矿井火灾防治

1、煤矿火灾防治煤矿火灾防治n为什么火灾救灾难度和危险性最大？n为什么有的火灾诱发爆炸，有的却不会？n为什么下山火灾风流流向反复变化？n如何分析所取气样可靠性？n如何注意直接灭火的安全保障？n分析火灾隐患时如何排除环境影响？n如何判断火源位置？n如何分析封闭火区燃烧状态？n为什么掌握计算机风流模拟技术比定性分析方法还简单？n如何进行有效的火灾现场勘察分析？矿井火灾领域的十大疑问n矿井火灾隐患侦知u供氧风流状态风压分布和漏风u火源电气、自燃、摩擦、撞击、爆破等u燃料煤、木材、塑料（了解其燃烧特性）u监察火灾隐患预警-靠风流气体成分的分析矿井火灾防治的技术支持n火灾事故防治措施检查u各易着火区火灾怎么

2、办？各易着火区火灾怎么办？火灾预防处理计划正确性和可操作性火灾预防处理计划正确性和可操作性技术保障技术保障 反反风、短路、控风、撤退路线及措施实施顺序。风、短路、控风、撤退路线及措施实施顺序。火灾及时报警保障（监测、技术）火灾及时报警保障（监测、技术）直接灭火的器材、供水、人员组织直接灭火的器材、供水、人员组织控风设施的完好控风设施的完好风门、风机风门、风机n矿井火灾救灾u火灾风流紊乱现象火灾风流紊乱现象 风流模拟及控制风流模拟及控制u直接灭火的相关技术直接灭火的相关技术灭火的有效性和安全性灭火的有效性和安全性u火区封闭与开启技术火区封闭与开启技术u火区燃烧状态的逻辑推理火区燃烧状态的逻辑推理

3、n火灾事故的调查-事故现场勘察u分析火灾现场不同部位的燃烧状态和痕迹分析火灾现场不同部位的燃烧状态和痕迹u推测火源点、可燃物和原因推测火源点、可燃物和原因u推测火灾形成基本过程（发生、蔓延、传播、破坏、推测火灾形成基本过程（发生、蔓延、传播、破坏、熄灭熄灭）1.燃烧的基本概念n燃烧的特征u放热、发光和生成新物质。u电灯：钨丝放热、发光，但未生成新物质。u金属生锈，动物呼吸：放热、生成新物质，但无发光现象。u所以，以上两种现象均非燃烧。燃烧的条件燃烧三角形氧气链式反应可燃物热源燃烧四面体氧气可燃物热源n燃烧的形式u扩散燃烧（气体可燃物燃烧）可燃气体从管道孔口，或巷道流出，在与空气的交界面燃烧。u

4、分解燃烧（固体和部分液体燃料燃烧）可燃物遇热分解其产物氧化反应火焰燃烧矿井火灾时期，着火带中燃烧带燃烧。n表面燃烧（固体燃料燃烧的后期）u固体燃料热分解后，剩余的焦炭与空气的接触表面燃烧。u固体燃料呈红热表面，但没有火焰。u矿井火灾时期，着火带中的焦化带燃烧。n预混燃烧（气体可燃物燃烧）u可燃气体与空气预先充分混合的燃烧。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。u矿井火灾引起的爆炸事故往往由预混燃烧引起。u有时因分解燃烧生成大量富余可燃挥发性气体，与空气混合形成预混气体，在一定条件下点燃而发生预混燃烧。u 在上述四燃烧形式中，预混燃烧范围最大。 *燃烧源高温 *高温有毒烟流（

5、中毒、爆炸） *风流紊乱、逆转加剧上述危害火灾的特点特性危害 *高温烟流的长期、大范围影响 火灾 *高温高压烟流的瞬间大范围影响 爆炸 *高压气-固流的瞬间局部范围影响突出 *高压液-固流瞬间局部范围影响 水灾 *地压作用下固体的瞬间局部影响顶板灾害2.火灾的特点及治理难点u发展迅猛 比内因火灾更迅速的预警、救灾u持续时间长 较纯爆炸、突出等更危险u长期、大范围风流紊乱 控风技术应用有效、但难度大u技术推广的难点 外因火灾几率小，控风设施日常维修、购置费用大外因火灾治理难点和控风有效性3.矿井外因火灾燃烧特性3.1富燃料燃烧和富氧燃烧富燃料燃烧富燃料燃烧(受限燃烧受限燃烧)富氧燃烧富氧燃烧(非

6、受限燃烧非受限燃烧)基本特征燃料多、供氧不足燃料不足、供氧多火源范围大,火势大,蔓延快火源范围小,火势小,蔓延慢耗氧多,剩余氧少(2%左右)耗氧少,剩余氧多(15%左右)剩余大量可燃挥发物可燃挥发物基本耗尽易引起再生火源和爆炸不易引起再生火源和爆炸 特点危险性更大危险性稍小 *高温(1000)、大量高温气体流向下风侧 *形成再生火源（跳蛙现象） *产生爆炸隐患 *引起风流紊乱(逆转、形成爆炸预混气体)3.2 富燃料火灾的危险、燃烧条件及控制控制富燃料火灾条件危险液体燃料、量大、供氧不足（停、减风，巷塌）、空气预热温度高、断面小*减少火势：及时灭火、下风侧洒水*一般不能停风、减风，特别是忽然停、

7、减风*条件许可时注惰气3.3 为什么富燃料燃烧引起再生火源和爆炸?下列情况直接灭火时，能否减少风速？4. 矿井火灾预警矿井火灾预警0.010.12%0.022.6%1720%0.10.5%35%1518%少量H2少量H2COCOCO2CO2O2O2煤木材4.1 矿井火灾燃烧生成产物u富氧燃烧u富燃料燃烧较少出现25%58%1820%2%H2COCO2O2煤木材 *火风压-节流作用和上浮作用（定义） *低、微风的火源-烟流逆向蔓延 *火源的顺风蔓延：井下风速下，火源蔓延速度与风速成正比4.2 煤吸附氧气的能力启封火区复燃 *煤常温吸附氧 *封闭火区大气和煤堆内氧浓度阴燃现象4.3 矿井火灾燃烧蔓

8、延特征1500100IDLH（立即威胁生命）40025STEL（短期）505TLV（8小时无危害）CO ppmHCl ppm4.4 输送机胶带燃烧特性及产物-特殊危险性燃烧三阶段煤升温出现冒烟燃烧煤与胶带混合燃烧阶段煤明火燃烧初期阶段必须及时报警危险性大燃烧初期，HCl比CO更早出现HCl比CO的毒性大10倍以上胶带火灾常发生在进风区5.5.火灾风流紊乱现象火灾风流紊乱现象n风流逆转u浮力节流 机械风压，巷道全断面风流反向n风流逆退u浮力节流巷道纵横断面温度和压力差。新风顺风向从巷底流入，热烟流沿巷顶流出。n风流滚退u由节流、温度和压力差引起浮力作用方向朝上；节流作用与风流流向相反，一般情况下

9、，节流作用比浮力作用小得多。浮力作用节流作用机械风压上山浮力作用节流作用机械风压下山（1）风向浮力作用节流作用机械风压下山（2）风向上、下山火灾风流逆转情况不同上山火灾风流逆转后风向一般不变下山中小火灾风流逆转后风向变化频繁火势大的下山火灾风流逆转后风向较稳定n火源位置对下山风流方向影响下山火灾实例联絡巷对风流逆转的影响倾斜巷道下行风流火灾实例示意6. 直接灭火的实用技术直接灭火的实用技术6.1 CO对灭火人员身体状况的影响n防止烟流滚退的最小风速6.2 防止烟流滚退u风帘遮挡巷道下半部提高风速u巷道左右侧同时喷水u反光镜的应用u自关风门n6.3 气体监测检查氧气浓度氧气浓度太低，便携式电子检

10、测仪表误差大，氧气浓度需大于17。n注意直接灭火的退路n直接灭火时的下风侧烟流组分监测u注意风流稳定性，是否有压力脉动u注意O2、CO、CH4的变化趋势持续增加：灭火效果不佳，预示爆炸可能发生浓度差值法排除环境因素影响 CO 200ppm 220ppm 220-200=20 150+50 150+70 70-50=20浓度比值法减少风量因素影响。CO 200ppm 风量增10倍 20ppm O2 10% 风量增10倍 1%222265.0)(OCOONCOCOICO指数6.4 用水直接灭火 n水流方向u水与风流应在同一方向流动。u避免巷道垮塌破坏水管或高温破坏橡胶垫圈，引起漏水。n管路系统u供

11、水管道应由进风井进入，消防栓接头盖应用塑料。u应采用能清楚显示开关状况的阀门。n供水量应充足6.5 高倍泡沫灭火n适宜于距采煤工作面或未封闭采空区较远的巷道着火。n不适宜于倾角大于11.3下山或大于5.7上山火灾。 不适用于熄灭煤体深部火灾和巷道死头。n进入成泡机的风流不含烟流或是只含少量烟流，因烟流妨碍泡沫形成。n发泡作业一旦开始，不能间歇作业u若必须暂停发泡作业，应停止供水，并保持通风机运行，稀释并带走可燃气体。n如何判断泡沫流动走向和灭火效果 应注意分析泡沫旁路而不能流入着火带 泡沫是否有足够含水量 故须监测分析回风巷及泡沫灭火机附近大气状况。u泡沫栓前进的两个信号泡沫机隔墙两端压差逐渐

12、增高。回风巷可燃气体浓度增加。u泡沫栓旁侧流失或过着火带压差停止增高。可燃气体浓度停止增高。n如何判断泡沫栓旁侧流失或过着火带呢？u若泡沫栓过着火带呢泡沫栓暂停延长，压差稳定一段时间后，又继续增加，若泡沫含水充足，回风巷水蒸气和湿度增加。u否则，泡沫栓旁路，从旁侧巷道流失。u若回风巷可燃物浓度增加一段时间又开始降低说明火势得到抑制。 n高倍泡沫灭火的缺点：u泡沫栓难以充填整个巷道断面，巷道顶部火灾不易扑灭。u泡沫栓难以通过垮塌严重区域。u泡沫栓阻塞进风，在打了隔墙情况下，可能形成富燃料燃烧。u或瓦斯积聚，并被推向着火带。u在火源上风侧瓦斯浓度大或有旁侧巷道进风时，必须考虑瓦斯爆炸的危险。u下山

13、火灾注泡沫，因火风压上浮作用，可能阻止泡沫下流。7.7.火区状态分析火区状态分析7.1 火区内瓦斯爆炸性变化趋势分析(注惰气等防治措施的效果）O2浓度（%）211612 50 t1 t2 t3 t(h)CH4O20t3 O2浓度在爆炸限t1t2 CH4浓度在爆炸限0 t1 t2(t3) t(h)0t3 O2浓度在爆炸限t1t2 CH4浓度在爆炸限O2浓度（%）211612 5CH4O20 t1 t3 t2 t(h)O2浓度（%）211612 5CH4O20t3 O2浓度在爆炸限t1t2 CH4浓度在爆炸限0 t1 t3 t2 t(h)O2浓度（%）211612 5CH4O20t3 O2浓度在爆

14、炸限t1t2 CH4浓度在爆炸限0 t1 t3 t2 t(h)O2浓度（%）211612 5CH4O20t3 O2浓度在爆炸限t1t2 CH4浓度在爆炸限0 t1 t3 t2 t(h)O2浓度（%）211612 5CH4O20t3 O2浓度在爆炸限t1t2 CH4浓度在爆炸限0 t1t3 t2 t(h)O2浓度（%）211612 5CH4O20t3 O2浓度在爆炸限t1t2 CH4浓度在爆炸限0 t3 t1 t2 t(h)O2浓度（%）211612 5CH4O20t3 O2浓度在爆炸限t1t2 CH4浓度在爆炸限n结论u1.注惰气、阻漏风等措施，不仅有助于灭火，而且有助于避免形成爆炸性大气使O

15、2曲线变陡，CH4曲线变缓，两危险时间段不重叠。u2.火区漏风矛盾影响 利冲淡瓦斯、延缓瓦斯浓度增加，瓦斯曲线变缓。 弊渗入空气，延缓氧浓度下降，氧气曲线变缓 利弊分析：O2相对密度1.1，CH4相对密度0.55 漏风易与火区大气混合，较难与火区内瓦斯层混合。所以应注意火区内瓦斯分布的不均匀性， 局部积聚瓦斯层，流经火源，易发生爆炸。u3.在火区内存在多个火源点情况下，局部积聚瓦斯层流经火源概率增大，更易发生爆炸。u4.为什么近年来，封闭火区易发生瓦斯爆炸？ 开采强度增加，瓦斯涌出量增大，瓦斯曲线变陡，其危险区易落在O2危险区内，而易形成爆炸性大气。 沿空留巷及放顶煤开采等采煤方法，使漏风增加

16、，氧气曲线变缓，增加O2危险范围。7.2 确定所取气样是否可靠？u特里克特比率Tr1.6，气样不可靠燃烧类型判别Tr0.4 无燃烧或已熄灭0.4Tr0.5 甲烷燃烧0.5Tr1.0 煤、油类、胶带、塑料等0.9TrRCO，RH2(为负值）u判断来源：A.酸性水与碳酸盐反应：情况不清，无法判断.B.若吸附作用影响：CO2比CO更易吸附，RCO2比RCO负值更大。但本例 RCO2=0.0003(正）,RCO=-0.001(负），说明吸附非主要作用。C.缓慢氧化作用：RCO2应为0.001左右，本例为0.0003。所以：缓慢氧化非CO2主要来源。D.采空区自热：初期 RCO2=RCO，发展期 RCO

17、RCO2。本例中 RCORCO2， 所以：采空区自热非CO2主要来源。E.CO2富集带涌出，RCO2大，应有短暂、急剧增加。本例：Rco2小，排除这一可能。u小结：RCO2因燃烧产生，火未熄灭。u以RCO值分析由判断准则3,无燃烧和缓慢氧化时， RCO2RCORO2RN2成立。本例：RO2=-0.008RCO=-0.001(8倍） 在RCO2分析中已排除缓慢氧化。所以：CO浓度变化由燃烧所致，负值可能因CO为焦炭，炭黑吸收所致。u以RH2值分析火区木材少，H2生成系燃烧所致。u结论A.180天后，火未熄灭B.O212%，非CH4燃烧C.火区木材少，不能支持180天燃烧D.煤是主要燃料E.90天

18、后，O2%5%，阴燃，火势遏制，不会蔓延F.火势遏制，着火带温度，RH2与实际相符。7.7 分析火灾过程判断准则4:当RO2负值与RCO2、RCO正值相近，火势发展。本例第1月：RO2=-0.02，RCO=RCO2=0.03 所以，第1月火势发展情况恶化。判断准则5：RO2、RCO和RCO2稳定，且近似为零，表明火势受遏制。是建立永久防火墙、堵漏风、加固防火墙的最佳时机。本例第2月：RO2、RCO2、RCO在0位置波动，而CH4稳定上升，说明火势稳定；但漏风大（因RCH4，其他气体R应下降，漏风造成浓度波动）。应加固修补防火墙、阻塞漏风。u火区受环境影响大，但可通过逻辑推理逐步排除其他可能性。

19、u判断准则可根据矿区的不同而完善。u逻辑推理方法是现场技术应用和技术进步的重要保证。以上判断准则和逻辑分析方法在实例中的应用说明:7.8 启封火区n通风启封火区法（较简单）u 预先确定有害气体排放路线，撤出人员。u 首先打开一个出风侧防火墙（由小孔扩大）。u 过一段时间打开进风侧防火墙。u 排放有害气体一段时间无异常，打开其余防火墙。u 进风侧防火墙若处于火区下部，防止CO2逆向流动。u 打开防火墙短期内采区强力通风，人员撤退，待12小时再进入火区进行恢复工作。u通风时间和通风风量的确定。n实例：u火区V=7.65*104m3，火区内甲烷浓度C1=31%，CH4要达到Ct1.5%，G=3.4m

20、3/min（瓦斯涌出量），A=9.3m2。u求：通风风量Q和最小通风时间Tu解：（1）防治气体层形成的最小风速 n式中：I成层指数；nA巷道断面积，m2；nCCH4CH4浓度。smCAIvCH/0423.042/13minmin)/(5 .58)/(97. 05 . 13 . 90.04237 . 11/23minmsmv 巷道斜度%2288353570最小成层指数1.7234n式中：M环境参数，min)/(5443 . 95 .583minmAvQn(2) 风量的计算n由 M含义1可燃气体密度与空气、N2相似，不易形成可燃气体层，如CO2CH4,vvmin3CH4,vminv18m/min4

21、CH4,v300，强度开始下降；至500，强度降低1/2；至600，强度降低1/61/7；铁支架垮蹋(500，作用时间25分钟)u混凝土在火灾中的变化混凝土在火灾中的变化火场直观鉴定火场直观鉴定外观无变化，强度增加火场温度100300开始有裂纹，强度不变火场温度300400裂纹增大增多，强度下降较多火场温度600700酥裂破坏，强度几乎全部丧失火场温度800900熔结、熔瘤，1000以上化学方法鉴定化学方法鉴定 中性化鉴定：中性化鉴定：水泥在火灾中Ca(OH)2或CaCO3在600900分解而呈中型化. 分析当时的温度和作用时间.1%酒精酚酞试剂检查其水泥碱性变化呈红色(Ca(OH)2 存在多

22、)600，或火灾作用时间长u短路在金属中的痕迹短路在金属中的痕迹区别短路与燃烧熔痕分析导线是先短路后烧熔或是先烧熔后短路短路：电弧温度高、短路时间短、作用点集中燃烧熔痕：电弧温度较低、燃烧时间长、作用区域广无明显空洞（作用期长，气体释放）有明显、大小不等蜂窝状孔洞 空洞在多处出现多股线熔化成块粘连仅在短路点处，多股线熔化成大熔珠，附近区域多股线仍分散在另一导体或导线上不存在对应点 另一导体或导线上存在对应点变形范围大，铝线出现干瘪缩收变形范围小，只发生在熔痕处使金属熔融流淌，熔珠垂直下落使熔融金属喷溅形成较规则的金属小熔球及溅片使金属相当区域退火变软无金属退火现象与本体有明显过渡区与本体界限清

23、楚 外 观燃烧熔痕短路熔痕u因此两者出现以下差异u区别火灾前及火灾中短路熔痕：其表面常有烟熏痕迹熔珠、熔痕表面无烟熏表现导线上一般多个短路点导线上一般一个短路点痕迹量以等轴晶粒为主的组织细小柱状晶体组织外界温度高、热散失慢、过冷度小外界温度低、温差快、热散失快 金相 分析缩孔大而多熔珠内集中缩孔小而少气孔洞壁粗糙气孔洞壁光滑气孔大而多气孔小而少 比较 空洞火灾中火灾前n过负荷痕迹过负荷痕迹区别导线因火烧或过负荷区别导线因火烧或过负荷所破坏所破坏(分析火灾致因，责任，和教训分析火灾致因，责任，和教训)铝线熔融断吊不均匀分布铝线熔融断吊均匀分布铜导线形成不均匀分布大小疤痕铜线形成均布大疤痕熔态同根

24、导线不同位置截面金相组织不同 同根导线不同位置截面金相组织相同金相外焦、老线抱紧、不易溶滴内焦、老线松弛、溶滴绝缘层火烧过负荷11.3 结论1.直接证据和间接推论的整理直接证据和间接推论的整理2.推测事故致因和过程推测事故致因和过程3.应综合考虑材料与人的因素的综合作用应综合考虑材料与人的因素的综合作用12. 矿井内因火灾矿井内因火灾12.1 致因及过程致因及过程u煤煤-氧复合作用学说氧复合作用学说：空气中O2+煤常温氧化自燃u自燃三阶段自燃三阶段准备期准备期：缓慢氧化 温度逐渐 ；着火温度自热期自热期：氧化速度 热量积聚，温度 煤的干馏（6080） 生成CO，碳氢化合物，H2等燃烧期燃烧期

25、出现明火、烟雾以及燃烧生成物 * 煤本身具有自燃发火本性的一种度量标志*鉴定方法：双回路气相色谱吸氧鉴定方法 预警12.2 预警自燃预测预报自燃发火指标气体自燃倾向性及鉴定*第一火灾系数CO2指数*第二火灾系数CO指数*其它烯烃、烷烃等气体平庄局 H=CQ/100消除风量变化的影响12.3 内因火灾防治u合理的开拓开采系统、采煤方法及通风系统合理的开拓开采系统、采煤方法及通风系统开拓：主要巷道底板岩石采煤方法：减少煤柱，提高回收率，全陷落法管理顶板通风系统：减少漏风，中央分列、两翼对角u预防性灌浆预防性灌浆浆材、不燃、粒度2mm，其中1mm75%泥浆料水比 1.21.5u阻化剂防火阻化剂防火阻

26、化率： 愈大，煤抗氧化能力愈强阻化衰减期：阻止氧化的有效期u均压防灭火均压防灭火降低压差减少漏风（散热带、燃烧带、窒息带）（SF6示踪气体）；安全问题u惰气：惰气：以氮气为主u凝胶凝胶：固结水，成胶和汽化降温，密封堵漏，阻化22180SOSOCOCO13. 矿井火灾事故案例分析矿井火灾事故案例分析 例：某矿“11.l”胶带机暗斜井火灾案例分析 年11月1日凌晨5：10分左右，某矿胶带机暗斜井第二部胶带机头以下200米左右处，因胶带摩擦起火，造成16人死亡，18人受伤的重大恶性事故。直接经济损失200多万元。 13.1 事故经过 该暗斜井全长780米，倾角为16度，共安装胶带机两台，第一部长400米，第二部长为370米。 年11月1日凌晨5：40分，矿运转区调度员向矿调度员汇报，井下二水平胶带暗斜井第二部胶带机中部着火。矿调度室接到事故汇报后，立即通知矿总值班的副总工程师以及有关矿领导和局调度室。同时矿总值班及调度员立即布置运转区现场人员进行直接灭火，切断胶带暗斜井的所有电源，并通知井下各采掘作业点所有人员撤离现场。 5：42分，矿总值班员接到矿长命令后，立即带领运转区支部书记、副区长及工人等12人下井到现场进行直接灭火，当时已有50多米左右的胶带被烧，火势很猛，且天眼子木垛已在燃烧。灭火器和防尘水均无法控制火势，现场救灾指挥又派运转区工人