我国煤矿火灾防治

1 我国煤矿火灾防治技术 装备现状与发展趋势 山西省煤矿瓦斯综合治理工程技术研究中心二O一四年三月 赵长春总工程师 2 1 概述2 煤的自燃3 煤自然发火预测预报技术 防 4 内因火灾的防治技术 防 5 采空区火源位置探测技术 防 6 内因火灾灭火技术 灭 7 外因火灾灭火技术 灭 8 综放面火灾综合防灭火技术9 结束语 3 1998年9月6日 安徽淮北局朱仙庄煤矿井下掘进巷道顶部煤自燃 引起大火 导致12名矿工死亡 其中包括副矿长 总工程师各1名 3人受重伤 2000年11月4日 江西丰城局坪湖煤矿井下的皮带机因摩擦引起大火 导致33名矿工被困井下 此次事故造成13死亡 1人失踪 19人受伤 其中5人重伤 一 概述 1 煤矿火灾事故 4 2002年1月21日发生的湖北省松滋市谭子洞煤矿 地方矿 暗斜井中下段发生火灾事故 共造成12人死亡 其中包括1名为了抢救被困矿工不幸遇难的副矿长 5 2002年12月8日 吉林万宝煤矿 省属国有地方煤矿 绞车房火灾事故 造成井下30名矿工遇难 6 2002年10月29日广西南宁市二塘煤矿 国有地方 井下4采区变电所变压器着火 引燃相邻木支架 火区长度70米 当时井下共有作业人员35人 其中30遇难 7 2004年11月28日 陕西省铜川矿务局陈家山煤矿发生了因煤自燃而引发的瓦斯爆炸事故 造成166人遇难 8 9 人员伤亡设备烧毁或被封闭入采空区可能导致瓦斯爆炸事故影响矿井生产造成极坏的社会影响 煤矿火灾所产生的后果 10 2 煤矿防灭火技术的发展历程 50年代 开始研究并推广黄泥灌浆防灭火技术 60 70年代 开始研究并推广阻化剂防火 均压通风 高倍数泡沫灭火等技术 80 90年代 开始研究并推广矿井自然发火预测预报系统 惰气防灭火 快速高效堵漏风 胶带机火灾防治等技术 90年代至今 开始研究并推广以综放面综合防灭保障体系为代表的防灭火技术 11 就当前煤矿井下条件和发展状况 支撑矿井防灭火技术发展 实现火灾安全的关键在于早期预测和高效灭火 12 13 14 二 煤的自燃 1 煤的自燃学说 黄铁矿作用学说 15 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 16 2 煤的自燃过程 17 3 煤自燃倾向性鉴定方法与分类 煤的自燃倾向性的影响因素 18 现有的方法 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 煤自燃倾向性的鉴定方法 19 目前发展的新方法 吸氧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 目前 北京东西电子技术研究所已根据该项技术研制了ZRJ 1型色谱自燃性测定仪 在煤矿已推广使用 20 ZRJ 1型色谱自燃性测定仪 21 最短自然发火期计算法煤被剥离暴露于空气中 在最佳供氧 贮热条件下 吸氧 氧化 生成热 贮热 使煤体从常温上升到着火温度所需要的时间计为煤的最短自然发火期 22 煤堆升温氧化法 将一定量的煤 至少0 8 5t 按照井下的实际条件 模拟煤堆氧化过程 实际测试煤的自然发火时间 从而判断煤的自然发火危险性 23 三 煤自然发火预测预报技术 1 预测预报指标 COH1 H2系数烯烃 C2H4 C3H6 炔烃 C2H2 链烷比 烯烷比 24 25 COH1 H2系数烯烃 C2H4 C3H6 炔烃 C2H2 链烷比 烯烷比 气味总量 综合运用现用预报指标 发展方向 苯 酚及传统的可燃气体成份总量 26 2 预测预报手段 人工检测利用人工方法 定期在需要检测的地点进行人工采样 地面色谱分析 用实验分析结果作相应的图 表 从而判断煤自然发火趋势 束管监测系统利用束管监测系统 自动地 连续地对重点需监视的地点进行监测 计算机自动采集 记录 处理有关数据 从而判断煤自然发火趋势 27 28 29 30 31 四 内因火灾的防治技术 1 防止煤炭自燃的开采技术措施 合理的巷道布置系统 32 合理的采煤方法 33 合理的通风系统 风网结构合理 主扇与风网匹配1 采用中央并列或两翼对角式通风2 采区实行分区通风3 尽量降低井巷的通风阻力 扩大矿井的等积孔 使主扇的工况点运行在高效区内 34 通风设施布置合理应以减小采空区或火区进回风密闭墙两侧的通风压差为准 35 2 预防性灌浆 浆材的选取原则 36 预防性灌浆方法 采前预灌 37 随采随灌 38 39 采后灌浆 40 现有的阻化剂 无机盐 包括氯化镁 氯化钙 工业废盐 凝胶防老剂甲 3 阻化剂防火 41 物理作用覆盖 吸水作用 化学作用在煤的表面形成氧化隔膜 阻止煤与氧接触 捕捉煤与氧反应过程中形成的自由基 阻断煤与氧的链式反应 阻化机理 42 目前所用阻化剂存在的问题 用量大对无机盐类阻化剂 其阻化率相对较低对于其它类型的阻化剂 与水的相容性较差 影响阻化效果成本高 不利于大面积推广应用 43 阻化剂研究的发展方向 基于表面化学原理 纳米技术 研制层状无机物纳米复合阻化材料 其优点表现在 用量较小亲水性好与煤中大分子表面接触好 提高了阻化效果 44 开采区均压措施 4 均压防火技术 45 闭区均压措施 46 五 采空区火源位置探测技术 1 温度探测法 温度直接探测法热辐射法预埋温度探头测温法 47 2 气体探测法 地面附近气体测量法 48 钻孔测气法在地表附近层中打一系列钻孔 并测量孔中的各可燃性火灾气体 如CO H2等 浓度的总和 由于火灾气体分子的扩散作用 其向外扩散的气流使钻孔中的火灾气体浓度总和有不同程度的增加 通过测量火灾气体浓度总和的变化 就可以确定出地表附近层中火灾气体浓度异常的范围 所确定的范围垂直对应的采空区位置即为采空区内火源点的位置 49 测氡法由于地层岩性及地质构造不同 在同一地区不同岩层或同一岩层的不同层位 放射性元素的含量亦大有差异 其衰变产物从地下向上迁移的浓度及速率也大不一样 当地下存在热源时 由于地下火区所产生的温度 湿度 压力等的变化 氡及其同位素向上迁移的速率 均比地质条件相近 地下无热源时氡及其同位素迁移速率快 所以 采空区自燃区顶部的氡气浓度均高于无热源区的氡气浓度 采取合适的方法测量氡气浓度变化 确定出异常变化区域 就可定出地下采空区火源的位置 50 重庆地质仪器厂 HDS一1型测氡仪煤科院重庆分院 KCD9618矿用测氡仪东北大学 FD 140型测氡仪 51 3 磁力探测法 人工磁场法在开采有自燃倾向的煤层时 用气体或液体向采空区输入预先磁化好的铁磁性物质 之后就用安装于采空区上方的沿地表移动的测量装置测量磁场强度值 在产生自燃火源时 位于火源点处的铁磁物质 在温度上升的情况下 其磁化率也急剧上升 相应磁场强度增大 当达到其居里点时 其磁化率消失 相应的磁场强度为零 所以通过地面移动式测量仪器测定磁异常变化区域 就可确定采空区火源点的位置 52 天然磁场法该法的原理与人工磁场测定法是相似的 只是铁磁性物质不是以人工方式向采空区撒布 而是铁磁性物质本身存在于煤层或顶 底板岩层中 显然 这一方法只有在煤层或顶 底板岩层中存在铁磁性物质时才能使用 以目前最先进的美国G 856A 型磁力探测仪为例 其探测能力也只能达到探测误差 10m 探测埋藏深 200m 53 5 采空区火源位置探测技术发展方向 主要是研究基于非接触式的电磁波发送与接收技术 通过研究采空区内垮落岩石和空气这两相介质构成的特殊性以及电磁波在这种特定下传递及吸收的规律 包括在发生自燃火灾时的传递及吸收的规律 从而确定火源位置 比较典型的是利用地质雷达探测采空区火源点位置 采空区火源位置探测技术目前存在问题 探测误差大 适应性不广 54 六 内因火灾灭火技术 1 现已有的灭火技术 CO2灭火技术典型的有燃油型DQ 150 DQ 1000型惰气发生装置 55 N2灭火技术典型的有 BXND 500型地面移动式变压吸附制氮机组JXZD 400型井下移动式变压吸附制氮机组MD 350型井下移动式膜分离制氮机组BNKH 1000型地面固定式深冷制氮机组 56 泡沫灭火技术典型的有BGP 200型高倍发泡机惰泡灭火技术典型的有YZWP 180型惰泡发生装置凝胶灭火技术该技术主要是利用某些铵盐 钠盐 外加促凝剂 水等配制的化学胶体 当遇火后 能迅速地固化于煤的表面 起到较好的灭火作用 典型的有KBJ系列及XK系列凝胶灭火装置 57 堵漏风灭火技术我国近年研究了双料型高水速凝充填料和液压快速注浆设备 并进行了无煤柱工作面顺槽巷旁充填隔离带的试验 已获成功 该技术主要利用粉煤灰 选煤厂尾矿等作为骨料 外加促凝剂 水等配制高水材料 对漏风通道进行堵漏 从而达到灭火目的 58 TIF5750A型SF6检漏仪 59 60 KBJ 100 6移动式注浆设备主要技术参数公称压力 MPa 6公称流量 L min 100搅拌桶容积 L 500电机功率 kw 22输送距离 m 约1000外形尺寸 mm 4000 1500 1400质量 kg 1300 61 2 灭火技术的发展方向 大力研制新型的防灭火材料典型的有MEA 无机泡沫硅酸盐材料灭火材料 大力发展新的防灭火技术综合防灭火技术 62 七 外因火灾灭火技术 1 已有的灭火技术 胶带输送机自动灭火技术MPZ系列胶带输送机自动灭火装置 它们由速差 温度 烟雾 紫外线 热敏电缆等五种传感器和电源控制箱联接 控制箱由单片微机实现监测控制 智能判断 控制水喷雾灭火 63 64 65 机电硐室灭火技术主要是基于地面消防所用的CO2灭火技术 泡沫灭火技术以及干粉灭火技术 2 已有的灭火技术存在问题 成本高对作业场所的人员构成威胁灭火效率低 66 3 外因火灾灭火技术发展方向 发展清洁 高效 对环境友好的细水雾灭火技术 其优点表现在 成本低清洁 高效对作业场所人员不构成生命威胁可针对A B类 固体火灾 液体火灾 对电器类火灾同样有效 67 68 69 70 71 八 瓦斯燃烧防治技术技术 我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一 也是世界上最大的煤炭消费国 煤炭工业现在乃至将来较长时间内仍然是我国经济发展的支柱性产业 然而 我国的煤矿煤层赋存条件复杂 煤炭开采条件日益恶化 矿井的瓦斯灾害已成为严重威胁煤矿井下安全生产的最主要自然因素 据统计资料表明 煤矿是矿山事故中伤亡最严重的行业 其事故死亡人数约占全国各类矿山事故伤亡总数的80 以上 其中瓦斯灾害事故所造成的人员和经济损失最为严重 主要表现为瓦斯燃烧 瓦斯爆炸 严重威胁着我国煤炭工业的健康 持续发展 72 八 瓦斯燃烧防治技术技术 据国家安全生产监督管理总局统计 建国以来 全国煤矿共发生19起一次死亡100人以上的矿难 死亡3162人 其中 15起是瓦斯爆炸事故 死亡2140人 事故起数和死亡人数分别占79 和68 2002年至2005年 全国煤矿发生29起特别重大事故 死亡1743人 其中 瓦斯爆炸事故24起 死亡1578人 事故起数和死亡人数分别占83 和91 从以上统计资料可以看出 瓦斯爆炸灾害已经成为我国煤矿安全的 第一杀手 73 八 瓦斯燃烧防治技术技术 瓦斯灾害通常发生地点与形式 采煤工作面上隅角瓦斯燃烧与爆炸掘进工作面上隅角瓦斯燃烧与爆炸抽放管道瓦斯燃烧与爆炸钻孔瓦斯燃烧 工作面上隅角瓦斯超限安全保护系统原理图 低浓度瓦斯安全输送保护系统原理图 1 瓦斯罐2 空气压缩机3 压力表4 钻孔模拟钢管5 受限空间6 细水雾喷头7 供水管路8 水泵9 水罐钻孔瓦斯燃烧灭火系统构成框图 77 九 综放面火灾综合防灭火技术 采前综合防灭火措施规划 工作面周围区域预处理 注浆 阻化 开切眼0 20m范围重点处理 阻化 注浆 从通风系统上 采取小风量 低压差 即均压技术 78 减少漏风带宽度 在综采支架后方沿工作面开切眼方向设置30m风陋 减少漏风带宽度 对阻止采空区煤炭氧化自燃起到了一定的作用 监测采空区气温及气体变化的措施 随着工作面推进 向采空区预埋监测束管及温度探头 每50m布置一个测点 同时坚持每周收集一次工作面上隅角 回风流的气体及采空区束管的气体 79 工作面注浆 由于工作面地质条件的影响 工作面应采