图。这些数据和图表，矿通风部门负责人要按时审阅，发现问题必须采取措施，及时处理，并报矿有关领导。3、火区的检查刚封闭的火区，要进行连续的检查，稳定之后。每天检查一次。瓦斯积聚变化时，每班检查一次，所有检查记录，整理后，都要及乳房或记录中。二、火区熄灭的条件1、判别火区火熄灭的条件我国煤矿安全规程规定：封闭火区，只有经取样化验分析证实，同时具备下列条件时，方可认为火区火已经熄灭，方准启封火区：(1)火区内温度下降到30 以下，或与火灾发生前该区的空气日常温度相同；(2）火区内的氧气浓度降到5 以下；(3)火区内空气中不含有乙稀、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；(4)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；(5）以上四项指标持续稳定的时间在1 个月以上。2、火区启封经过长期地观测和综合分析，确认火区已经熄灭的情况下，就可以正式启封火区了。启封火区前，无论是高瓦斯矿井还是低瓦斯矿井，必须做好一切应急准备，做好启封火