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第一章 矿井火灾概述 第一节 矿井火灾的概念及危害目标熟知矿井火灾的基本概念；了解矿井火灾的危害内容与要求 1.熟悉矿井火灾的概念2.能说出矿井火灾的危害教学方法1.设疑引导讨论法2.讲解分析法教学组织设疑组织讨论问题回答引导分析组织讲评相关知识一、矿井火灾概念（一）燃烧1、燃烧的特征燃烧：可燃物和氧化剂在空间发生激烈化学反应的过程。燃烧反应的三个特征：放热、发光和生成新物质。2、燃烧的三个条件：1）燃料（可燃物）凡是能与空气中的氧或其他氧化剂起剧烈反应的物质都称为可燃物质。如木材、纸张、棉花、布匹、草类、酒精、煤炭等。2）助燃物（氧化剂）凡能够帮助和支持燃烧的物质都叫做助燃物质。如空气、氧气、氯气以及氯化钾、高锰酸钾等氧化剂。3）热源凡能够引起可燃物质燃烧的热能源都叫做点火源。如明火、电焊的火花、烟囱冒出的火星、电火花、化学反应热、高热物体等。3、燃烧的形式 矿井火灾中可燃物可分为固态（如煤、木材、橡胶、合成高分子化合物等）、气态（如瓦斯、热解产生的各种挥发性气体、一氧化碳等）、液态（如燃油、润滑油等）三大类。他们在井下火灾中的燃烧形式有以下几种：1）扩散燃烧扩散燃烧也成气体燃料燃烧。如气割、液化气炉中的燃烧都属于扩散燃烧。2）分解燃烧分解燃烧出现于固体和部分液体燃料的燃烧中。如木材、煤炭、橡胶、合成高分子化合物等固体燃料，柴油、煤油、润滑油等高沸点油脂类流体以及蜡、沥青等固体烃类物质的燃烧。矿井火灾时期，着火带中的燃烧带燃烧即属于这一类型。3）表面燃烧表面燃烧发生于固体燃料燃烧的后期。在矿井火灾中，着火带中的焦化带燃烧就属于这一类型。4）预混燃烧可燃气体与空气预先充分混合的燃烧成为预混燃烧。预混燃烧在混合气体分布空间快速蔓延，在一定条件下会转变为爆炸。4、富氧燃烧和富燃料燃烧1）富氧燃烧 富氧燃烧具有与地面火灾相似的燃烧和蔓延机理，也成为非受限燃烧。特点：燃烧后缘范围小，或是强度小，蔓延速度较低，耗氧量少，氧的剩余量大。2）富燃料燃烧 在地面火灾中，由于此类火灾仅发生在一些空间受限制或通道断面较小、供氧受限的情况下，故也称为受限火灾。基于其下风侧烟气氧浓度接近于零的特征，一般称之为富燃料类火灾或贫氧类火灾。特点：“跳蛙”现象，即多个间断火源点就像青蛙跳跃落脚点一样。（二）矿井火灾火灾是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的伤害。矿井火灾是指发生在煤矿井下或地面井口附近，威胁到矿井安全生产，造成损失的非控制燃烧。如地面井口房、通风机房失火或井下皮带着火、煤炭自燃等都是非控制燃烧，均属矿井火灾。二、矿井火灾危害1、产生大量的高温烟流，造成人员伤亡2、引起瓦斯、煤尘爆炸，使灾情扩大。3、引起矿井风流状态紊乱 风流逆转、烟流逆退、烟流滚退。 逆转是以同种流体单向流动为主，逆退是不同流体（烟流与新鲜风流）异向流动。滚退是在同一断面上既有新风和烟流的异向流动，又有烟流翻卷引起的同种流体异向流动。滚退是逆退和逆转发生的先兆。4、破坏矿井正常生产秩序。小结 矿井火灾概念 矿井火灾危害作业 1、燃烧的条件是什么？ 2、燃烧的形式有哪几种？3、描述矿井火灾的概念及其特点 4、分析矿井火灾的危害章节第二节 矿井火灾分类及其特征目标熟知矿井火灾的分类及特征任务内容与要求 1.熟悉矿井火灾的各种分类方法2.能说出各类火灾的特征教学方法1.设疑引导讨论法2.讲解分析法教学组织设疑组织讨论问题回答引导分析组织讲评相关知识一、按引火源分类1、外因火灾：外部高温热源（如放炮、烧焊、电路短路、明火等）引起可燃物质燃烧造成的火灾。多数发生在井口房、井筒、井底车场、石门及机电硐室和有机电设备的巷道等地点。特点：火源明显、发生突然、来势凶猛等。2、内因火灾：煤炭或其他可燃物在一定的条件和环境下，本身发生物理化学变化，产生并聚集热量导致着火而形成的火灾，也称自然发火。大多发生在采空区、遗留的煤柱、破裂的煤壁、煤巷的高冒处以及浮煤堆积的地点。特点：发生和发展缓慢、需经历一段时间、有预兆，火源比较隐蔽。二、按发火地点分类井上火灾是指发生在矿井工业场地内的厂房、仓库、储煤场、矸石场、坑木厂等处的火灾。特点：征兆明显、易于发现、空气供应充分、燃烧完全、有毒气体产生量小、空间宽阔、烟雾易于扩散、灭火工作回旋余地大、易扑灭。 井下火灾是指发生在煤矿井下或发生在地面但能波及井下的火灾。如皮带着火、煤炭自燃等。特点：发生发展过程比较缓慢，大多数火灾发生在隐蔽的地方，一般情况下不易发现。三、按可燃物的性质分类A类火灾：指含碳固体可燃物，如木材、棉、毛、麻、纸张等物质的火灾。B类火灾：指甲、乙、丙类液体，如汽油、柴油、甲醇、等物质的火灾。C类火灾：可燃气体，如煤气、天然气、甲烷、丙烷、等物质的火灾。D类火灾：指可燃金属，如钾、钠、镁、钛、锆、锂、铝合金等物质的火灾。E类火灾：指带电物质和精密仪器物质的火灾。四、其他分类（1）根据井下发火位置不同分为：井筒火灾、巷道火灾、采面火灾、煤柱火灾、采空区火灾和硐室火灾等。（2）根据燃烧物不同可分为：机电设备（皮带、电缆、变压器，开关、风筒等)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火灾等。（3）根据发火性质不同可分为：原生（初生）火灾和次生（再生）火灾。（4）按火源下风侧氧气浓度大小分为富氧燃烧和富燃料燃烧。 （5）根据发火地点不同、火灾对通风系统的影响以及与此相关的灭火救灾难易程度，矿井火灾又分为上行风流火灾、下行风流火灾和进风流火灾。第2 章 煤炭自然发火 第一节 煤炭自然发火的条件及过程目标熟知煤炭自燃的条件及过程；了解影响煤炭自燃的因素内容与要求1. 熟悉煤炭自燃的条件2. 理解煤炭自燃的过程3. 了解煤炭自燃的影响因素教学方法1.设疑引导讨论法2.讲解分析法教学组织设疑组织讨论问题回答引导分析组织讲评相关知识煤炭自然发火与外因火灾相比，具有发生发展缓慢并有规律的演变过程，可在它形成的初期发现。一、煤炭自燃的条件实践证明，煤炭自燃必须具备以下四个条件：（1）煤具有自燃倾向性并呈破碎堆积状态存在；（2）适当的通风供氧；（3）良好的蓄热环境；（4）维持煤的氧化过程不断发展的时间。上述四个条件缺一不可。说明：（1）煤的自然倾向性取决于煤的物理化学性质，它表示煤与氧相互作用的能力。（2）当空气中氧含量低于10%是具有窒息性；当空气中氧含量低于15%时，可以预防自然发火。（3）空气流动速度的大小是氧化热量能否积聚的重要条件。煤炭自燃都是在风速比较适中的情况下发生的。（4）维持煤的氧化过程不断发展的时间应大于煤的自然发火期。煤炭自燃经常发生的地点：有大量遗煤而未及时封闭或封闭不严的采空区（特别是采空区内的联络眼附近和停采线处）；巷道两侧和遗留在采空区内受压的煤柱；巷道内堆积的浮煤或煤巷的冒顶、垮帮处。二、煤炭自燃的过程1、煤的自燃学说黄铁矿作用学说、细菌作用学说、酚基作用学说、自由基作用学说、煤氧复合作用学说2、煤的自燃过程按照煤氧化复合作用学说，煤的自燃发展过程一般分为三个阶段，即潜伏阶段、自热阶段和自燃阶段1、潜伏期自煤层被开采、接触空气起至眉纹开始升高位置的时间去见成为潜伏期。特征：煤的表面生成不稳定的氧化物（OH、COOH等），氧化放出的热量很少，能及时放散，煤温和巷道空气气温不变，但煤的比重略有增加，煤被活化（化学性增加），煤的着火温度降低。2、自热期(又称自热阶段) 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。特点：1）氧化放热较大，煤温及其环境温度升高；2）产生CO、CO2和碳氢类CmHn气体产物，并散发出煤油味和其他芳香气味；3）有水蒸气生成，火源附近出现雾气，遇冷会在巷道壁面上凝结成水珠，即出现所谓“挂汗”现象；4）微观结构发生变化。3、自燃期 主要特征:空气中氧含量显著减少， CO2的数量倍增，同时由于燃烧不完全和CO2受热分解，而产生更多的CO，巷道中出现浓烈的火灾气味和烟雾，有时还出现明火，火源温度可达1000以上。 煤炭自燃的实质是其自身氧化速度加速的过程，其氧化速度之快，以致产生的热量来不及向外界放散，而导致了自燃。三、影响煤炭自燃的因素（一）煤的自然倾向性（煤自燃的难易程度），主要受以下因素影响：煤的变质程度、煤岩成份、煤的含硫量、煤中的水份、煤的孔隙率和脆性煤层瓦斯含量 （二）煤层地质赋存条件影响煤层自然发火的地质因素主要有:煤层的厚度、倾角、节理、裂隙、顶板性质以及地质构造（如断层、褶皱、岩浆岩侵入）等。（三）开拓、开采条件1、开拓方式要求巷道系统简单，采用石门、岩石巷道开拓、少留煤柱、减少对煤体的切割，这对消除发火隐患是积极的、有利的。2、采煤方法采煤方法对发火的影响主要表现在回采率的高低、推进速度快慢、回采时间的长短及顶板管理和煤层切割等方面。（四）通风条件及通风管理通风对煤自燃的影响主要表现在采空区、煤柱、煤壁裂隙的漏风。通风管理对煤自然发火的影响包括风网结构的合理性、采区风量分配、风压的合理确定、采空区的封闭、通风控制设施位置的选定和通风设施工程质量等。小结 煤炭自燃的条件 煤的自燃过程 影响煤炭自燃的因素作业 1、列举煤炭自燃的条件2、分析煤炭自燃的发展过程3、陈述影响煤的自燃性能的主要因素第二节 煤的自燃倾向性目标了解煤的自燃倾向性鉴定方法，熟悉煤的自燃倾向性分类内容与要求1. 了解煤的自燃倾向性鉴定方法，2. 熟悉煤的自燃倾向性分类教学方法1.设疑引导讨论法2.讲解分析法教学组织设疑组织讨论问题回答引导分析组织讲评相关知识煤的自燃倾向性是判断煤自燃可能性的重要依据，鉴定煤的自燃倾向性对划分煤层自然发火等级，实行分级管理，采取相应的防火措施和管理措施，为监管部门提供依据具有重要意义。也是合理的确定矿井开拓方式、采煤方法，拟定防灭火措施的重要依据。一、煤的自燃倾向性鉴定方法常用的方法有：1、 T法(着火温度降低值法)：即利用煤样的氧化燃爆温度与还原燃爆温之差，以划分煤的自燃危险性。 2、吸氧量测定法利用色谱动态吸氧法测定煤的吸氧量和吸氧速度，以吸氧量为主、吸氧速度为辅，判定自然发火倾向。3、氧化速度测定法1992年煤矿安全规程执行说明规定煤自燃倾向性鉴定均采用色谱吸氧鉴定法。二、煤的自燃倾向性分类自1992年起，我国规定煤层自燃倾向性鉴定采用吸氧量法，即“双气路气相色谱仪吸氧鉴定法”。它是用ZRJ-1型色谱自燃性测定仪来测定常压下每克干煤在30时的吸氧量。根据此吸氧量将煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃、不易自燃三类。参见表2-3，表2-4。小结 煤的自燃倾向性鉴定方法 煤的自燃倾向性分类作业 煤的自燃倾向性等级是如何划分的？第三节 煤的自然发火期及煤层自燃危险划分目标熟悉煤自然发火的判定，掌握煤层自燃发火期的定义及估算方法，会确定矿井自然发火等级内容与要求1. 能进行自然发火的判定2. 熟悉煤层自然发火期的定义3. 会进行煤层自然发火期的估算4. 掌握延长煤层自然发火期的途径5. 熟悉矿井自然发火等级的确定教学方法1.设疑引导讨论法2.讲解分析法教学组织设疑组织讨论问题回答引导分析组织讲评相关知识一、煤的自燃发火期1、自然发火的判定 矿井防灭火规范中对自然发火和存在自然发火隐患都有明确的规定： 矿井某一区域出现如下现象之一时，即定为发生自然发火：由于自燃出现火炭、火焰、烟雾等现象；由于自燃出现空气、煤炭、围岩及其他介质温度升高，并超过70，其风流中出现一氧化碳，且有上升趋势。 矿井某一区域出现如下预兆之一时，即存在自然发火隐患：风流中出现一氧化碳，其发生量呈上升趋势；风流中出现二氧化碳，其发生量呈上升趋势；煤、岩、空气和水温升高，并超过正常温度；风流中氧含量降低，其消耗量呈上升趋势。2、煤层自然发火期 从发火地点的煤层被开采暴露于空气之日起至温度上升到自燃点火出现自燃现象为止，所经历的时间叫做煤层的自然发火期，以天或月为单位。煤层自然发火期受以下因素的影响：浮煤粒径分布、浮煤厚度、浮煤内漏风流中的氧浓度和漏风强度、煤层原始温度、松散煤体内的起始温度3、煤层的自然发火期估算方法 目前我国规定采用统计比较和类比方法确定煤层的自然发火期。1）统计比较法（适用于生产矿井）2）类比法（适用于新建矿井）4、延长煤层自然发火期的途径 煤炭自燃的过程受其自然倾向性、破碎程度与堆积状态、漏风强度与风流中氧含量，以及与周围环境的热交换条件等多种因素的影响。1）减小煤的氧化速度避免或减少煤体的破碎；提高采出率，减小采空区遗煤；降低自热区内的氧浓度；选择分子直径小、效果好的阻化剂或固体浆材，喷洒在碎煤或压注于煤体内，充填煤体的裂隙。2）增加散热强度，抑制升温速度 煤的升温速度取决于生热量与散热量之比，两者比值小，则升温速度越慢；反之则升温速度越快。增加散热途径和散热强度的方法有：增加遗煤分散度、增加通风强度、增加煤体湿度二、矿井自然发火等级的确定 矿井防灭火规范规定：凡开采自燃煤层的矿井均属于自燃矿井（或称自然发火矿井）。自燃矿井按自然发火的危险程度分为四级进行管理。 矿井的自燃危险等级划分如下：1、一级自燃矿井。凡符合下列条件之一者，定为一级自燃矿井：(1)近10年内每产100万吨煤发生自然发火的次数(即百万吨发火率)超过3次；(2)煤层自然发火期小于3个月；(3)百万吨发火率超过2次、且自然发火期小于6个月的下列矿井：高瓦斯矿井；突出矿井； 开采厚及特厚煤层的矿井；开采急倾斜中厚煤层的矿井；煤层自然倾向性为I级，煤尘爆炸指数在30以上的矿井。2、二级自燃矿井。凡符合下列条件之一者，定为二级自燃矿井：(1)近10年内百万吨发火率超过2次但不超过3次；(2)煤层自然发火期小于6个月，但不小于3个月；(3)百万吨发火率超过1次、且自然发火期小于12个月的下列矿井：高瓦斯矿井；突出矿井；开采厚及特厚煤层的矿井；开采急倾斜中厚煤层的矿井；煤层自然倾向性为级，且煤尘爆炸指数在20以上的矿井。3、三级自燃矿井。凡符合下列条件之一者，定为三级自燃矿井：(1) 百万吨发火率超过1次；(2)煤层自然发火期小于3个月；(3)百万吨发火率超过0.5次、且自然发火期小于12个月的下列矿井：高瓦斯矿井；突出矿井；开采厚及特厚煤层的矿井；开采急倾斜中厚煤层的矿井；煤层自然倾向性为级，煤尘爆炸指数在10以上的矿井。4、四级自燃矿井凡有自然发火史，但不符合以上一、二级和三级矿井条件者。小结 煤层自然发火 矿井自然发火等级的确定作业 1、煤层自然发火期的概念2、煤层自然发火期的估算方法有哪些？ 3、延长煤层自然发火期的途径有哪些？第四节 自然发火的早期预报目标熟悉煤自然发火的早期预报方法，掌握束管监测系统的工作原理内容与要求1. 熟悉自然发火的预报方法2. 会使用矿内空气成分分析法3. 会进行采样的设置4. 掌握束管监测系统的工作原理教学方法1.设疑引导讨论法2.讲解分析法教学组织设疑组织讨论问题回答引导分析组织讲评相关知识自然发火的早期预报是指根据煤炭从氧化升温发展到发生自燃的过程中各阶段表现出来的不同征兆，在自然发火之前做出预报，提醒人们及时发现隐患，及早采取处理措施，防止自然发火事故。具体方法有：人的直观感觉进行识别；用仪表检测矿井空气成分或用计算机控制的监控系统测定矿井空气成分；检测煤的温度进行自燃火灾的早期预测预报一、人体感觉依靠人体生理感觉（嗅觉、视觉、触觉等）能够预报矿井火灾的发生，具体方法如下：观察井下空气湿度变化和煤体表面水分变化；根据煤焦油气味判断；人的不舒适感；温度的改变。二、矿内空气成分分析法 矿内空气成分分析法就是通过分析煤炭自热阶段释放出的气体成分来发现自燃火灾的方法。 确定方法：通过采样化验分析，对比用风区域进风流与回风流的空气成分变化或采空区内的气体成分变化，便可确定是否发生自燃火灾。1、预报煤炭自燃发火的指标气体 指标气体：用仪器分析和检测煤自燃过程中释放出的气体产物来预报火灾，能反映煤炭自热初级阶段特征的、用来作为自然发火早期预报的气体。指标气体必须具备的条件：该气体为煤炭氧化生成，而不是煤层中含有和解析的物质；灵敏性；规律性；可测性；若正常时大气中含有微量的指标气体，则一定要确定预报的临界指标。2、预报煤炭自燃的参数指标1）一氧化碳（CO）（1）CO浓度优点：应用简单。缺点：CO浓度受风量影响较大，所采用CO浓度（2）CO的绝对生成量自然发火系数：CO的绝对生成量，用H表示。当进风流中CO的含量为零时，只可用下式计算： （2-1）2) 火灾系数（ICO）应用时，一般以第二火灾系数R2作为主要指标，以第一火灾系数作辅助指标，第三指标系数作为参考指标。有掺入新鲜风流时，R1、R2：的可靠性降低，R3则不受影响。以上三个火灾系数都是随煤炭自燃的发展而言。一般说来，当煤炭进入自燃阶段，R1约为0.30.4，若连续增大就预示着自燃火灾已经发生；若R2超过0.005，则应警惕自然发火的发生，如果超过0.01，说明火灾已经发生。3）乙烯C2H4 由于一般矿井的大气中是不含有乙烯的，因此，只要井下空气中查出议席，则说明已有煤炭在自燃了。利用乙烯作为指标气体不需要制定临界指标。同时根据乙烯和丙烯出现的时间还可推测出煤的自热温度。4）其他指标气体：烯炔比（乙烯和乙炔之比）、链烷比（乙烷和甲烷之比）三、检测煤温法在煤自热过程中温度变化直接反映了煤的自热程度，因此在产生自燃火源频率较高和可能发火的区域预埋测温探头，定时检测采空区遗煤温度，对于研究采空区中煤温随时间的变化规律、预报煤炭自热程度均是直接而有效的措施之一。四、采样点设置与采样要求1、测点设置测点设置总要求：既要保证一切火灾隐患都要在控制范围之内，并有利于准确的判断火源的位置，又要使设置的测点数少，安装传感器少。五、连续监测系统1、束管监测系统原理：该系统用于煤矿自燃火灾预报工作，对井下任意地点的等气体含量实现24h连续循环监测，通过烷烯笔、链烷比的计算，及时预测预报发火地点的温度变化，为煤矿自燃火灾和矿井瓦斯事故的防治提供科学依据。组成元件：采样系统、气体采样控制柜、气体分析、微机系统、输出设备。优点：采用束管采样，色谱分析，无需任何电化学传感器；检测气体种类多、精度高，及时准确的预测火源温度变化情况；系统自动控制、连续循环监测；运用数据库技术，可对历史数据进行分析比较，并且可实现分析数据共享。缺点：管路长，维护工作量大。2、安全监测系统原理：通过烟雾、温度、CO等传感器来实现对火灾的监测。设置要求：在带式输送机巷、机电硐室等易发生外因火灾的巷道和地点安设烟雾传感器和温度传感器，在机电设备易发热部位安装温度传感器，通过监测烟雾、温度的变化来预报外因火灾。在采煤工作面回风巷、密闭墙外安装CO和温度传感器，通过监测CO浓度和温度的变化预报内因火灾。缺点：由于传感器不能安装在密闭墙内，对发现密闭区的内因火灾存在滞后的缺点。作业1、列举矿井自燃发火的早期预报方法2、简述束管监测系统的组成及工作原理。第三章 矿井内因火灾及其预防 第一节 防止煤炭自然发火的开采技术措施目标掌握如何选择合理的矿井开拓系统，熟悉合理采煤方法的选择要求内容与要求1. 掌握如何选择合理的矿井开拓系统2. 熟悉合理采煤方法的选择要求相关内容一、选择合理的矿井开拓系统1、开拓巷道的布置基本要求：最小的煤层暴露面、最少的煤柱和易于隔绝的采空区。2、开采顺序具体要求：煤层群开采时，应先采上层后采下层；倾斜或激情写煤层开采时，应先采上阶段后采下阶段；避免先采下层或下阶段破坏上层或上阶段煤体的完整性，造成空气进入煤层而自燃。采区采用由井田边界向井筒方向开采的顺序；采煤工作面一般从采区边界开始，作后退式开采；若分层回采，要先采靠近顶板分层，后采靠近底板分层。3、合理的通风系统 基本要求：1）通风系统在一定范围内应具备可调性，当一个采区发生火灾时，能够根据救灾的需要，做到随时停风、减风或反风，避免事故范围的扩大。2）采取通风系统应采用分区式，尽量消除或减少角联风路。二、选择合理的采煤方法预防煤层自燃的开采要求：巷道布置简单、煤层的切割量最小、煤炭采出率最大、回采速度最快、采空区漏风最小。1、准备巷道的布置为了预防煤层自然发火，对一些服务年限较长的采准巷道应尽量布置在稳定的岩层内或不易自燃的煤层内，以减少对自然发火煤层的切割，且最好采用跨上山回采，以免停采线处的煤炭自燃。2、回采巷道的布置1）区段巷道采用重叠布置（内错、外错和垂直）2）区段巷道采用分采分掘布置3、采用先进的采煤工艺（1）推行综合机械化采煤工艺，加快回采速度。（2）提高回收率，减少采空区的遗煤。（3）采用合理的顶板管理方法4、采用无煤柱开采防止漏风的措施：沿空巷道挂帘布、充填隔离带隔绝采空区、喷涂泡沫塑料堵漏作业 1、制定防止煤炭自然发火的开采技术措施。第二节 预防性灌浆目标掌握预防性灌浆方法的相关知识，会制定灌浆管理措施内容与要求1. 能够选择灌浆材料2. 分析计算泥浆输送参数3. 制定灌浆方法，确定灌浆参数教学方法1.设疑引导讨论法2.讲解分析法3.灌浆防火专题设计教学组织设疑组织讨论问题回答引导分析专题设计相关知识预防性灌浆是将水、固体材料按适当的比例混合，制成一定浓度的浆液，借助输浆管路送往可能发生自燃的地区，以防止自燃火灾的发生。 一、灌浆材料的选择煤矿中应用最多的灌浆材料是黄土，但大量应用黄土会使农田遭到破坏，有的矿区无土可取。因此，有些矿区采用破碎后的页岩、破碎后的矸石、热电厂的炉灰等作为代用材料，在实践中也取得了很好的防灭火效果。二、泥浆的制备(一) 灌浆站1灌浆站的形式和适用条件灌浆站是制取浆液的场所，其形式有三种：固定式、分区式、移动式灌浆站说明：灌浆站的设置要结合井型、风井分布、采区的布置等综合考虑。2取土方式从采土场取土的方式有以下三种：人工取土、 机械取土、水力取土。 (二) 制浆工艺1水力取土制备泥浆工艺其流程是：利用高压水枪直接冲刷地表黄土，然后经泥浆沟混合成泥浆，经筛板过滤流入灌浆集中钻孔或喇叭口再流入沿井筒敷设的井下灌浆干管， 水力制浆的主要设备、设施有水枪、泥浆沟、集浆池、灌浆喇叭口、贮土场2机械制备泥浆工艺当矿井灌浆量很大、土源较远或受限于地形条件时，可采用机械取土、泥浆搅拌池制备泥浆的工艺系统，这种制浆系统产浆量大，水土比容易控制，能够保证泥浆的浓度，灌浆防灭火效果好。三、泥浆的输送1输送压力 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；二是当静压不能满足要求时，采用的加压输送2输浆倍线输浆倍线是指泥浆在输浆管路内流动时，输浆管路的总长度同输浆管路入口与出口处高差之比，用N表示。倍线的实质是表示泥浆在输送过程中能量损失的关系，与水土比、土质、井下灌浆管路布置等因素有关。说明:在给定的系统中，将有相应的倍线与一定的水土比相适应，过大或过小都不利。倍线值过大，管路阻力大，容易堵管；倍线值过小，泥浆出口压力过大，泥浆分布不均匀，灌浆效果差。根据经验一般情况下倍线值为38为宜。3输浆管道泥浆的输送有两种方法：l 地表灌浆站距井筒较近时，泥浆可沿井筒敷设的管路输送，大巷安设主干管路，采区（工作面）安设分支管路至各灌浆区；l 地表灌浆站距井筒较远或因井筒附近的土源已枯竭，泥浆不能沿井筒敷设的管路输送时，则可采用集中钻孔输送泥浆。 四、灌浆方法 灌浆方法可分为：采前预灌、随采随灌和采后灌浆三种。（一）采前灌浆适用条件：井田内老窑较多，并且老窑自然发火严重的井田开采 。(二) 随采随灌作用：防止工作面后方采空区遗留煤炭的自燃，另外，对于厚煤层分层开采形成再生顶板起到胶结作用。随采随灌可分为埋管灌浆、打钻灌浆、工作面洒浆、综采工作面插管灌浆等。五、灌浆参数确定（二）灌浆量（三）泥浆水土比六、灌浆管理要达到灌浆防灭火的预期效果，除应作好灌浆技术工作外，加强管理也是不可缺少的一个重要环节。（一）编制灌浆设计（二）合理确定灌浆量（三）加强对灌浆水土比的控制（四）加强对特殊地点的灌浆（五）灌浆区的脱水（六）工作面采空区泥浆分布的观测（七）建立健全原始记录台帐七、溃浆事故的预防 (1) 经常观测水情。(2) 设置滤浆密闭。（3）在煤层浅部用钻孔灌浆时，要及时堵塞钻孔和地表裂缝，防止地表水或空气进入采空区。（4）在灌浆区下部开始掘进前，必须对灌浆区进行检查，如果有积水，只有在放水后，才能继续采掘工作。作业1、试述预防性灌浆的作用、设备、工艺和灌浆方法。2、如何确定预防性灌浆的灌浆量？3、编制灌浆管理措施第三节 阻化剂防火技术目标掌握如何制定阻化剂防火工艺内容与要求1. 分析阻化剂防火原理2. 列举选择阻化剂的原则3. 确定阻化剂防火参数4. 分析制定阻化剂防火工艺教学方法1.设疑引导讨论法 2.讲解分析法教学组织设疑组织讨论问题回答引导分析组织讲评相关知识一、阻化剂防止煤炭自燃的原理 阻化剂又称阻氧剂，就是抑制氧气与煤炭结合、阻止煤炭氧化的化学药剂。 阻化剂主要是一些吸水性很强的无机盐类，当其附着在煤的表面时，吸收了空气中的水分，在煤的表面形成含水的液膜，从而阻止煤和氧气接触，起到隔氧阻化作用。同时，还是使煤体表面长期处于含水湿润状态，以吸收煤炭氧化产生的热量，抑制煤的氧化自热现象的发生。可见阻化剂防火是阻化剂进一步利用水的防火作用。这对于缺水、缺土的矿井防火有重大的意义。二、阻化效果阻化剂的阻化效果通常用阻化率和阻化寿命来衡量。1阻化率 阻化率是指阻化剂对煤炭氧化自燃阻止的程度，可在实验室通过实验测定。说明：我国抚顺煤科分院建议，含硫量小于2的煤采用煤样在阻化前后放出CO气体的相对变化量作为评定指标；含硫量大于2%的煤（一般称为高硫煤）采用煤样在阻化前后放出SO2气体的相对变化量，作为评定指标。 阻化率越大，阻化剂对煤氧化阻止能力越强，阻化效果愈好。2阻化寿命 阻化寿命是指阻化剂喷洒到煤体表面后至失效所经过的时间，单位为月，用表示。单位时间内阻化率下降值叫阻化剂的衰减速度，单位为/月，用V表示。阻化寿命可用下式计算：E/V 说明：1）阻化寿命是一个重要的指标，为了达到有效的预防自然发火，阻化寿命不应小于自然发火期。阻化寿命可通过二次或多次喷洒以及保持环境具有较高的湿度等措施来延长。2）阻化剂的效果与被喷洒的煤牌号、阻化剂种类及其溶液浓度和使用的工艺有关。三、阻化剂的选择阻化剂的选择原则是：阻化率高，防火效果好，来源广泛，使用方便，安全无害，不腐蚀电器设备，防火成本低。目前常用的阻化剂大致有：氯化钙、氯化镁、氯化钠、三氯化铝以及水玻璃和某些工厂的废液、副产品等。四、阻化剂防火参数确定实验证明，同一阻化剂对不同的煤阻化效果不同，同一煤质使用不同的阻化剂，其阻化效果也不同；阻化剂浓度越高，阻化效果越好，但防火成本也越大。所以，为提高阻化剂防火效果，应根据不同煤质选用适当的阻化剂及相应的浓度，工作面合理的阻化剂喷洒量取决于遗煤的吸液量和丢煤量。 工作面一次喷洒量包括底板浮煤和护顶煤的喷洒量。 五、阻化剂防火工艺(一) 阻化剂压注喷洒系统常用的阻化剂压注喷洒系统有永久式，半永久式和移动式三种。1永久式喷洒系统永久式喷洒系统是在地面建立阻化剂的储液池，敷设输液钢管（50mm75mm）连接储液池和采煤工作面上下口处的输液软管，利用自然压头或注液泵进行喷洒或低压压注阻化剂。如图3-21所示。特点：这种系统的服务年限较长。适用范围：井下开采范围不大，采煤工作面距地面较浅的中小型矿井。2半永久喷洒系统 半永久喷洒系统一般在采区上下山或硐室内建立储液池，安设注液泵，可为整个采区的所有工作面服务。当阻化剂在储液池中溶解后，用注液泵作动力，将阻化液从储液池经输液管道送到工作面顺槽，再经喷洒软管和喷枪，喷洒在采空区浮煤上，或经软管，注液钻孔，压注于煤体或发热区。 3移动式喷洒系统 移动式喷洒系统一般用于一个或两个相邻采煤工作面压注及喷洒阻化剂。泵站设在工作面回风巷或回风中巷，用矿车作为储液容箱，由注液泵将阻化液经输液钢管和喷洒胶管送到采煤工作面，通过喷枪或钻孔进行喷洒或压注，（二）防火方法1压注阻化剂防火适用范围：巷道帮壁出现的高温处、采煤工作面开切眼外侧煤壁、停采线煤壁等易发生自燃的局部地点。 操作方法：将阻化剂与水配置成要求的浓度，用压力泵将阻化剂溶液经插管注入发热区。2采煤工作面采空区喷洒采煤工作面放顶后，人工拉上洒浆管沿工作面向采空区浮煤上喷洒阻化剂，小结 阻化剂防止煤炭自燃的原理 阻化效果 阻化剂的选择 阻化剂防火参数的确定 阻化剂防火工艺 作业1、分析阻化剂防火的原理和防火参数的确定。2、制定阻化剂防火工艺。 第四节 凝胶防灭火技术目标掌握凝胶防灭火技术的原理及工艺过程任务内容与要求1. 会选择胶体防灭火材料2. 掌握胶体防灭火工艺教学方法1.设疑引导讨论法2.讲解分析法教学组织设疑组织讨论问题回答引导分析组织讲评相关知识凝胶是以水为载体，以水玻璃为主剂，以硫酸盐类或碳酸盐类为促凝剂，以水泥、白灰或黄土为补强剂，化合而成的一种不燃性的化学防灭火材料。这种化合而成的不燃性防灭火材料，形似胶冻（或皮胶状），故称凝胶。 凝胶防灭火的原理：凝胶在成胶前是液体，具有流动性，可渗入煤体缝隙中，成胶后充填空洞、裂隙，包裹松散煤体，隔绝空气，预防煤炭自燃；胶体含有大量的水，可吸热降温，且遇高温不易消失，也无毒。 一、胶体防灭火材料 具体要求：煤矿井下使用的凝胶材料应具备无毒无害，对设备无腐蚀，对环境无污染；渗透性好，能进入松散煤体内部；有良好的耐温性，在高温下不会迅速汽化，且吸热降温性能好；成本低廉，成胶工艺简单,便于现场应用的特点。(一) 胶体材料选择1凝胶基料凝胶主要由基料和促凝剂组成，凝胶基料在井下起防灭火的作用。一般硅凝胶最符合煤矿井下煤层自燃防治的要求。2基料选择要使凝胶主料能够形成凝胶，必须有硅胶材料参与反应，即需选择基料。常用材料：水玻璃作为硅胶的基料最合适，说明：水玻璃有固态和液态两种，固态水玻璃必须在高温高压下才能溶化成液态，故井下只能采用液态水玻璃。3促凝剂促凝剂的作用是使水玻璃的水溶液能快速生成Si( OH ) 4 胶体，这样才能用于井下防灭火。可选的促凝剂大约有以下几类： 酸性物质； 强酸弱碱性物质； 既能中和强碱又能生成胶体的材料。一般来说，NH4HCO3最佳， NH4Cl次之，（NH4）SO4最差。（二）胶体防灭火材料的性能1成胶可控性2固水及吸热降温性能3液固转化特性4耐热性5阻止煤氧物理、化学吸附及化学反应 二、胶体防灭火工艺1井下移动式注胶工艺 井下移动式注胶的主要设备是轻型移动式胶体压注机，其结构如图 3-26 所示。设备的主要技术参数为：功率5.5kW、流量5.0m3/h、压力1.8MPa、最大通过固料颗粒粒径小于5mm。该设备主要特点为：能耗小、噪声低，体积小，易于运输，运行稳定可靠；使用、维护方便，物料全自动配比，不需人工配料。 适用范围：井下移动式注胶工艺仅适用于井下小范围煤体自燃火灾的防治。缺点：当火区范围较大时，需要大量的灭火材料，运输问题难以解决，且移动式注胶设备的流量小，处理火区的时间长，灭火成本也大。2管网式大流量注胶（胶体泥浆）工艺管网式大流量注胶工艺是利用矿井现有的地面灌浆系统、注砂防灭火系统及防尘洒水管路系统，大流量的压注胶体灭火材料。管网式注胶工艺系统，既可压注纯凝胶，也可压注胶体泥浆（复合胶体），其工艺过程为：先制取泥浆于泥浆池中，然后启动基料定量配比设备，在泥浆池中加入一定量的基料，搅拌均匀。当井下一切准备工作完成后，打开泥浆池闸门，混合液从灌浆管路流量的基料，搅拌均匀。当井下一切准备工作完成后，打开泥浆池闸门，混合液从灌浆管路流入井下，混合液到达灌浆管路和促凝剂管路连接口之后，启动促凝剂添加设备，加入促凝剂，根据混合液的流量和基料浓度调整促凝剂的流量，以便控制凝胶时间，使胶体泥浆注入火区后成胶。注胶完成后用清水冲洗压注设备和管路。压注纯凝胶的工艺过程：利用地面泥浆池来配制基料液，不制取泥浆，压注工艺与胶体泥浆压注工艺相同。 小结 胶体防灭火材料 胶体防灭火工艺作业1、选择分析胶体防灭火材料2、凝胶防灭火的原理是什么？简述管网式大流量注胶的工艺过程。第五节 氮气防灭火技术目标掌握氮气防灭火的原理及注氮工艺内容与要求1. 掌握氮气防灭火原理2. 熟悉注氮工艺过程3. 会确定注氮技术参数教学方法1.设疑引导讨论法2.讲解分析法教学组织设疑组织讨论问题回答引导分析组织讲评相关知识一、氮气防灭火原理及特点氮气防灭火技术就是将氮气送入拟处理区，使该区域内空气惰化，氧气浓度小于煤自然发火的临界氧浓度，从而防止煤氧化自燃，或使已经形成的火区窒息的防灭火技术。氮气防灭火机理主要表现在：(1) 采空区内注入大量的高浓度的氮气后，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，这样煤表面对氧气的吸附量便降低，在很大程度上抑制或减缓了遗煤的氧化放热速度；(2) 对于采空区注氮防灭火而言，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，使煤的氧化因聚热条件的破坏而延缓或终止；(4) 充入的氮气将冲淡采空区内可燃气体与氧气的浓度，从而使混合气体失去爆炸性。这是注氮防止可燃、可爆性气体燃烧与爆炸作用的一大优点。氮气防灭火适用于:采用常规防灭火方法无效，或不可能时，使用氮气灭火的效果相当明显；井下有现成的注氮管网，氮气源充足；用氮气灭火要求火区严密不泄露、火区内有大量的材料、器材、设备供灭火之用，且必须能够迅速地回撤。氮气防灭火的特点：与传统的灌浆、河砂充填防灭火方法相比，氮气防灭火具有工艺简单，操作方便，易于掌握；惰化区域广，对火区内的设备无腐蚀和损坏；灭火速度快，启封容易，设备撤出方便，恢复生产早，成本低。可节省管材、木材和人力等优点。二、注氮工艺 制取氮气的方法主要是采用空分技术，即将空气中的氮气和氧气分离而得道较高浓度的氮气。我国制取氮气主要有深冷空分、变压吸附和膜分离三种方法。井下移动式膜分离制氮机由空压机段、预处理段和膜分离段三部分组成。采用分体式结构，组装在平板车上，以耐压胶管连接，组成整个制氮装置。此外配有保护系统、控制和检测装置等。其原理是以螺杆式空气压缩机为气源，通过压缩空气预处理段对空气进行除油、除尘、除水、恒温处理后，再由膜分离段中的膜组件对空气进行分离富集而制取氮气的。2、氮气防灭火工艺过程1）工作面后部采空区注氮当自然发火的危险主要来自生产工作面的后部采空区时，可采取向本工作面后部采空区注入氮气的防火方法。注氮管道一般铺设在工作面进风平巷中，注氮释放口开设在后部采空区中的进风平巷一侧，以利用通风压力使氮气流入采空区中。这种形式的注氮，可以采用连续方式，也可以采用间断方式注氮。要应根据注氮强度（流量）和采空区中气体成分变化情况等综合确定并及时调整。2）工作面相邻采空区注氮工作面在生产过程中，当自然发火的危险来自其相邻区段的采空区时，则应对其相邻采空区注氮防火，以保证本工作面的安全回采。这种注氮方式又叫旁路注氮，其方法是在生产工作面与采空区相邻的平巷中打钻孔，然后向已封闭的采空区插管注氮。注氮钻孔一般超前工作面80m90m；孔间距15m20m，特殊地点5m；孔深8m10m。三、注氮技术参数的确定（一）注氮量的确定1工作面后部采空区注氮量的确定 根据采空区中的气体成分进行确定，以距工作面20m 处采空区中的氧浓度不大于10作为确定的标准。如果采空区中CO浓度较高（超过50 ppm ) ，或者工作面上CO浓度超限或出现高温、异味等自燃征兆，则应加大注氮强度和注氮量。注入氮气的纯度应大于97。2工作面相邻采空区注氮量的确定确定原则：充分惰化靠近生产工作面一侧的采空区，在靠近生产工作面的采空区侧形成一条与工作面推进方向平行的惰化带。具体可根据对采空区气体成分的检测结果确定，保证相邻采空区内氧浓度不大于10。（二）输氮管路系统敷设要求在设计、敷设输氮管路系统时有以下要求：1管路到达注入点的距离应最短、平直，沿程阻力损失和管材消耗量小。2氮气在管路内的流速在1.01.5m/s经济流速范围内。3管间连接采用焊接，减少接头泄漏和局部阻力损失。4拐弯和低洼处要设置放水包。5注氮干管上设置调控阀门和安全放空管。6埋设在采空区内的管路贴底板布置，释放口应用石块、木垛等加以保护。小结 注氮工艺 氮气防灭火原理作业1、分析氮气防灭火原理及特点 2、制定氮气防灭火技术措施第六节 均压防灭火技术目标掌握均压防灭火的原理；熟悉均压方法内容与要求1. 分析均压防火原理2. 绘制压能及压力坡线图3. 制定均压灭火方法4. 编制均压灭火方法及技术措施教学方法1.设疑引导讨论法2.讲解分析法教学组织设疑组织讨论问题回答引导分析组织讲评相关知识均压防灭火的实质是利用调节风门、局部通风机、调压气室和连通管等调压设施，改变漏风区域的通风压力分布，降低漏风压差，减少漏风，从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区，或使采空区自燃的遗煤窒息而熄灭的目的。一、均压防灭火原理均压防灭火就是通过通风方法降低漏风通道两侧的风压差，减少漏风量，防止和抑制煤炭自燃的防灭火技术。均压防灭火原理：如图332所示，采空密闭区一侧与进风巷相通，另一侧与回风巷相连，其进、回风密闭外风压分别为PA、PB，两密闭及采空区的风阻值为RAB，采空区的通风压力为HPAPB，则漏入采空区的风量为 （319）从式319中可以看出，采空区的漏风量Q与采空区两侧的通风压力H有关，H减少，Q减少，H0，Q 0，则采空区遗煤因缺氧而不会发生自燃，或采空区自燃遗煤因缺氧而窒息。设法降低PA或者增大PB，采空区进、回风两侧风压差H降低，漏风量Q减少，就可达到防灭火的目的。 均压技术既用来防火，也用于灭火和防止瓦斯漏出。根据使用条件不同，均压技术可分为闭区均压与开区均压两大类。二、压能及压力坡线图（一）调节风门均压的压能及压力坡线图如图333（a）所示，在并联风路分支中安装调节风门后，由于风路中增加了风阻，使其风量减少。风量变化引起本分支和相邻分支压力分布改变。将安装调节风门前、后的压力坡度线进行对比可见：（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调节风门的阻力和该分