矿井防灭火技术

1、矿井防灭技术1主要内容矿井火灾基础知识外因（源）火灾的预防煤炭自燃火灾预防煤炭自燃的开采和通风技术措施灌浆防火与凝胶防火阻化剂防火与氮气防灭火矿山灭火技术2第一部分 矿井火灾基础知识矿井火灾的概念矿井火灾的分类及其特点矿井火灾的危害3矿井/煤田火灾：发生在矿井地面/井下或煤田范围内，威胁安全生产、造成一定资源和经济损失或者人员伤亡的燃烧事故。包括：矿井工业广场内的厂房、仓库储煤场井口房、风机房井筒、井巷采掘工作面及采空区等处的火灾。1.1 矿井火灾概念41.2 矿井火灾的类型及其特点.按引火原因分类 1)内因(自燃)火灾 有些可燃物在一定条件下，自身发生化学或化学物理变化，积聚热量达到燃烧，由

2、此热源形成的火灾。特点：有预兆、地点隐蔽、持续时间长、难以扑灭。 2)外因火灾 由外部高温热源引燃可燃物而造成的火灾。特点：无预兆、发生突然、发展速度快、地点广泛。5发展迅猛：比内因火灾更迅速的预警、救灾持续时间长：较纯爆炸、突出等更危险长期、大范围风流紊乱：控风技术应用有效、但难度大技术推广的难点：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6 2.按火灾发生地点分类 1)地面火灾 指发生在矿井工业场地内的厂房、仓库、储煤场、矸石山和坑木场等处的火灾。特点：征兆明显、易于发现、空气供给充分、 燃烧完全、烟雾易于扩散、有毒气体 产生量较少、易于扑灭等。 2)井下火灾

3、 指发生在井下或地面但能波及到井下的火灾。特点：空间、供氧条件有限、地点隐蔽、初 期征兆不明显、不易发现、难于扑灭。7井下火灾又可分为上行风流火灾、下行风流火灾和进风流火灾。火风压发生火灾时，高温烟气流经有高差的井巷所产生的附加风压。主干风路火灾发生后，从进风井流向火源，经过火源流向回风井的一条风路。旁侧支路除主干风路之外的其他风路。上行风流火灾特点火风压方向与矿井主通风机风压方向一致。主干风路风流保持原方向。与主干风路相并联的一些旁侧支路的风流方向不稳定，甚至发生风流逆转。8下行风流火灾特点火风压方向与主通风机风压作用方向相反。主干风路风流不稳定，火风压达到一定值时，将发生逆转。通风系统风流

4、再分配及状态变化较上行风流火灾复杂得多，需采用特殊的灭火救火措施。进风流火灾特点发生在进风井、进风大巷或采区进风巷道内的火灾称为进风流火灾。发生于新鲜风流中，供O2充足，发展快，早期不易发现。高温烟流和有毒有害气体采掘面人员死亡。措施：反风（全矿井、区域性或局部性）9 3.按火灾发生的具体位置分类井筒火灾、巷道火灾、硐室火灾、煤柱火灾、采/掘工作面火灾和采空区火灾等。 4.按引火性质分类原生火灾和次生火灾（衍生/再生火灾）。 5.按燃烧物质的不同分类机电设备（胶带、电缆、变压器、风筒等）火灾、炸药燃烧火灾、油料火灾、坑木火灾、煤炭自燃火灾和瓦斯燃烧火灾等。10我国煤矿火灾十分严重，其中90%以

5、上属于煤炭自燃火灾。据统计，全国国有煤矿中大约50%的矿井存在自然发火危险，仅1996年国有矿井自然发火就达548次，封闭火区255处；目前新疆还有37处煤田火区，且仍以3000多万t/a的燃烧速度蔓延。矿井火灾作为煤矿五大自然灾害之一，常常会造成重大人员伤亡、物资器材损毁、煤炭资源被烧毁或被冻结，甚至引起瓦斯、煤尘爆炸，带来更严重的灾难性后果。1.3 矿井火灾的危害11 1.产生大量有毒有害气体CO、CO2和SO2等随风流扩散，殃及相当大范围甚至全矿井人员伤亡。95%以上的遇难人员均为中毒而亡。 2.产生高温火源及附近温度常在1000以上。 3.引起瓦斯煤尘爆炸在有瓦斯和煤尘爆炸危险矿井中，

6、扩大了灾害影响范围。瓦斯煤尘爆炸火灾。 4.重大经济损失和人员伤亡每年由于煤层自燃造成的直接和间接经济损失超过50亿元。 1961.3.16抚顺胜利矿的一次火灾死亡110人。12CO和SO2对人体的危害气体危害性中毒症状SO2有强烈毒性，与眼、呼吸道的湿表面接触后能形成硫酸，对眼、呼吸道有严重的腐蚀作用，可引起肺水肿。浓度为20ppm时引起眼红肿、咳嗽、喉痛；浓度为500ppm时引起急性支气管炎、肺水肿，并在短时间内死亡。CO毒性极强，阻碍O2与血红蛋白的结合，使人体缺氧窒息而死亡。轻微中毒：耳鸣、头痛、心跳；严重中毒：四肢无力、呕吐、 丧失行动能力；致命中毒：丧失知觉、痉挛、 呼吸停顿、死亡

7、13 5.风流紊乱，使灾性扩大，加剧危害逆转巷道全断面风流反向 逆退新风顺风向从巷底流入，热烟流沿巷顶流出滚退新风顺风向从巷底流入的同时，热烟流沿巷顶逆向回退并流向火源14物质燃烧的充要条件富燃料燃烧和富氧燃烧外因火灾的预防外因火灾预防的规定预防外因火灾的技术措施第二部分 矿井外因火灾及其预防15.必要条件-可燃物、助燃物、高温能量（火源）。.充分条件-三个必要条件同时存在，互相作用，且Q生Q散2.1 物质燃烧的充要条件燃烧三角形氧气可燃物热源氧气链式反应可燃物热源燃烧四面体163.煤矿井下常见的可燃物固体可燃物：坑木、荆条，皮带、胶质风筒，电缆，棉纱、布头、纸，煤及煤尘。液体可燃物：变压器油

8、、液压油和润滑油。气体可燃物：瓦斯、氢气、H2S等。4.引起外因火灾的热源明火：高温焊碴、吸烟、电炉等。电能热源：电弧、电火花等。爆破热源：放明炮、糊炮等。机械摩擦火：机械设备运转不良。瓦斯、煤尘爆炸。171.富氧燃烧与富燃料燃烧2.2 富氧燃烧和富燃料燃烧18 *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)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、减风*条件许可

9、时注惰气191.我国的消防方针-预防为主，防消结合2.防火对策-“3”对策(1)技术(Engineering)对策灾前对策-防止起火、防止火灾扩大灾后对策-报警、控制、灭火、避难(2)教育（Education）对策 知识、技术、态度(3)管理/法制（ Enforcement）对策制定各种规程、规范和标准，且强制性执行。 前两者是防火的基础，后者是防火的保证。2.3 外因火灾的预防对策202.4 外因火灾预防的规定1.地面火灾的预防规定生产和在建矿井必须制定井上、下防火措施。木料场、矸石山、炉灰场距离进风井不得小于80m。新建矿井的永久井架、井口房和以井口为中心的联合建筑，必须用不燃性材料建筑。

10、进风井口应装设防火铁门，若不设则必须有防止烟火进入矿井的安全措施。井口房和通风机房附近20m内，不得有烟火或用火炉取暖。暖风道和压入式通风的风硐必须用不燃性材料砌筑，并应至少装设两道防火门。矿井必须设地面消防水池，并经常保持不少于200m3的水量。212.井下外因火灾预防的规定1)井下必须设消防管路系统，管路系统应每隔100m设置支管和阀门，但在带式输送机巷道中应每隔50m设置支管和阀门。2)井筒、平硐与各水平的连接处及井底车场，主要绞车道与主要运输巷、回风巷的连接处，井下机电设备硐室，主要巷道内道带式输送机机头前后两端各20m范围内，都必须用不燃性材料支护。3)井下严禁使用灯泡取暖和使用电炉

11、。4)井下和井口房内不得从事电焊、气焊和喷灯焊接工作。5)井下严禁存放汽油、煤油和变压器油。226)井上、下必须设置消防材料库，并应装备消防车7)井下爆炸材料库、机电设备硐室、检修硐室、材料库、井底车场、使用带式输送机或液力偶合器的巷道以及采掘工作面附近的巷道中，应备有灭火器材，其数量、规格和存放地点，应在灾害预防和处理计划中确定。8)采用滚筒驱动带式输送机运输时，必须使用阻燃输送带，其托辊的非金属材料零部件和包胶筒的胶料，其阻燃性和抗静电性必须符合有关规定。9)采用矿用防爆型油动力装置时，排气口的排气温度不得超过70，其表面温度不得超过150。2310)井下电缆必须选用经检验合格的并取得煤矿

12、矿用产品安全标志的阻燃电缆。11)井下爆破不得使用过期或严重变质的爆破材料；严禁用粉煤、块状材料或其他可燃性材料作炮眼封泥；无封泥、封泥不足或不实的炮眼严禁爆破，严禁裸露爆破。12)箕斗提升井或装有带式输送机的井筒兼作进风井时，井筒中必须装设自动警灭装置和敷设消防管路。24预防火灾发生有两个方面：一是防止火源产生；二是防止已发生的火灾事故扩大，以尽量减少火灾损失。1.防止火源产生(1)防止失控的高温热源产生和存在。按煤矿安全规程及其执行说明要求严格对高温热源、明火和潜在的火源进行管理。(2)尽量不用或少用可燃材料，不得不用时应与潜在热源保持一定的安全距离。 (3)防止产生机电火灾。(4)防止摩

13、擦引燃防止胶带摩擦起火。胶带输送机应具有可靠的防打滑、防跑偏、超负荷保护和轴承温升控制等综合保护系统；防止摩擦引燃瓦斯。(5)防止高温热源和火花与可燃物相互作用。2.5 预防外因火灾的技术措施252.防止火灾蔓延的措施限制已发生火灾的扩大和蔓延，是整个防火措施的重要组成部分。火灾发生后利用已有的防火安全设施，把火灾局限在最小的范围内，然后采取灭火措施将其熄灭，对于减少火灾的危害和损失是极为重要的。其措施有：在适当的位置建造防火门，防止火灾事故扩大。每个矿井地面和井下都必须设立消防材料库。每一矿井必须在地面设置消防水池，在井下设置 消防管路系统。主要通风机必须具有反风系统或设备、反风设施， 并保

14、持其状态良好。26煤炭自燃机理煤炭自然发火及自然发火期煤炭自燃条件影响煤炭自然发火的因素煤自燃过程及特点第三部分 煤炭自燃火灾271.煤炭自燃机理主要的有黄铁矿作用学说、细菌作用学说、酚基作用学说以及煤氧化合学说等。2.自燃发火与自然发火期自燃发火：有自燃倾向性的煤层被开采破碎后在常温下与空气接触发生氧化，产生热量使其温度升高，出现发火和冒烟的现象。自然发火期：从煤层被开采破碎接触空气之日起，至出现自燃现象或温度上升至燃点为止所经历时间。（以月或天计）3.1 煤炭自燃理论基础283.煤炭自燃条件具有自燃倾向的煤被开采后呈破碎堆积状态，其厚度大于0.4m。有适量的通风供氧。有较好的蓄热条件。上述

15、三条件共存的时间大于煤的自然发火期。第(1)是内因，取决于煤本身的物理化学性质；其他为外因，取决于地质开采因素。294.煤炭自燃过程及特点(1)潜伏（自燃准备）期：以物理吸附，煤温开始升高，无宏观现象。(2)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(3)自燃阶段煤温达到其自燃点后若能得到充分的供氧（风）则发生燃烧，出现明火(4)熄灭：降到燃点以下， 自动熄灭。305.影响煤炭自然发火的因素(1)煤的自燃性能煤的分子结构。煤化程度。煤的自燃倾向性随煤化程度增高而降低。煤岩成分。镜煤亮煤暗煤丝炭。煤中的瓦斯含量。它类似用惰性气体稀释空气对氧化发生的影响。水分。既有加速氧化的一面，

16、也有阻滞氧化的因素。煤中硫和其它矿物质，煤中含有的硫和其它催化剂，则会加速煤的氧化过程。 31(2)开采技术矿井的开拓方式、采区巷道布置、回采方法和回采工艺、通风系统和技术管理等开采技术和管理水平，对自然发火起决定性影响。矿井开拓方式和采区巷道布置。回采方法和回采工艺，但其决定的因素是回采率和工作面推进速度。32(3)采空区三带分布采空区三带划分 对于后“U”通风系统(一源一汇)的采空区，按漏风风速、采空区氧气浓度、采空区遗煤温升速度和遗煤发生自燃的可能性采空区可分为三带 散热带：L1=520m,由于自由堆积，空隙漏风大，Q生Q散。 窒息（不自燃）带：漏风小，氧气浓度低。L1L2W33划分三带

17、的指标有三种： A.采空区漏风风速V（V0.9m/s为散热带；0.9V0.02m/s为自燃带； V 0.02m/s为窒息带。）； B.采空区氧浓度（C）分布（认为C8%为窒息带，C8%为自燃带）； C.采空区遗煤温升速度（dt1/d为自燃带）。 由于缺少深入的理论研究和试验结果，此指标目前尚难以应用。采空区遗煤自燃的条件及其影响因素 设自燃带的最大宽度为L1+L2，工作面的推进速度为V，自然发火期为S，在自燃带内煤暴露于空气的最长时间为(月)，则 (L1+L2) / V 当 S时，可能发生自燃。 34(4)漏风 在煤炭氧化过程的热平衡关系中，漏风起两方面的作用：一是向煤提供氧化所必须的氧气，促

18、进氧化发展；二是带走氧化生成的热量，降低煤温，抑制氧化过程发展。 苏联学者研究表明，采空区及煤柱的漏风强度在0.1-0.24 m3/(min.m2) 时容易自然发火。有的作者认为不会导致自燃的极限风速低于0.020.05 m3/(min.m2)；封闭采空区密闭墙漏风压差在300Pa、漏风强度在0.021.2m3/(min.m2) 时容易自然发火。因此，有一定局限性。但对我们研究自燃问题是有参考价值的。把风速控制在易燃风速区之外，是从通风的角度预防自然发火的原则。35(5)地质因素倾角。越大越严重。煤层厚度。越大越严重。地质构造。在有地质构造的地区，自燃危险性加剧。开采深度。366.煤层自燃倾向

19、性鉴定(1)鉴定目的划分煤层自然发火等级，区分煤的自燃危险程度，便于分级管理，采取相应的防火措施。(2)煤层自燃倾向性的鉴定方法1992年版的煤矿安全规程执行说明规定采用吸氧量法（30常压下吸氧量）。等级自燃倾向等级褐煤、烟煤高硫煤、无烟煤硫含量容易自燃0.81.02.0%自燃0.410.790.81.02.0%不易自燃0.410.8上限主通风机成为阻力反风(全矿反风；区域性反风；局部反风)风流短路进风系统 797.2 直接灭火技术矿山灭火原理冷却，把燃烧物质的温度降低到燃点以下。隔离和窒熄，使燃烧反应体系与环境隔离，抑制参加反应的物质。稀释，降低参加反应物(液、气体）的浓度。中断链反应。1.

20、直接灭火采用灭火剂或挖出火源等方法把火直接扑灭，称为直接灭火法。801)常用灭火剂及其使用方法可用于扑灭火源的物质，称为灭火剂。常用的灭火剂有：水、泡沫、干粉、二氧化碳、四氯化碳、卤代烷、惰气、砂子和岩粉等。(1)水水是不燃液体，是消防上常用的灭火剂之一。使用方法有水射流和水幕两种形式。81(2)泡沫泡沫是一种体积小，表面被液体围成的气泡群。泡沫的比重小，且流动性好，可实现远距离立体灭火，具有持久性和抗燃烧性，导热性能低，粘着力大。泡沫覆盖在火源周围，形成严密的复盖层，并能保持一定时间，使燃烧区与空气隔绝，具有窒息作用；复盖层具有防辐射和热量向外传导作用；泡沫中的水份蒸发可以吸热降温，起到冷却

21、作用。泡沫灭火剂可分为化学灭火剂和空气泡沫灭火剂两类。82(3)干粉干粉灭火剂是目前公认的灭火效力较高的一种新型的化学灭火剂，应用范围比较广泛。干粉灭火的原理干粉靠加压气体的压力从喷咀内喷出，形成一股雾状气流，射向燃烧物，接触火焰和高温后，受热分解，吸热并放出不燃气体（NH3和H2O(g)，可以稀释火区范围内的氧浓度；干粉及其热解产物可抑止碳氢自由基生成，破坏燃烧链反应；细的粉沫在高温作用下溶化、胶结，形成复盖层具有良好的“热帐”作用。83(4)卤代烃灭火剂常用的卤代烃灭火剂是用氟、氯、溴取代甲烷和乙烷中的氢而成，因此也叫卤代烷灭火剂。灭火原理在氮气的压力作用下，灭火剂立即成雾状喷出，形成比重

22、大、扩散慢的气体，能在较长时间内滞留在火区内。其作用是降低火区氧浓度之外，中断链反应，阻止燃烧，并兼有一定窒息和冷却作用。(5)砂子和岩粉砂子和岩粉在煤矿广泛应用于扑灭电气火灾。842)消除可燃物直接灭火除了向火源喷射灭火剂以外，在有些条件下还可以清除可燃物，消除燃烧的物质基础。煤矿常用的是挖除火源。3)用凝胶处理高温点和自燃火源凝胶是近年来应用于煤矿井下防灭火较为广泛的材料，由基料（硅酸盐（水玻璃）+促凝剂（碳酸氢氨等盐类）+水（90%左右）组成。灭火原理凝胶基料和促凝剂都具有阻化作用，加之含有大量水份，在一定的压力下，注入到高温点周围的煤体中。在成胶前凝胶易于流动，能够渗透到煤体碎裂的内部。既可起到阻止氧化作用，又可封堵漏风（裂隙）通道，防止漏风渗入；其内固聚的大量水份，遇高温受热蒸发，还可以起到吸热降温作用。854)灌浆灭火灌浆灭火是煤矿井下常用的一种灭火方法。灌浆灭火的方法因火源位置而异。常用的方法(三种)井下巷道（钻窝）打钻灌浆在火区密闭墙上插管