矿井火灾防治课件

2013年8月第x章火灾防治2知识点3煤炭自然

自燃火灾的预防45外因火灾防治技术途径矿井火灾处理6矿井火灾致因2矿井火灾概述17矿井火灾的防治对策第一节概述矿井火灾——凡发生在井下的火灾及发生在井口附近但危害到井下安全的火灾。一、发生火灾的基本要素引起火灾的基本要素归纳起来有以下三点：①热源——具有一定温度和足够热量的热源才能引起火灾。在矿井中煤的自燃、爆破作业、机械摩檫、电流短路、吸烟、烧焊等，都有可能成为引火的热源。②可燃物——可燃物的存在是火灾发生的物质基础。在矿井中，煤本身就是一个大量且普遍存在的可燃物。另外，坑木、各类机电设备、各种油料、炸药等都具有可燃性。③氧气——燃烧是剧烈的氧化反应。任有可燃物尽管有热源点燃，但缺乏足够氧气时，燃烧是不能持续的，所以氧气供给是维持燃烧不可缺少的条件。以上火灾发生的三要素必须是同时存在才会发生，相互结合、缺一不可。一、发生火灾的基本要素火灾发生的三要素必须是同时存在才会发生，相互结合、缺一不可。点击图形连接6二、矿井火灾的分类1、根据引起矿并火灾的火源不同，通常可将矿井火灾分成两大类：①外因火灾：外部火源引起的矿井火灾；②内因火灾：由于煤炭自身的物理化学性质的内在因素引起的火灾。8二、矿井火灾的分类①外因火灾—又称外源火灾，是指由于外来热源，如明火、放糊炮、电焊、气焊、在井下吸烟、人为纵火等原因造成的火灾。井下电气设备因使用不当或维修不及时而短路所产生的电弧火花也可引起矿井火灾；矿井瓦斯、煤尘的燃烧或爆炸亦可以引燃井下可燃物而形成矿井火灾。还有违章爆破，如用明火或用动力线爆破、火药变质、放糊炮等都可能引起矿井火灾。10外因火灾的特点是：外因火灾一般容易发生在：井口附近井下机电硐室采掘工作面有电缆的木支架巷道处突然发生，如果不能及时发现，常可能酿成恶性事故。二、矿井火灾的分类②内因火灾——又称自然火灾，是指由于一些自燃物质(主要是煤)在一定条件或环境下(如破碎后集中堆积，又有一定的风流供给)自身发生物理化学变化、积聚热量从而导致着火而形成的火灾。矿井内因火灾，大多发生在：采空区遗留的煤柱破裂的煤壁煤巷高冒处浮煤堆积的地点。12矿井内因火灾的特点：煤炭自燃发火有一个或长或短的发展过程，易于早期发现；但是，内因火源隐蔽，往往发生在人们难以进入的采空区或煤柱内，要想真正找到火源确非易事；因此，常常不能及时灭火，致使有的自然发火区可以持续数月、数年乃至数十年而不灭。2、根据发火地点不同，矿井火灾又可分为：井筒火灾巷道火灾采面火灾煤柱火灾采空区火灾硐室火灾二、矿井火灾的分类3、由于燃烧物质的不同，矿井火灾又可分为：机电设备火灾火药燃烧火灾油料燃烧火灾坑木燃烧火灾瓦斯燃烧火灾煤炭燃烧火灾二、矿井火灾的分类4、根据发火性质不同，矿井火灾还可分为：原生火灾——在原生火灾发展过程中，含有可燃物的高温烟流由于缺氧而未能完全燃烧，在排烟的道路上一旦与风流汇合，很可能再次燃烧。次生或再生火灾——次生火灾，是指由原生火灾而引起的火灾。二、矿井火灾的分类三、火风压1、火风压的概念井下发生火灾时，由于高温烟流流经有标高差的井巷所产生的附加风压。矿井中发生火灾时，烟流主要沿着原来的风流方向移动，火灾波及的范围内空气温度升高，形成与自然风压相同的火风压。火风压可以使巷道内的风流逆转，使有毒有害气体波及到临近巷道，造成人员伤亡，还可以使通风系统混乱，造成瓦斯爆炸。

三、火风压控制火风压，尽可能使之减小。采用灭火，修筑临时防火密闭墙，加大供风量，利用火源近的巷道将烟直接引入总风道排至地面。如图1所示。图1三、火风压2、火风压的特性（l）火风压产生于烟流流过的有高差的倾斜或垂直巷道中；（2）火风压的作用相当于在高温烟流流过的风路上安设了一系列辅助通风机；（3）火风压的作用方向总是向上。3、风流的紊乱形式（1）旁侧支路风流逆转。如图2所示。（2）主干风路烟流逆退。如图3所示。图2旁侧支路风流逆转

图3主干风路烟流逆退图4火烟滚退示意图

顶板底板三、火风压（3）火烟滚退。如图4所示。四、矿井火灾的危害矿井火灾是煤矿五大自然灾害之一。井下发生火灾，不仅会造成煤炭资源损失、工程和设备粤坏、导致生产中断，而且更为严重的是会直接威胁到矿工生命安全。据统计，全国煤矿矿井火灾事故以死亡人数统计计算，火灾只占1.52%，排在各类灾害的最后；但在一次死亡3人以上的各类事故中，以死亡人数计算，火灾事故却占到3.72%，仅次于瓦斯事故、顶板事故和水害事故，位居第四。1961年3月16日，抚顺矿务局胜利矿一次矿井火灾事故就有110人遇难。矿井火灾的危害具体表现在以下几个方面：①井下发生火灾后，产生大量的有害气体高温火烟中，一氧化碳、二氧化碳等有毒气体会造成人员窒息、中毒，严重威胁着人的生命安全。②引起瓦斯、煤尘爆炸在有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井，火灾不仅会直接导致瓦斯、煤尘爆炸，就是在处理火灾事故中也极易诱发瓦斯、煤尘爆炸事故，从而扩大灾情。③产生火风压火风压，是指火灾产生的高温烟流流经有高差的井巷所产生的附加风压。火风压常会造成风流紊乱，使某些井巷的风流方向发生逆转现象，导致受灾范围扩大，容易使灭火人员陷人火区。④产生再生火源炽热含挥发性气体的烟流与相接巷道新鲜风流交汇后燃烧，使火源下风侧可能出现若干再生火源，使煤炭资源大量被烧毁或冻结，损坏机械设备。⑤造成经济损失包括在火灾过程中烧毁的物质、资源、设备，在救灾过程中所消耗的器材、物质、人员工资以及因火灾停产、减产带来的直接经济损失，还有因封闭火区不能启封煤量所造成的经济损失，以及遇难人员的丧葬费、家属抚恤金、伤残人员医疗费等经济损失。2324五、矿井火灾统计分析1、全国煤矿矿井火灾事故合计死亡人数为：434人占总死亡人数的：1.7％2、全国煤矿一次死亡3人以上矿井火灾事故发生次数按企业性质统计所占比例为：国有重点：6.45%国有地方：29.03%乡镇煤矿：64.52%3、全国煤矿一次死亡10人以上矿井火灾事故发生次数按企业性质统计所占比例为：国有重点：6.45%；国有地方：29.03%乡镇煤矿：64.52%第二节矿井火灾致因一、案例分析二、火灾事故原因综合分析一、案例分析【案例1】某矿井设计能力为120万t/a，服务年限90年，井田面积为40.27km2，可采储量1.18亿t。煤种为长焰煤和气煤，适于发电和动力用煤。煤层发火期为3～6月，煤尘爆炸指数为39.6%～43%，有煤尘爆炸危险。属高瓦斯矿井，有瓦斯爆炸危险。矿井采用竖井集中大巷开拓。全矿有2个生产采区、5个采煤工作面、9个掘进队。开拓区为了加快南一采区北侧401工作面掘进03队施工的回风巷和掘进五队施工的运输巷的速度，决定由开拓区机电队在运输巷安装一条420m长的带式输送机，代替矿车运输。一、案例分析事故当天(8月23日)白班，输送机安装完毕试运转时拉紧装置的5kW绞车电动机烧毁；带式输送机启动后，胶带松弛打滑不能运转。下午4点班，机电队队长派一名电工、两名钳工拿着5吨链式起重机前去处理。在调试过程中，发现胶带过长，割断4m，然后用5吨起重机代替拉紧装置。再试运时发现胶带还长，因没有胶带卡子遂交给下班处理，电、钳工先后在晚6时30分左右升井。一、案例分析晚7时左右，掘进03队施工的回风巷放完炮准备出货，发出信号要求开动带式输送机，带式输送机司机听到信号后开动带式输送机，不顾运转是否正常而于7时10分擅自脱离生产岗位提前升井。在运转过程中，由于胶带长、松弛，5t起重机实际拉力不够，带式输送机机头主动轮旋转而胶带松弛打滑，致使胶带摩擦着火。由于机头附近无人而造成火灾，很快将胶带和巷道支护及周围煤炭燃着，火焰炽烈如炉膛，巳无法进入救人。大量浓烟、有害气体和高温致使在距火点500m处施工的15名工人遇难(见图5)。图5一、案例分析事故原因分析①干部违章指挥——强令指派未经过培训、从未操作过胶带机的工人担任带式输送机司机，也是造成这起事故的重要原因。②开拓区的主要领导安全思想淡薄——施工和机电管理混乱，执行规章制度不严，在胶带移设、安装、调试、使用过程中缺乏严密组织和具体要求，是这次事故的主要原因。③矿领导对职工安全教育不够——培训抓得不力，自救器管理使用得不好，安全生产责任制不严，通讯设施不全，是这起事故扩大的原因之一。④带式输送机司机严重违犯劳动纪律、违反操作规程违章作业——他在将不具备运转条件的带式输送机启动后擅离职守早升井。因此，当胶带摩擦起烟后不能立即关闭电源停机排除故障，起火后又不能及时发现和扑救；着大火后也不能立即报警，结果耽误了救灾时机以致酿成大祸。一、案例分析【案例2】某矿设计能力为10万t/a，开采侏罗纪香溪煤系底部一煤层。火灾区域的煤层倾向东南，倾角75°～80°，煤厚2～4m，煤种牌号属气煤三号，原煤挥发分42%左右，全硫5%～6%，发热量2900～29260J/g。煤层干燥易自燃，发火期1.5～3个月，按低瓦斯矿井管理。矿井开拓采用一立、一斜开拓方式。立井是恢复清朝年代的老井，-176m以上的煤层已局部采空并遭到不同程度破坏斜井是接管的县办小煤窑。一、案例分析矿井在此基础上开始新建，设计运输水平为-250m，回风水平为-180m。立井附近的东西两翼开掘了一条与立井、斜井联通的水平平巷，净断面4m2，采用木支护。建井期间采用自然通风方式，斜井井口按设计安装一台95kW(55kW备用)抽出式主要通风机，未投入使用。矿井原定于5月1日投产，为了布置投产工作面，4月初在对东段老火区未进行取样化验、不能证明火已经熄灭情况下，就布置在东段沿煤层开凿-90m通至-75m的通风立眼，立眼周围曾3次发生冒落，煤温很高，但均未引起重视。一、案例分析当井口安全员向井口领导反映立眼温度高、有煤油味时，矿领导没有采取措施。4月26日38时，井下值班人员又一次反映温度高、立眼冒烟、有煤油味。井口和矿上管安全的领导决定启动主要通风机降温。主要通风机于21时10分运转。主要通风机启动后，上述领导离开了井口。此后工人又向施工领导反映立眼冒烟，队领导找了矿技术员和安全员。23时左右，矿技术员、安全员和施工队的领导到现场观察，冒烟点位于通风立眼中部、离-90m平巷7～8m高的老巷位置。一、案例分析此时烟还不大，看不见明火，随即安排停风，在-75m平巷口和冒烟点下部各打一道黄泥密闭(因事故发生，密闭没有动工)。因风机房无值班人员，往返找电工花了1个多小时，27日1时15分主要通风机才停转，此时立眼已发现有明火。2时左右，立眼烧垮，积聚在老火区的大量有害气体、烟灰、煤焦油顿时弥漫整个-90m巷道，烟雾波及到进风流中，并蔓延到-180m～-250m的所有巷道。井下当班64人中除17人跑出、12人经抢救脱险外，其余35人全部中毒死亡(见图6)。图6一、案例分析事故原因分析①违章在火区布置工作面——开凿穿通火区巷道的通风立眼，实际上是一项启封火区的工作。矿上事先没有取样化验，没有制定安全技术措施，不讲科学冒险蛮干。工人虽多次直接向领导反映温度高、不能干活等意见，但为了布置投产工作面，矿领导没有采取防范措施而要工人继续作业，使事故隐患逐渐扩大。一、案例分析②盲目启动主要通风机，助长火势——在立井出现煤油味、进而冒烟的情况下，为了降温错误地启动了主要通风机，使矿井风量骤增而助长火势。主要通风机启动后，领导又擅离井口，没有采取检察火区、撤出人员等措施，使灾情迅速扩展。③盲目停风，造成重大伤亡——在主要通风机已经启动情况下，既没有研究停风后可能出现的复杂情况又不采取撤人等安全措施便盲目停风机，使井下风量骤减、风流紊乱而造成重大伤亡。二、火灾事故原因综合分析导致矿井火灾事故的原因，既有生产技术问题也有安全管理问题，归纳起来主要有以下几个方面：①技术政策不落实，乱采乱掘②机电设备管理工作不力③消防火措施不到位④职工安全意识淡薄⑤职工技术业务素质低二、火灾事故原因综合分析1、技术政策不落实，乱采乱掘有的事故是回采过程中丢煤太多或留设塥柱尺寸过小，被压酥压裂、侵入空气，致使煤炭自燃；有的是上层煤或上阶段的煤采过后形成火区，由于没采取有效的措施扑灭，在下部开采时便酿成火灾。有的是由于开拓方式、巷道布置和采煤方法不利于采空区隔绝，不能保证煤壁与煤柱的完整性，回采率低、回采速度慢，不能在发火期前封闭，以致引起煤炭自燃而造成火灾。2、机电设备管理工作不力有的是井下电气设备使用不当或维修不及时，电气设备失爆或电缆和电线短路、漏电，产生电弧火花着火；有的接头用“羊尾巴”、“鸡爪子”方法联结，发热后造成火灾；有的是机械设备运转不正常，如液压联轴节易熔塞而使用代用品，喷出超过燃点的机油引起火灾；有的是带式输送机煤灰压住胶带使胶带跑偏被卡住，机头滚筒与胶带摩擦起火；有的是刮板输送机电机对轮处浮煤过多、通风不良、散热不好，对轮与浮煤摩擦起火；有的是使用明火照明，矿用器材不防爆，矿用电缆达不到规定的不燃性牮术标准等等。3、消防火措施不到位有的矿井先天不足，该建消防火灌浆系统而没有建；有的虽然建了但由于短水少土而闲置不用；有的是对密闭内火区情况不清、盲目启封，而造成火灾；有的采空区、废巷密闭不严或不及时，密闭质量低劣，打得不严不牢，大量漏风又不进行充填灌浆，致使密闭内煤炭自燃，形成高温高压火区，直到密闭损坏垮塌而造成火灾。4、职工安全意识淡薄有的输送机司机上班睡觉；有的私自脱岗提前升井，输送机卡住时不能及时处理，导致摩擦起火；有的职工在井下吸烟和乱扔烟头；有的在井下用灯炮取暖；有的用明火或动力线爆破、进行裸露爆破，在井下擅自动用电焊等。5、职工技术业务素质低有些工人特别是新工人、临时工、农协工缺乏煤矿安全生产基本知识和处理事故能力。有的工人应变能力差，撤离时走回风巷。有的矿井不编制灾害预防和处理计划，或虽有编制却没有组织救灾演习，职工对避灾线路不清。第三节煤炭自燃我国存在有煤炭自燃的矿井占矿井总数的56%；具有自然发火危险的煤层占累计可采煤层数的60%；煤炭自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的85～90%。采空区遗留残煤多、冒落高度大、漏风严重，使得自然火灾发生频繁，常常价值几千万元的综采装备被封闭在火区中，此外还使大量的煤炭被火区冻结，造成巨大的经济损失。煤炭自燃已成为制约高产高效矿井安全生产的主要因素之一。一、煤炭自燃发火

在《矿井防灭火规范》中规定出现下列现象之一，即为自燃发火。

煤因自燃出现明火、火炭或烟雾等现象；由于煤炭自热而使煤体、围岩或空气温度升高至70℃

以上；由于煤炭自热而分解出CO、C2H4或其它指标气体，在空气中的浓度超过预报指标，并呈逐渐上升趋势。43二、煤炭自然发火机理早在1862年，德国人戈朗布曼（Grumbman）发表了第一篇关于煤炭自燃起因的文章。一百多年来，人们提出了若干学说来解释煤的自燃，如黄铁矿作用、细菌作用、酚基作用，煤氧复合作用等学说。黄铁矿作用学说认为煤的自燃是由于煤层中的黄铁矿(FeS2)与空气中的水份和氧相互作用、发生热反应而引起的。二、煤炭自然发火机理细菌作用学说认为，在细菌作用下，煤在发酵过程中放出一定热量对煤自热起了决定性作用。酚基作用学说认为，煤的自热是由于煤体内不饱和的酚基化合物强烈地吸附空气中的氧，同时放出一定量的热量而造成的。煤氧复合作用学说认为，原始煤体自暴露于空气中后，与氧气结合，发生氧化并产生热量，当具备适宜的储热条件，就开始升温，最终导致煤的自燃。三、煤的自燃发火期煤炭自燃发火是一渐变过程，要经过潜伏期、自热期和燃烧期三个阶段，因此，具有自燃倾向性的煤层被揭露后，要经过一定的时间才会自燃发火。这一时间间隔叫做煤层的自燃发火期，是煤层自燃危险在时间上的量度。自燃发火期愈短的煤层，其自燃危险性愈大。煤的自然发火期：对一定的煤，在具有供氧和蓄热环境的条件下，产生自然发火需要的时间，一般用月表示。这里谈的时间是煤炭暴露在有氧和可蓄热环境条件的时间。煤的自燃发火期是一个统计数据。包括：煤的自燃倾向性（内因），也反映了煤炭开采的外因条件（漏风，管理，开采条件）。47四、煤的氧化自燃过程煤的氧化自燃过程其过程如图图7所示。潜伏期自热期自燃图7煤自燃发展过程示意图五、自热温度（Self-heatingtemperature，SHT）自热温度也称临界温度，是能使煤自发燃烧的最低温度。一旦达到了该温度点，煤氧化的产热与煤所在环境的散热就失去了平衡，即产热量将高于散热量，就会导致煤与环境温度的上升，从而又加速了煤的氧化速度并又产生更多的热量，直至煤自燃起来。煤的自热温度与煤的产热能力和蓄热环境有关，对于具有相同产热能力的煤，煤的自热温度也是不同的，主要取决于煤所在的散热环境。因此应注意即使是同一种煤，其自热温度不是一个常量，受散热（蓄热）环境影响很大。

六、煤的着火点温度自热期的发展有可能使煤温上升到着火温度(Ts)而导致自燃。煤的着火点温度由于煤种不同而变化无烟煤一般为400℃烟煤为320～380℃褐煤为270～350℃。七、煤炭自燃的条件从煤的氧化自燃过程可以看出，煤炭自燃必须具备以下三个条件：煤炭具有自燃的倾向性，并呈破碎状态堆积存在；连续的通风供氧维持煤的氧化过程不断地发展；煤氧化生成的热量能大量蓄积，难以及时散失。八、影响煤炭自然发火的因素1、煤的变质程度煤的变质过程伴随着煤分子结构的变化，碳化程度越高，煤体内含有的活性结构越少。煤的变质程度是煤自燃倾向性的决定性因素。现场的统计表明：褐煤最易自燃，无烟煤最不易自燃，烟煤介于二者之间。烟煤的煤化度低于无烟煤而高于褐煤，因燃烧时烟多而得名。根据煤化度的不同，我国将其划分为：长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤等。八、影响煤炭自然发火的因素2、煤岩成分煤岩成分一般分为丝煤、暗煤、亮煤和镜煤四种。不同的煤岩成分有着不同的氧化性。在低温下，丝煤吸氧最多，但是，随着温度的升高，镜煤吸附氧能力最强，其次是亮煤，暗煤最难于自燃。镜煤与亮煤脆性大，易破碎，而且灰分少，在其次生的裂隙中常伴有黄铁矿，开采中易碎裂为微细的颗粒，细微状的煤粒或黄铁矿都有较高的自燃氧化特性，因此它的氧化接触面积大，着火温度低。故镜煤与亮煤在丝煤吸附氧化升温的促使诱导下很容易自燃。八、影响煤炭自然发火的因素3、煤的含硫量硫在煤中有三种存在形式：硫化铁即黄铁矿(FeS2)、有机硫以及硫酸盐。对煤自燃起主导作用的是黄铁矿。黄铁矿的比热小，它与煤吸附相同的氧量而温度的增值比煤大3倍。黄铁矿在低温氧化时产生硫酸铁和硫酸亚铁，体积增大，使煤体膨胀而变得松散，增大了氧化表面积，而且其分解产物比煤的吸氧性更强，能将吸附的氧转让给煤粒使之发生氧化。在煤中含黄铁矿越多，就越易自燃。我国西南主要矿区的统计资料表明，含硫3%以上的煤层均为自然发火煤层。八、影响煤炭自然发火的因素4、煤的粒度、孔隙特性和破碎程度完整的煤体一般不会发生自燃，一旦受压破裂，呈破碎状态存在，其自燃性能显著提高。这是因为破碎的煤炭不仅与氧接触的表面积增大，而且着火温度也明显降低。有人研究，当煤粒度小于1mm时氧化速率与粒径无关，并认为孔径大于100Å的孔在煤氧化中起重要作用。根据波兰的试验，当烟煤的粒度直径为1.5～2mm时，其着火点温度大多在330～360℃；粒度直径小于1mm以下时，着火点温度可能降低到190～220℃。因此，煤的自燃性随着其孔隙率、破碎度的增加而上升。八、影响煤炭自然发火的因素5、煤的瓦斯含量瓦斯或者其它气体含量较高的煤，由于其内表面含有大量的吸附瓦斯，使煤与空气隔离，氧气不易与煤表面发生接触，也就不易与煤进行复合氧化，使煤炭自燃的潜伏期加长。当煤中残余瓦斯量大于5m3/t时，煤往往难以自燃。但是随着瓦斯的放散，煤与氧就更易结合。八、影响煤炭自然发火的因素6、水分水分对煤炭自燃过程的影响有两个相互对立的过程。首先，煤炭中的水分在初期阶段会因为蒸发作用而散失，因此，一部分热量就会以水分潜热的形式被水蒸气带走，这就有阻止煤体温度升高的趋势。另一方面，煤体也会从空气中吸收水分。这就是所谓的吸收热（有时也叫湿润热）会促使煤的温度升高。水分对煤的总的作用就取决于这两种过程谁占主导地位。九、煤炭自燃倾向性煤炭自燃倾向性是煤的一种自然属性，它取决于煤在常温下的氧化能力和发热能力，是煤发生自燃能力总的量度。不同的煤，其自燃倾向性不同。掌握煤的自燃倾向性非常重要。它是恰当地设计采煤方法，选择采区规模，合理设计矿井通风和风压条件的重要依据之一，是采取适当措施存储的重要依据。我国将煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃、不易自燃三类。煤矿矿井必须根据煤自燃倾向性的分类等级而采取相应的煤防治措施。《规程》要求必须对新建矿井与生产矿井延深新水平的所有煤层的自燃倾向性进行鉴定。十、煤的自燃倾向性测定方法我国从20世纪50年代初期即开展对煤炭自燃倾向性的研究，先后采用了：着火点温度降低值法、双氧水法及静态容量吸氧法进行研究在90年代初，开始采用吸氧量法，即用双气路气相色谱仪动态吸氧的方法。十一、煤炭自燃早期识别与预报煤炭自燃的发展有一个过程，如果能在自燃发展的初期发现它，对于阻止其发展，避免酿成火灾，十分重要。前述的煤炭自燃发展过程中各种物理与化学变化，是早期识别和预报的根据。识别的方法可归为：（1）人的直接感觉；（2）测定矿内空气和围岩的温度；（3）测定矿内空气成分的变化；（4）物探测定方法。（5）气味法（electricnose)十一、煤炭自燃早期识别与预报1、人的直接感觉利用人的感观进行探测是最简便的方法，虽然常带有一定的主观性，但是这种方法仍然比较可靠。嗅觉：煤油味、汽油味和轻微芳香气味的非饱和碳氢化合物。视觉：煤氧化产生的水蒸气，及其在附近煤岩体表面凝结成水珠(俗称为“挂汗”)，在煤炭自燃的最后阶段出现的烟雾。感(触)觉：煤炭自燃或自热、可燃物燃烧会使环境温度升高，并可能使附近空气中的氧浓度降低，CO2等有害气体增加，所以当人们接近火源时，会有头痛、闷热、精神疲乏等不适之感。62十一、煤炭自燃早期识别与预报2、测定矿内空气和围岩温度直接测定是将测温传感器直接放入测温钻孔中或埋在采空区内测定煤岩体温度，常采用的是热电偶和热敏电阻。间接测温方法主要有无线电测温仪、测气味法和红外辐射仪等方法。无线电测温方法是将含有热记录装置的无线电传感器埋入采空区，根据测得的热量发射出无线电信号。气味剂法是将含有低沸点和高蒸汽压并具有浓烈气味的液态物质，如硫醇和紫罗兰酮等，将其封装在胶囊中，在设定的高温下，胶囊破裂而发出气味。红外辐射测温则是通过测定巷道壁面的红外辐射能量而测定出煤壁表面温度。十一、煤炭自燃早期识别与预报2、测定矿内空气和围岩温度测温法操作简便，结果可靠，但也存在局限性直接测温由于采空区顶板的垮落或底板裂变易引起测温仪表和导线的破坏和折断，在用钢套管保护也易被损坏。无线电传感器受采空区高湿恶劣环境影响难以成功应用气味剂法因靠漏风传播气味，移动速度慢、分布区域小，较难测取当火源离巷道表面较远时，红外辐射测温仪因接触不到热表面就无能为力热测定面临的最大问题还在于：由于煤体的热传导能力非常弱，热量影响的范围很小，有时钻孔即使打到火源附近1m，也觉察不到火源的存在十一、煤炭自燃早期识别与预报3、气体分析法煤炭自热过程中会产生CO、CO2、H2、H2O、烷烃等气体成份，故气体分析法被广泛地用于煤炭早期自燃火灾的预测。由于火灾气体中的主要成分是CO、CO2，自从20世纪初以来，这两种气体的变化量一直被用作分析火灾发展变化趋势的主要指标。将这些变化值除以氧气的消耗量(—ΔO2)即可排除新鲜空气的稀释影响。这些参数的比值已被广泛用来分析火灾的发展变化趋势。一、开拓开采技术措施合理进行巷道布置坚持正规地开采和合理的开采顺序减少煤体破碎第四节自燃火灾的预防《煤矿安全规程》第二百二十八条规定开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤层自然发火的措施。67二、防止漏风沿空巷道挂帘布利用飞灰充填带隔绝采空区利用水砂充填带隔离采空区利用可塑性胶泥堵塞漏风采取“均压”措施，减少漏风避免过度抽放三、均压防灭火均压防灭火是采用风窗、风机、连通管、调压气室等调压手段，改变通风系统内的压力分布，降低漏风通道两端的压差，减少漏风，从而达到抑制和熄灭火区的目的。均压技术是在20世纪50年代由波兰汉·贝斯特朗（H.Bystron）教授首先提出。均压（“以风治火”），简单，成本最低，控制火势的发展常常立竿见影，深受现场欢迎。根据煤矿井下煤炭自燃发火区域是否封闭，均压技术可分为两种类型：开区均压闭区均压三、均压防灭火1、开区均压开区均压通常是指在生产工作面建立的均压系统，其特点是在保证工作面所需通风风量的条件下，通过通风调节实施，尽量减少向采空区漏风，抑制煤的自燃，防止CO等有毒有害气体涌入工作面，从而保证正常生产的进行。漏风通道和工作面周围的通道可以形成多种风流流动方式(如并联、角联和复杂联等)，开区均压也有几种不同类型。三、均压防灭火（1）调节风窗均压适用于工作面采空区内形成的并联漏风方式。通常在工作面的回风巷内安设调节风窗，使工作面内的风流压力提高，以降低工作面与采空区的压差，从而减少采空区中气体涌出。适用于采空区内已有自燃迹象，并抑制采空区中的火灾气体（一氧化碳等）涌到工作面，威胁工作面的安全生产。安设调节风窗后，通风巷道的压力如图8所示。图8123A4（1）调节风窗均压图9（2）局部通风机均压有时为提高风路的压力，需在风路上安设带风门的风机（即辅助通风机），利用风机产生的增风作用，改变风路上的压力分布，达到均压的目的。下图为局部通风机调压原理图10（3）调节风窗与局部通风机联合均压工作面采空区内部的漏风通道有时是比较复杂的，当相邻为采空区是，还有外部漏风，这些最后都要经过经回采工作面上隅角排出。采空区的自燃征兆往往是从上隅角表现出来的。调节风门与扇风机联合均压常常采用工作面进风巷安设扇风机而回风巷安设调节风门的联合均压措施。图112、闭区均压闭区均压就是对已经封闭的区域进行均压，它一方面可以防止封闭区中的煤炭自燃，又可加速封闭火区的熄灭速度。常用的闭区均压主要技术措施有：并联风路与调节风门联合均压调压风机与调节风门联合均压连通管均压(1)并联风路与调节风门联合均压图12（2）调压风机与调节风门联合均压图13（3）连通管均压图14四、预防性灌浆图15四、预防性灌浆预防性灌浆按与回采的关系分三种：采前预灌、随采随灌和采后封闭灌浆。采前预灌是在工作面尚未回采前对其上部的采空区进行灌浆。这种灌浆方法适用于开采老窑多的易自燃、特厚煤层。随采随灌则是随着采煤工作面推进的同时向有发火危险的采空区灌浆，这是预防性灌浆采用的主要方法。随采随灌分为钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆三种方式。采后注浆是采空区封闭后，利用钻孔向工作面后部采空区内注浆。四、预防性灌浆1、钻孔灌浆从底板或钻窝打钻注浆图16四、预防性灌浆2、埋管注浆图17四、预防性灌浆3、工作面洒浆或插管灌浆从回风巷灌浆管上接出一段浆管，沿倾斜方向向采空区均匀地洒一层泥浆。洒浆量要充分，使采空区新冒落的矸石能均匀地为泥浆包围。洒浆通常作为埋管灌浆的一种补充措施，使整个采空区特别是下半段也能灌到足够的泥浆。对综采工作面常采用插管灌浆的方式，即注浆主管路沿工作面倾斜铺设在支架的前连杆上，每隔20m左右预留一个三通接头，并分装分支软管和插管。将插管插入支架掩护梁后面的跨落岩石。

84五、阻化剂阻化剂也称阻氧剂。将其溶液喷洒在采空区的煤壁或者煤块上，具有阻止煤的氧化和防止煤的自燃的作用，因此称为阻化剂。阻化剂包括如氯化钙（CaCl2）、氯化钠（NaCl）、氯化镁（MgCl2）、水玻璃(Na2SiO3)等无机盐类化合物。该项防灭火技术是在60年代初发展起来的，在国外和国内的一些矿井都进行了应用，取得了很好的效果。它是进行煤矿防灭火的一个重要手段之一。阻化剂防火由于技术工艺系统简单，设备少，成本低，防火效果好等优点，在一些矿区得到了广泛应用。六、惰性气体可以被用作矿井防灭火的惰性气体主要有：CO2燃烧惰性气体氮气六、惰性气体1、二氧化碳二氧化碳的密度相对于空气是1.52，利用其密度大的特点可用来对付矿井中发生在位置较低处的火灾；但是，二氧化碳对控制水平和上行巷道或工作面的火灾效果就较差。二氧化碳作为惰性气体防灭火存在以下不足：二氧化碳易溶于水，在潮湿的环境下要损失部分气态二氧化碳。二氧化碳比较容易吸附在煤体和烧焦的煤炭上，甚至比瓦斯的吸附性更强。当二氧化碳与燃烧成白炽的碳化物的表面相接触时，二氧化碳就生成一氧化碳。二氧化碳的使用成本一般高于氮气。六、惰性气体2、燃烧惰性气体将火区封闭后，火区内的氧气将被消耗而成为烟气。烟气的主要成分是二氧化碳、氮气和水蒸气，这样的混合气体可看作是窒息火区的惰性气体，会使火区惰化，使火势熄灭。但是，这样的混合气体可能含大量的可燃性气体，如果有新鲜空气进入的话，就可能发生爆炸。直接利用火灾气体灭火，因实际使用困难，很少采用；但可采用燃油燃烧的惰气灭火。六、惰性气体2、燃烧惰性气体目前国内外矿山救护队一般装备有用燃油燃烧的惰气发生装置。惰气发生装置的特点是产生的惰气量大，如燃烧煤油的喷气式发动机，当燃烧速率为0.7kg/s时，会产生30m3/s的惰性烟气，发动机在产生大量烟气的同时，还会产生大约30MW的电力，可以作其它用途。为使惰气装置灭火性能更优，需用水对烟气进行冷却处理，经冷却的湿式惰气注入火区，可快速控制火势、窒息火区。六、惰性气体3、氮气氮气(http://homen.vsb.cz)捷克于1949年在Doubrava矿井最早使用氮气灭火。英国、德国、法国、前苏联、保加利亚、印度、波兰等国也较早使用了氮气。在常温常压下，氮分子结构与化学性质非常稳定，很难与其它物质发生化学反应，它是一种良好的灭火用惰性气体。理论与实践表明，当氧含量降低到5~10％时，可抑制煤的氧化自燃，而氧含量降低到3％以下时，则可以使煤炭燃烧熄灭并阻止其复燃。氮气防灭火技术以氮气其特有的物理性质，丰富的氮气资源，简单的注氮工艺，使其成为自燃矿井不可或缺的防灭火技术。现场应用目前为止，某矿制氮装置已累计向采空区注氮300万m3（地面钻孔的注氮量，不包括井下密闭的）采空区的氧含量持续低于5％。

钻孔编号注浆量/m3图18南四JXZD-700型制氮机南二DM-600型制氮机制氮机组图19（1）氮气防灭火的优缺点氮气防灭火有以下优点：①注入氮气可使防治区域缺氧惰化，迅速灭火，并能为抢险救灾工作提供较安全可靠的环境。②可使防治区域呈正压，防止或杜绝新鲜空气流入，以保持防治区域的氮气惰化度。③具有降温作用。氮气在管路中带压输送，在注氮口氮气膨胀吸热，可部分地吸收煤炭氧化生成的热量。④氮气比重和空气相近，易于和空气混合，氮分子能渗入采空区的所有地点，扩散半径大，惰化覆盖面广。⑤注氮不污染防治区，无腐蚀或不损坏综采设备。（1）氮气防灭火的优缺点注氮防灭火有以下缺点：①氮气在防治区滞留的时间不是太长，特别是存在漏风通道的情况下，氮气易遗失，不能像泥浆那样长期起到防灭火作用。②注氮能迅速遏制火灾，但灭火降温困难，使火区完全熄灭时间相当长。因此，注氮灭火的同时，要辅助其它灭火措施，处理残火，以防复燃。③氮气本身虽无毒，但具有窒息性，对人体有害。井下作业场所所需氧含量下限值为19％，所以有氮气泄漏的工作地点的氧含量不得低于19％。（2）氮气的制取

氮气是空气中的主要成分，因此空气为氮气的制取提供了取之不尽、用之不竭的来源。矿井防灭火工作中所用的氮气，都是通过对空气中的气体成分进行分离而制取的。以往，它是制氧过程中的一种副产品，现在成为了主要生产目标。对空气进行分离而制取氮、氧的基本方法有深冷空分、变压吸附和膜分离方法三种工艺技术。（3）注氮工艺氮气防灭火技术的实质是向工作面采空区注入氮气，使采空区氧化自燃带惰化，使空气中氧气的体积浓度降至7％以下；要将阴燃完全熄灭时，氧气浓度应该低于2％。一般采取沿顺槽埋管方式进行注氮防火。可在工作面进风顺槽外侧巷帮敷设无缝钢管，并埋入采空区内。如采空区埋管兼作灌浆管时，则该埋管分别通过三通与注氮、灌浆管相连，根据需要，通过埋管注氮或灌浆。采空区埋管管路每隔一定距离预设氮气释放口，其位置应高于煤层底板20~30cm，并采用石块或木垛加以妥善保护，以免孔口堵塞。（3）注氮工艺为控制注氮地点，提高注氮效果，可采用拉管移动式注氮方式，即采用回柱绞车将埋管向外牵引，埋管移动周期与工作面推进速度保持同步，使注氮孔始终在采空区氧化自燃带内注入氮气，据经验，埋管距工作面17m之内，采用回柱绞车能够牵移动埋管。利用惰化火区的措施进行防灭火是非常有效的，也是很重要的一种防灭火手段，特别是在火灾关键时候。但是，当火区的埋藏得比较深的时候，可以用惰性气体来控制住火势，但是很少能够将火区完全冷却，使火灾被彻底熄灭。因此，不恰当地停止注氮会使火灾快速发展并扩大范围。同样，在对内因火区注惰性气体时，应该持续注入惰性气体直至火区内的氧气浓度降低到2％以下为止。七、凝胶胶体是指含分散颗粒的尺寸在1~100nm的水溶液。在适当的条件下，溶胶或高分子溶液中的分散颗粒相互联结成为网络结构，水介质充满网络之中，体系成为失去流动性的半固体状态的胶冻，处于这种状态的物质称为凝胶。凝胶介于固体与液体之间的一种特殊状态，固体特征（无流动性，有一定的几何外形，有弹性、强度和屈服值等。但另一方面它又保留某些液体的特点，例如离子的扩散速率在以水为介质的凝胶中与水溶液中相差不多。为了封阻煤体中的裂隙或扑灭高位处的火灾，凝胶较其它防灭火介质具有优越性。—Si—O—Si—O—Si—OH2OOH2OO

—Si—O—Si—O—Si—OH2OOH2OO

—Si—O—Si—O—Si—1、无机凝胶无机凝胶主要由基料、促凝剂和水按照一定比例配置成水溶液。成胶的过程是一个吸热过程。由两种原料在水中经过物理或化学作用形成的胶体，通常把主要成胶原料称为基料，把促成基料成胶的材料称为促凝剂或胶凝剂。在矿井防灭火常用的硅凝胶，水玻璃是基料，碳酸氢铵或硫酸氨或铝酸钠为促凝剂。无机凝胶存在失水后会干裂、粉化和灭火后的火区易复燃的不足。防火时，基料8~10%，促凝剂3~5%；灭火时，基料6~8%，促凝剂2~4%。基料与促凝剂在水溶液中的比例越大，成胶时间越短。当基料为90~100kg/m3时，促凝剂比例为20kg/m3

，成胶时间为7~8min；促凝剂比例为3Okg/m3时，成胶时间为3~4min；促凝剂比例为50kg/m3时，成胶时间为25s。促凝剂为碳酸氢氨的凝胶，防灭火性能好，成本低，但碳酸氢铵在低温下容易分解，具有很大的刺激性气味——氨味。采用偏铝酸钠等其它促凝剂，可以避免产生有害刺激性气体，但是形成的凝胶的防灭火性能和稳定性稍差，成本也高一些。2、有机凝胶（高分子凝胶）有机凝胶也称高分子凝胶。高分子凝胶是指分子量很高（通常为104~106）的高分子化合物的溶液。这种高分子化合物吸水能力很强，与水接触后，短时间内溶胀且凝胶化，最高吸水能力可达自身重量的千倍以上。目前用于矿井的高分子防灭火材料以聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠为主要成分。这种胶体材料与水玻璃凝胶相比，使用时仅采用单种材料，使用量小，通常为0.3~0.8%，在井下使用方便，且对井下环境无污染。这种胶体附着力强，可充分包裹煤炭颗粒，隔绝与氧气的接触。高分子凝胶材料的不足在于其成本较高，且吸热与成胶能力均不如由水玻璃与碳酸氢铵构成的铵盐凝胶。3、复合胶体在黄土、粉煤灰或其它原料的泥浆中，将成胶材料按一定比例添加到泥浆中，使泥浆稠化，形成浆体凝胶，也称复合胶体。因复合胶体含有固体介质，即使胶体脱水后仍可较好地包裹煤体，可克服一般水凝胶的特点，因而具有更好的防灭火性能。4、注凝胶工艺例：双箱双泵工艺系统图20氮气粉煤灰或黄泥水三相泡沫图215、三相泡沫防灭火新技术三相泡沫特点可向采空区高处堆积水浆成为泡沫，可避免浆体的流失粉煤灰或黄泥固体颗粒的分布更为均匀，提高了防灭火的有效性氮气被封装在泡沫之中，能较长时间滞留在采空区中泡沫堆积没有安全隐患，即不会发生溃浆三相泡沫制作流程制浆站混合器发泡器发泡剂氮气三相泡沫图22实验产生的三相泡沫图23图24喷出的三相泡沫图25三相泡沫有良好的堆积性能第五节外因火灾防治的技术途径外因火灾是由外部火源引起的火灾。预防外因火灾发生的技术途径有两个方面：一是防止火灾产生；二是防止已发生的火灾事故扩大，以尽量减少火灾损失。一、预防外因火灾产生的措施(1)防止失控的高温热源产生和存在。(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)防止摩擦引燃，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；(5)防止高温热源和火花与可燃物相互作用。二、预防外因火灾蔓延的措施(1)在适当的位置建造防火门，防止火灾事故扩大。(2)每个矿井地面和井下都必须设立消防材料库。(3)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。(4)主要通风机必须具有反风系统或设备，并保持其状态良好。113114115116117118119120121122123124125126127128第五节开采技术预防自燃发火主要内容一、井下易于自燃的区域二、开拓开采技术预防自燃发火的措施

一、井下易于自燃的区域井下易于自燃的区域有：(1)采空区。(2)煤柱。(3)巷道顶煤。(4)断层和地质构造附近。二、开拓开采技术预防自燃发火的措施从防止矿井自燃发火的角度出发，开拓开采技术总的要求是：①提高回采率，减少丢煤，即减少或消除自燃的物质基础。②限制或阻止空气流入和渗透至疏松的煤体，消除自燃的供氧条件。③使流向可燃物质的漏风——在数量上限制在不燃风量之下；在时间上限制在自燃发火期以内。为满足上述要求，通常应采取以下技术措施：1、合理确定开拓方式（1）尽可能采用岩石巷道。（2）分层巷道垂直重叠布置。（3）推广无煤柱开采技术。在确定开拓方式和采取巷道布置时，还要考虑通有利于通风系统防火及均压放灭火等有关通风系统管理的要求。图26上下区段分采同掘l—工作面运输巷；2—下区段工作面回风巷；3—联络巷（4）分采分掘布置区段巷道。见图26、图27。图27上下区段分采分掘1—工作面运输巷掘进头；2—下区段工作面回风巷掘进头2、选择合理的采煤方法（1）长壁式采煤方法的巷道布置简单，采出率高，有较大的防火安全性，特别是综合机械化的长壁工作面，回采速度快、生产集中、单产高，在相同产量的条件下煤壁暴露的时间短、面积小，对于防止自燃发火非常有利。（2）在合理的采煤方法中也应包括合理的顶板管理方法。（3）选择先进的回采工艺和合理的工艺参数，以便尽可能提高回采率，加快回采进度。（4）合理确定近距离相邻煤层（下煤层顶板冒落高度大于层间距）和厚煤层分层同采时两工作面之间的错距，防止上、下采空区之间连通。（5）选择合理的开采顺序第六节矿井火灾处理主要内容一、发生矿井火灾时应采取的措施二、风流控制三、消灭矿井火灾的方法四、高瓦斯矿井处理火灾时的注意事项五、火区的管理与启封一、发生矿井火灾时应采取的措施矿井发生火灾时，每个人都必须严守纪律、服从命令，决不能惊慌失措，擅自行动1、撤出及救护灾区人员煤矿井下发生火灾时，矿领导及有关人员的首要任务是保护井下人员的安全，应迅速从危险区撤出与救灾无关的人员，同时采取一定的通风措施防止风流逆转。2、侦察火区火灾发生后，应立即派出矿山救护队和辅助救护队人员侦察火区。首先侦察是否有遇难人员，弄清火源的地点，火灾的性质及火灾的范围。为采取有效的灭火措施提供依据。同时，切断火区电源，派专人量风测气，观察顶板动态，注意风流的变化，防止事故扩大。137二、风流控制灾变时期通风调度决策正确与否对救灾工作的成败极为重要。1、风流紊乱的原因、规律及其防治（1）上行风路产生火风压发生风流逆转的原因主要是：①因火风压的作用使高温烟流流经巷道各点的压能增大；②因巷道冒顶等原因造成火源下风侧风阻增大，导致主干风路火源上风侧风量减小，沿程各节点压能降低。为了防止旁侧风路风流逆转，主要措施有：①降低火风压；②保持主要通风机正常运转；③采用打开风门、增加排烟通路等措施减小排烟路线上的风阻。（2）下行风路产生火风压（3）风流逆退的原因、规律及其防治防止逆退措施是：减小主干风路排烟区段的风阻；在火源的下风侧使烟流短路排至总回风；（如图25），以增加风速（图26）。图26挡风墙

图25风障2、火灾时常用的几种通风制度（1）维持正常通风，稳定风流。这一制度的适用条件是：①火源位于采区内部，烟流已弥蔓较大范围，井下人员分布范围大；②通风网路复杂的高瓦斯矿井，③火源位于独头掘进巷道内，不能停运局部通风机；④火源位于采区或矿井主要回风巷，维持原风向有利于火烟迅速排出；⑤减少向火源供风抑制火势发展（2）停风机。以下情况下可考虑：①火源位于进风井口或进风井筒，不能进行反风；②独头掘进面发火已有较长的时间，瓦斯浓度已超过爆炸上限，这时不能再送风；③主通风机已成为通风阻力时。（3)反风按范围分，有全矿反风、区域反风和局部反风三种。全矿反风。通过主通风机及其附属设施实现。区域性反风。在多进、多回的矿井中某一通风系统的进风大巷中发火时，调节一个或几个主通风机的反风设施，实现矿井部分地区风流反向的反风方式，称为区域性反风。局部反风。当采区内发生火灾时，主要通风机保持正常运行，调整采区内预设的风门开关状态，实现采区内部局部风流反向，这种反风方式称为局部反风。风流短路三、消灭矿井火灾的方法1、直接灭火法由于发火地点和发火特征的差异，内因火灾与外因火灾在直接灭火时方法有所不同。重点介绍外因火灾的直接灭火技术。(1)用水灭火用水灭火，简单易行，经济有效。注意事项如下：①供水量要充足。②确保正常通风。③当火势旺时，应先将水流射向火源外围。④水能导电。⑤水比油重，因此，水不能扑灭油类火灾。图27泡沫灭火器1—机身；2—机盖；3—玻璃瓶；4—铁架；5—喷嘴；6—碱性药液；7—药液

(2)用砂子（或岩粉）灭火把砂子（或岩粉）直接撒在燃烧物体上能隔绝空气，将火扑灭。(3)用化学灭火器灭火①泡沫灭火器，如图27所示。②干粉灭火器。目前矿用干粉灭火器是以磷酸铵粉为主药剂的。(4)用高倍数空气机械泡沫灭火高倍数空气机械泡沫是用高倍数泡沫剂和压力水混合，在强力气流的推动下形成的。其工艺系统如图28所示。图28高倍数泡沫灭火装置1—风机；2—泡沫发射器，3—潜水泵；4—管路；5—泡沫剂；6—水桶；7—喷嘴，8—棉线网；9—水管；10—水柱计；11—密闭1451462、隔绝灭火法隔绝灭火法——是在直接灭火法无效时采用的灭火方法(1)封闭火区的原则封闭火区的原则是：“密、小、少、快”四字。(2)封闭火区的方法封闭火区的方法分为三种：①锁风封闭火区。②通风封闭火区。③注惰封闭火区。(3)防火墙的类型根据防火墙所起的作用不同，可分为临时防火墙、永久防火墙及耐爆防火墙等。①临时防火墙临时防火墙的作用是暂时遮断风流，防止火势发展，以便采取其他灭火措施。气囊快速临时防火墙，又称充气密闭。石膏防爆防火墙，是