10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,1,1,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,2,煤矿火灾所产生的后果,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,3,2,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

2、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,4,3,煤矿火灾防治的关键技术环节,阻化,预测,火灾防治需的,关键技术,灭火,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,5,4,煤矿火灾的分类及其特征,按火灾发生地点分,地面火灾,井下火灾,按发火地点对矿井通风的影响分,上行风流火灾,下行风流火灾,6,按引起火灾的热源分,外因火灾或称外源火灾,内因火灾或称煤的自燃火灾,7,二、煤的自燃,1,煤的自燃学说,黄铁矿作用学说,8,细菌作用学说,酚基作用学说,自由基作用学说,

3、煤氧复合作用学说,9,2,煤的自燃过程,10,3,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,煤化程度,煤中水份,煤岩成份,煤的含硫量,煤的孔隙度与脆性,11,煤自燃倾向性的鉴定方法,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,12,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,13,ZRJ-1,型色谱自燃性测定仪,14,最短自然发火期计算法,煤被剥

4、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,15,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,16,三、煤自然发火预测预报技术,1,预测预报指标,CO,H,1,H,2,系数,烯烃,C,2,H,4,C,3,H,6,炔烃,C,2,H,2,链烷比、烯烷比,17,18,发展方向,综合运用现,用预报指标,气味总量,CO,H,1,H,2,系数,烯烃,C,2,H,4,C,3,H,6,炔烃,C,2,H,2,链烷比、烯

5、烷比,苯、酚及,传统的可燃,气体成份总,量,19,2,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,20,21,22,23,24,四、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,25,合理的采煤方法,26,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

6、力，扩大矿井,的等积孔，使主扇的工况点运行在高效区,内,27,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,28,2,预防性灌浆,浆材的选取原则,29,预防性灌浆方法,采前预灌,30,随采随灌,31,32,采后灌浆,33,3,阻化剂防火,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,34,阻化机理,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,35,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，

7、影响阻化效果,成本高，不利于大面积推广应用,36,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,37,4,均压防火技术,开采区均压措施,38,闭区均压措施,39,五、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,40,2,气体探测法,地面附近气体测量法,41,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

8、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,42,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

9、地下采空区火源的位置,43,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,44,3,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,45,位置,天然磁场法,该法的原理与人工磁场测

10、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,10,m,探测埋藏深200,m,46,5,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

11、火源位置探测技术目前存在问题,探,测误差大、适应性不广,47,六、内因火灾灭火技术,1,现已有的灭火技术,CO,2,灭火技术,典型的有燃油型,DQ-150,DQ-1000,型惰气发生装置,48,N,2,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,49,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

12、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,50,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,51,TIF5750A,型,SF6,检漏仪,52,53,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

13、,1000,外形尺寸,mm):4000,1500,1400,质,量,kg):1300,54,2,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,55,七、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,56,57,58,机电硐室灭火技术,主要是基于地面消防所用的,CO,2,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

14、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,59,3,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,60,61,62,63,64,八、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，

15、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,65,八、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,

16、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,66,八、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,67,泵,回风巷,喷头,工,作,面,进风巷,开停传感器,分站,瓦斯传感器,泵,喷头,工作面上隅角瓦斯超限安全保护系统原理图,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,5,0,0,600,1,5,0,0,800,接机组,接机组,接机组,接机组,2000,600,1,5,0,0,800,600,3,5,0,0,900,900

17、900900,900,900,900,900,900,800,5,0,0,1,5,0,0,4500,D,N,5,0,0,泵站气源,CH,4,950,13,6,0,0,5,0,0,室内,10000,11,12,1,水箱 2.搅拌机 3.水泵 4.流量计 5.压力表 6,DN500,干管 7.水雾喷头,8.沉淀池 9.除雾器 10,DN300,支管 11.继电器 12.控制器 13.红外CH,4,传感器,低浓度瓦斯安全输送保护系统原理图,8,0,0,600,800,D,N,3,0,0,7,8,6,5,4,3,1,9,2,1,瓦斯罐,4,钻孔模拟钢管,7,供水管路,2,空气压缩机,5,受限空间,8,

18、水泵,3,压力表,6,细水雾喷头,9,水罐,钻孔瓦斯燃烧灭火系统构成框图,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,71,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,72,工作面注浆。由于工作面地质条件的,影响，工作面应采取随采随注