周心权讲座- 火灾

1、火灾防治与火灾防治与事故应急处置事故应急处置中国矿业大学（北京）中国矿业大学（北京）周心权周心权简介： 教授、教授、 博士生导师，博士生导师， 享受国务院政府特殊津贴，享受国务院政府特殊津贴， 第第2、3、4届国家安全生产专家组成员，届国家安全生产专家组成员， 国家煤监局国家煤监局“一通三防一通三防”专家组组长，专家组组长， 人事部人事部“653”工程煤矿安全领域首席专家，工程煤矿安全领域首席专家， 中国中国煤炭工业技术委员会煤矿安全专家委煤炭工业技术委员会煤矿安全专家委员会副主任委员，员会副主任委员，n01062331942（办）62331702(宅)历：n1962

2、1967 重庆大学采矿系，n1967年1982 在江西乐平矿务局沿沟矿工作，曾任通风区长和工程师，n1982年1989年在美国密执安理工大学采矿系留学，获硕士、博士学位，n 1989年1991年在中国矿业大学(北京) 从事博士后研究，后留校工作至今,n1993年1995年在美国密执安理工大学合作科研。概述概述一、火灾的灾变特点：一、火灾的灾变特点：1. 长期性、动态性和大范围致灾特征长期性、动态性和大范围致灾特征与火灾救灾难度、危险性和技术性的关系。与火灾救灾难度、危险性和技术性的关系。2. 火灾救灾的特点和特殊危险性火灾救灾的特点和特殊危险性风流控制的需要，次生灾害的防治。风流控制的需要，次

3、生灾害的防治。3. 灾害的相互转换特征：灾害的相互转换特征：瓦斯爆炸与火灾的相互转化瓦斯爆炸与火灾的相互转化 2009年年-2011年，与火灾相关的煤矿事故有年，与火灾相关的煤矿事故有92起。起。单一矿井火灾单一矿井火灾20起，死亡起，死亡233人；火灾诱发瓦斯、煤人；火灾诱发瓦斯、煤尘爆炸等继发灾害尘爆炸等继发灾害72起，死亡起，死亡364人。人。 20122013年发生重大和特别重大火灾事故以及火年发生重大和特别重大火灾事故以及火灾导致的特别重大瓦斯爆炸事故。灾导致的特别重大瓦斯爆炸事故。 *燃烧源高温 *高温有毒烟流（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

4、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二、火灾的特点及治理难点(p2)三、沼气的燃烧和爆炸特性三、沼气的燃烧和爆炸特性n沼气的燃烧和爆炸限沼气的燃烧和爆炸限（着火） 均为516， 燃烧爆炸（可燃气体的集聚量） 含沼气含沼气5以下的空气以下的空气: 进入正燃烧的火源仍可以燃烧，但不会在该类大气中蔓延。 安全灯的原理 含沼气含沼气16以上的气体以上的气体: 在与空气的接触面上燃烧第一章、煤矿自燃防治与应急处置案第一章、煤矿自燃防治与应急处置案例分析例分析 采

5、空区、巷道高冒区自燃的特殊采空区、巷道高冒区自燃的特殊危险性：危险性： 救灾时相对容易转换为瓦斯爆炸；救灾时相对容易转换为瓦斯爆炸； 巷道高冒区位于进风区；巷道高冒区位于进风区； 容易预警失误容易预警失误一、一、xxxx集团集团xx煤矿瓦斯自燃转为瓦煤矿瓦斯自燃转为瓦斯爆炸事故案例分析斯爆炸事故案例分析n3:29:21:56，xx集团xx矿发生瓦斯爆炸事故，36(12)。n4:1:10:12，xx矿再次发生瓦斯爆炸事故，17(8)，n损失6695.4。n两事故集总工，总经助、矿总，矿生指主任、四副、安监处长、三救护中队长书记的53，其中队员26遇难。1. 事故矿井概述：事故矿井概述：nxx煤矿

6、员工3061人，年生产核定能力300万吨，是当地首屈一指的国有大型现代化企业。目前，这家煤矿已全部实行现代化装备，采煤、掘进机械化程度达到100%；n高瓦斯矿井、煤有自燃倾向性，开采煤层最短自然发火期5个月；n煤尘有爆炸性。xx矿有4个生产的水采区，分别为：-415采区、-416采区、-418采区、-612采区；1个综采工作面是1304回采面（-740-700m），已于3月11日回采结束。n事故前共计4个回采工作面，16个煤巷掘进工作面，7个岩石掘进工作面。n发生事故的xx矿业(集团)公司已经连续4年无责任事故发生。n长期以来，该矿现代化的硬件设施和高效、安全的管理运营模式，一直在当地受到好评

7、。n 2012年底，这个企业还获得了由国家安监总局评定的全国首批十家“煤矿安全文化示范企业”荣誉称号。事故前，事故前，4164东水采工作面东水采工作面1）3月28日16时10分2）3月29日14时30分3）3月29日19时30分 明显冲击波，冲垮邻近密闭、煤尘飞扬和热度，且越来越严重； 第二次严重性，局总工、副总来矿。2. 第一次爆炸事故：第一次爆炸事故：n3月29日，四点班停产，由集团总工、通风副总，带领x矿总工等到现场对隐患处理，进行密闭堵漏及打闭，拟施工5处密闭墙封闭采空区和416采区，n21点56 分n35+1，13-1。3. 第二次爆炸事故：第二次爆炸事故：n4月1日10：12，3天

8、，再次发生瓦斯爆炸，造成17（4）；n8AM，井下监控系统发现井内出现烟雾，即上报，公司有关负责人未经请示，在未制定抢险方案情况下，组织21名矿工下到-400、-315的工作面抢险。采取打风幛措施，阻挡风流、控制风量。n10：12 再次爆炸；随即公司常务副总经理、矿长、安全副矿长刑事拘留。 4. “3.29”事故结论事故结论n3.29”事故发生时间：3：29：21：56分，n类别:瓦斯爆炸事故；n爆源位于-416采区4164东水采工作面东一分层最里端邻接的上阶段采空区附近区域；n瓦斯爆炸的直接原因为：采空区管理不到位，造成邻接的上阶段采空区附近区域煤自然发火，引爆该处积聚的达到爆炸界限的瓦斯，

9、引起瓦斯爆炸。“4.1”事故结论事故结论n“4.1”事故发生时间：4月1日10时12分，n事故类别为瓦斯爆炸事故；n爆源位于-416采区4164东水采工作面东一分层最里端邻接的上阶段采空区附近区域；n瓦斯爆炸的直接原因为：邻接的上阶段采空区附近区域煤自然发火（“3.29”事故未熄灭）引爆该处积聚的达到爆炸界限的瓦斯，引起瓦斯爆炸。5. 存在问题存在问题1）“3.29”事故存在问题：事故存在问题：自燃防治问题自燃防治问题n（1）预警不力：）预警不力：29:8:3014:30，-250石门613p，瞬间峰值16、28p，未引起足够重视，到14:56:30上升至峰值56p后才警觉而处理，贻误及时处理

10、自燃的时机 （1300）；n（2）客观条件复杂：）客观条件复杂：急倾斜煤层区段煤柱（6m）未隔离，采空区相连，水采工艺，采空区通风，增大了自燃爆炸隐患。n（3）主观努力不够：）主观努力不够：自燃急倾斜煤层，注浆防灭火难度大，未能有效落实作业规程规定的注氮综合防灭火措施和老空区密闭维护和监测，导致自燃。救灾方面的问题救灾方面的问题（1）应急处置不当。）应急处置不当。n在28-16、29-15和19:30 增大爆燃，对自燃引爆极大危险性认识不足；n投入大量人力时间构筑难度大的5密闭封闭采空区时，未能提供当时力所能及的安全措施；n地面救灾指挥薄弱，对监控系统数据未能及时沟通、反应、决策。n因此，在4

11、16采区-315石门正头（230）19:37:12 到302，未能引起警觉而采取撤人措施，直到21：56分发生爆炸。n违反矿井密闭防灭火技术规范（Q10442007） “5.2.3封闭火区时做到边检测、边通风、边密闭；n5.2.4 密闭过程中必须严格掌握火区气体的爆炸危险趋向，采取正确的通风措施。”的规定；n对煤矿安全规程245条“封闭火区时，指定专人检查瓦斯、氧气、一氧化碳、煤尘及其他有害气体和风向、风量的变化，还必须采取防止瓦斯煤尘爆炸和人员中毒的安全措施”的规定执行不到位。2）“4.1”事故救灾存在问题与教训：事故救灾存在问题与教训：n（1）“3.29”事故发生后，违反省政府和国家安监总

12、局、国家煤监局工作组的决定，擅自派人下井冒险处理灾区，又造成17人死亡的重大事故。n（2）对防灭火技术规范“5.2.4 密闭过程中必须严格掌握火区气体的爆炸危险趋向”，规程245 “封闭火区时，指定专人检查瓦斯、氧气、一氧化碳、煤尘及其他有害气体和风向、风量的变化，还必须采取防止瓦斯煤尘爆炸和人员中毒的安全措施”等规定执行不到位。n “3.29”事故已对4.1计划增设风障附近区域人员造成伤亡，但仍对该区域危险性认识不足，31日新设的O2、CH4、CO传感器布置爆源点的位置，难以反映4.1爆源点状态变化和爆炸危险性。n（3）在28、29采空区三次爆燃事故，29的同一采空区自燃诱发特别重大爆炸事故

13、，“4.1”发生前的一个多小时，发现-315m以里150m浓烟，能见度5m以下的情况下，不全部撤人，21下井风障减风，未发生爆炸也实属十分冒险。n（4）深刻的教训，面对短短几天内连续发生的多起越来越严重的隐患和事故，面对“4.1”事故发生前出现的井下越来越严重的灾情，采空区自燃封闭引起爆炸的小概率事件已成为大概率事件。n 立足于不顾客观可能的冒险来保护矿井的主观动机立足于不顾客观可能的冒险来保护矿井的主观动机很可能导致生命和矿井双输的客观后果。很可能导致生命和矿井双输的客观后果。 。二、教训和建议：二、教训和建议：1.自燃防治：自燃防治：1）理念的转换）理念的转换 （1） 自燃-次生爆炸隐患严

14、重，因此必须树立树立“不能让采空区着火不能让采空区着火”的预防为主的理念；（突出、不能短兵相接） （2）确定三个时间节点：）确定三个时间节点： A 采用预防性防灭火措施; B 进行自燃火区封闭; C 人员撤退（范围）。 煤炭自燃过程煤炭自燃过程 24ppm自燃限无N健康限N24ppm自燃限无Y健康限Y24ppm自燃限无Y健康限Y（3） 在特殊情况下必须有更严格的安全技术管理在特殊情况下必须有更严格的安全技术管理 多种客观不利条件+各种主观努力不足（时空叠加重大事故。n客观：自燃、急倾斜煤层（煤柱隔离）水采（通风）等多种客观不利条件叠加，增大了自燃危险和爆炸隐患。n主观：水采合理通风，行之有效的

15、综合预防自然发火措施，实施效果严格检查；2）注意自燃防治薄弱环节）注意自燃防治薄弱环节（1）提高采空区自燃预警能力）提高采空区自燃预警能力n 人工每班检测+监控系统连续监测+（束管）定期取样检测n 确定本矿条件的自燃预警指标气体、浓度及其变及其变化趋势化趋势自燃预警限排除风量和环境因素对气体浓度的影响。n CO 0.0024ppm自燃预警限的误区。（2）强调自燃防治措施的预防性实施，）强调自燃防治措施的预防性实施， 重视与生产工作面采空区相连的已采区段采空区的密闭维护和持续监测预警； 232 容易自燃、自燃煤，须对采空区等采取预防性灌浆或全部充填、喷洒阻化剂、注阻化泥浆、注凝胶、注惰性气体、均

16、压等措施； 法规是否执行到位的考察。（3）对生产工作面采空区特别是自燃隐患严重的采空区必须强化综合预防自然发火措施，并加强对其实施效果的检查。（4）采煤工作面收作后必须立即封闭，并以安全可靠的原则，确定采空区密闭的位置、数量，提高密闭施工质量，改善封闭效果，加强已封闭采空区自燃状况的长期检查。2. 采空区自燃救灾安全保障采空区自燃救灾安全保障n采空区自燃处置中，避免爆炸是火灾救灾最大难题，而火灾又是矿井应急救援的最大难题。1）理念的转换）理念的转换（1）提升采空区自燃火区封闭安全性是可以实现的）提升采空区自燃火区封闭安全性是可以实现的n提前实施防灭火措施，正确选择封闭时间节点；n尽可能正确的判

17、断火区状况，尽可能掌握爆炸危险性趋向；n正确分析爆炸后是否有火源存在（增量值）；n在封闭前和封闭期惰化采空区；n合理确定密闭范围和顺序；n边检测、边通风（边惰化）、边密闭，加强救灾信息沟通。n（2）采空区自燃恶化已经使爆炸的小概率事）采空区自燃恶化已经使爆炸的小概率事件件大概率事件，增加危险性。大概率事件，增加危险性。n 采空区瓦斯积聚+自燃火源+漏风供氧，三要素可能不在一处，自燃温升采空区气体流动打破平衡。n 因此，采空区火区封闭特别是近期已发生多次爆燃的封闭前和封闭期间，一定要采取灭火惰化和降温等安全措施，救灾过程中，发现自燃状态恶化，必须立即撤人。n（3）火区救灾决策难点：关键信息了解不

18、全，决策时间紧迫、实施效果不确知性但必须决策实施。（事后诸葛亮）n 对决策的正确性不能仅以最后结果判别，而应以决策当时是否选择了相对最好的方案来定；n 由多方案选择相对最优的决策方案，同时提高应急预案的针对性和可操作性，根据本矿采空区自燃的特点，事先尽可能考虑应对方案，在突发事件发生后，再根据事故特点增加应对措施，从而减少应急决策的难度，缩短决策时间。n（4）采空区自燃处置时爆炸的小概率事件，容易使人产生侥幸心理，正因为火区状态变化的复杂性，爆炸危险性可能出现误判。n 宁可十次撤人但未发生爆炸，而绝不能有一次宁可十次撤人但未发生爆炸，而绝不能有一次发生爆炸而未能撤人发生爆炸而未能撤人。 （被动

19、的短兵相接应尽可能避免）n 立足于不顾客观可能的冒险来保护矿井的主观立足于不顾客观可能的冒险来保护矿井的主观动机很可能导致生命和矿井双输的客观后果。动机很可能导致生命和矿井双输的客观后果。2）注意救灾的薄弱环节）注意救灾的薄弱环节（1）救灾的原则，不能让活人冒太大危险救死人；但灾区经判断有人生存，应冒一定风险抢救，不救必死，冒一定风险救灾而发生事故是小概率事件，但应制定减少危险的安全措施；（2）救灾另一个原则：改变火灾、爆炸灾区风流状态（风量、风向）有可能引起瓦斯爆炸的次生灾害；（3）应合理布置或恢复监控系统传感器，并配合及时救灾现场监测，及时了解并上报、分析有害气体浓度、温度、风量、风向变化

20、趋势。n（4）判断火区状态是密闭火区安全基础，应注意救灾过程中系统监测和现场检测，并及时进行数据分析，不仅以气体浓度等信息，更重要的是以信息动态变化趋势来判断火区状态变化和爆炸等灾害危险性。n（5） 封闭采空区自燃严重的区域应建立井上救灾指挥部和井下救灾基地，强化救灾信息沟通和响应渠道的互通。n 煤炭企业主要管理和技术人员应学习煤矿救护规程和救灾知识，救护队领导应参加救灾决策。 （6）火区密闭前和密闭期间，应注意惰化火区，一定要采取惰化和降温等安全措施，降低火区爆炸的危险性。并注意火区注惰的活塞作用影响； 第二章第二章 煤矿内因火灾防治煤矿内因火灾防治一、矿井火灾的预测预警技术一、矿井火灾的预

21、测预警技术n（普遍存在的问题：为什么自燃常常未能及时预（普遍存在的问题：为什么自燃常常未能及时预警？，为什么我国巷道高冒区自燃往往不能预警？）警？，为什么我国巷道高冒区自燃往往不能预警？） 选择适当的标志气体是煤炭自燃早期预报的前提 选择适当的预警限是煤炭自燃早期预报的的保障l1. 标志气体应具有的特征：l（1）唯一性燃烧产生l（2）规律性（单调变化性）单调上升下降l（3）敏感性（早期显现性）煤炭发生自热早期出现l（4）可测性l（5）煤炭吸附率和风流中原始含量低CO、 H2、 C2H4(乙烯)、C3H6(丙烯)、C2H2(乙炔)、CH4 C2H6( 乙烷） C3H8（丙烷）等；各具有优缺点CO

22、：具备早期显现性、规律性等特征，便于及时预警，但不具备唯一性，燃烧环境均产生，须纠正其不足。C2H4(乙烯)、C3H6(丙烯)、C2H2(乙炔)：具备规律性、唯一性，不具备早期显现性，可用作分析自燃火灾的发展过程的辅助指标气体；CH4 C2H6( 乙烷） C3H8（丙烷）：不具备规律性、唯一性、早期显现性较差，但烷烃比具有规律性，可作为辅助标志气体。2. 矿井火灾标志性气体的选择*火区启封的规定：火区启封的规定：安全规程安全规程248248条条“方可认方可认为为”；执行说明执行说明“方可认定方可认定”COCO2 2 燃烧（火势增强），酸性水与酸性燃烧（火势增强），酸性水与酸性盐反应，缓慢氧化（

23、吸收反应），盐反应，缓慢氧化（吸收反应），煤岩自然涌出煤岩自然涌出 COCO2 2火势减弱，溶于酸性水（风速火势减弱，溶于酸性水（风速大、碱性大），为炭黑、焦炭大、碱性大），为炭黑、焦炭吸附吸附COCO燃烧（火势增强）、缓慢氧化燃烧（火势增强）、缓慢氧化COCO火势减弱，木材为真菌分解，火势减弱，木材为真菌分解，湿煤吸收，湿煤吸收，为炭黑、焦炭吸附为炭黑、焦炭吸附H H2 2燃烧，水煤气反应，湿木材为真菌燃烧，水煤气反应，湿木材为真菌式厌氧类细菌分解式厌氧类细菌分解C C2 2H H4 4C C3 3H H6 6燃烧，气样操作失误燃烧，气样操作失误O O2 2煤层原吸附氧气（使一些煤层本身煤层

24、原吸附氧气（使一些煤层本身含较多氧气）含较多氧气）O O2 2燃烧，缓慢氧化，煤或木材吸燃烧，缓慢氧化，煤或木材吸收或吸附收或吸附O O2 23.3.井下环境对所取气样成分的影响很大井下环境对所取气样成分的影响很大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4.4.单一单一COCO浓度值判断火区状态误差的校正浓度值判断火区状态误差的校正0 t1 t3 t2 t

25、(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5.5.救灾行为诱发瓦斯爆炸危险性救灾行为诱发瓦斯爆炸危险性火区封闭组分点运移方向火区封闭组分点运移方向火区启封组分点运移方向火区启封组分点运移方向火区注惰组分点运移方向火区注惰组分点运移方向6. 注氮期防治引发事故注氮期防治引发事故 注氮引起瓦斯爆炸注氮引起

26、瓦斯爆炸铜川陈家山煤矿事故铜川陈家山煤矿事故, 注氮发生瓦斯爆炸注氮发生瓦斯爆炸.火区封闭后火区封闭后,可燃气体层可能成层分布可燃气体层可能成层分布,呈层流呈层流状态状态.惰气注入的活塞作用惰气注入的活塞作用, 致使火区通风系统变化，致使火区通风系统变化，推动可燃气体层流入火源推动可燃气体层流入火源,引起爆炸引起爆炸.应促进惰气与火区大气的迅速混合应促进惰气与火区大气的迅速混合救护人员撤退救护人员撤退火区注惰对其大气状态的影响（爆炸）7. 7. 启封火区启封火区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

27、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=3.4m3/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 . 9

28、0.04237 . 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/min4CH4,v 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，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

29、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(p33)上山火灾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7. 矿井反风灾变通风 为防止灾害扩大和抢救人员的需要而采取的迅速倒转风流方向的措施矿井反风注意事项（欧美国家反对反风）矿井反风注意事项（欧美国家反对反风）遵守煤矿安全规程规定。反风演习应注意井下各区域的供风量变化、瓦斯浓度以及对火区和采空区气体的影响。 注意反风后影响区域人员的通讯联系和撤退。 平常对井下人员进行反风知识的教育。 反风-撤人-侦察-直接灭火的正确顺序8.

30、外因火灾事故案例分析外因火灾事故案例分析 外因火灾救灾特点：外因火灾救灾特点：1.火势发展迅猛，时间紧迫性2.黄金救援期短（几十分钟），对预防的要求严3.反风的可能性：反风的意义（进风区）和复杂性的制约（进风区人员、对采空区和老火区的影响），与直接灭火、反风培训教育及与紧急避险系统的配合；4.次生灾害：爆炸和中毒1）.xx省省xx防备煤矿有限公司防备煤矿有限公司“7.6”火灾火灾n2011年7月6日18时45分许，防备煤矿有限公司井下255米水平运输下山底部车场一台空气压缩机着火，空气压缩机着火，引燃铁棚背板和煤炭，井下91名人员正在作业，其中63人安全升井，事故区域28名矿工被困遇难 ，7月10日，3名枣庄煤矿救护队员因体力不支殉职 ；n该矿为区属煤矿，低瓦斯矿井，设计年生产能力6万吨，去年6月完成技术改造，将年产能扩至15万吨，去年10月通过竣工验收，证照齐全。 2) xxxx集团集团aijiagou煤矿煤矿 “2.28”火灾事故火灾事故n2013年2月28日20时左右，因井下750水平进风石门处空压机着火空压机着火引燃木棚发生火灾，事故发生时，井下共有13人在抢修作业，