关于矿井火灾防治论文

矿井火灾危害分析及其防治技术摘要:矿井火灾是威胁煤矿安全生产、危害职工生命安全的五大灾害之一。通过分析矿井火灾发生的基本要素、矿井火灾的分类和矿井火灾的危害等,从外因火灾防治和自然发火防治两个方面提出了防治矿井火灾的技术途径。1我国煤矿矿井火灾防治现状我国煤矿自燃发火非常严重,有56%的煤矿存在自燃发火问题,而我国统配和重点煤矿中具有自燃发火危险的矿井约占47%,矿井自燃发火又占总发火次数的94%,其中采空区自燃则占内因火灾的60%。这种火灾常造成工作面封闭、冻结大量的煤炭资源和昂贵的生产设备,造成工作面、采区风流紊乱,影响矿井正常的生产接续,并造成人员伤亡。为了加强煤矿防灭火安全技术,我国从50年代起就在煤矿推广了黄泥灌浆防火技术,60年代至70年代又研究出了阻化剂防火、均压通风、高倍数泡沫灭火等技术,80年代至90年代则研究了矿井自燃发火预测系统、惰气防灭火、快速高效堵漏风、带式输送机火灾防治等技术,并逐步形成适应普通采煤法和高产高效采煤法的综合防灭火技术。由于我国火灾基础理论研究起步晚,防灭火关键设备和技术有待完善和配套,有一批亟待解决的技术问题。因此,矿井火灾防治工作仍然是矿井安全生产所面临的一项艰巨任务。2矿井火灾发生的基本要素和所有的物质燃烧一样,导致矿井火灾发生的三个基本要素为:热源、可燃物和空气。2.1点火源具有一定温度和足够热量的热源才能引起火灾。煤的自燃、瓦斯或煤尘爆炸、放炮作业、机械摩擦、电流短路、吸烟、电(气)焊以及其他明火等都可能成为引火的热源。2.2可燃物煤本身就是一种普遍存在的大量的可燃物。另外,坑木、各类机电设备、各种油料、炸药等都具有可燃性。2.3空气燃烧就是剧烈的氧化现象。实验证明,在氧浓度为3%的空气环境里,燃烧不能维持;空气中的氧浓度在12%以下,瓦斯就失去爆炸性;空气中氧浓度在14%以下,蜡烛就要熄灭。火灾的三个要素必须同时存在,且达到一定的数量,才能引起矿井火灾,缺少任何一个要素,矿井火灾就不可能发生。3矿井火灾的分类3.1根据引火源同根据不同引火热源,矿井火灾可分为外因火灾和内因火灾。外因火灾是由于外部热源引起的火灾。煤矿常见的外部热源有电能热源、摩擦热、各种明火(如液压联轴器喷油着火、吸烟、焊接火花)等,多发生在井筒、井底车场、石门及其他有机电设备的巷道内。内因火灾是由于煤炭等易燃物质在空气中氧化发热并积聚热量而引起的火灾。它不存在外部引燃的问题,因此,又称自燃火灾。自燃火灾多发生在采空区,特别是丢煤多而未封闭或封闭不严的采空区、巷道两侧煤柱内及煤巷掘进冒高处等。3.2发火地点不同根据不同发火地点,矿井火灾分为井筒火灾、巷道火灾、采煤工作面火灾、煤柱火灾、采空区火灾和硐室火灾。3.3燃烧物不同根据不同燃烧物,矿井火灾可分为机电设备火灾、火药燃烧火灾、油料火灾、坑木火灾、瓦斯燃烧火灾和煤炭自燃火灾。4矿井火灾的危害4.1人员伤亡当煤矿井下发生火灾以后,煤、坑木等可燃物质燃烧,释放出有害气体,此外,火灾诱发的爆炸事故还会对人员造成机械性伤害(冲击、碰撞、爆炸飞岩砸伤等)。4.2矿井生产接续紧张井下火灾,尤其是发生在采空区或煤柱里的内因火灾、往往在短期内难以消灭。在这种情况下,一般都要采取封闭火区的处理方法,从而造成大量煤炭冻结,矿井生产接续紧张。对于一矿一井一面的集约化生产矿井,这种封闭会造成全矿停产。4.3巨大的经济损失有些矿井火灾火势发展很迅猛,往往会烧毁大量的采掘运输设备和器材,暂时没被烧毁的设备和器材,由于火区长时间封闭和灭火材料的腐蚀,也都可能部分或全部报废,造成巨大的经济损失。另外,白白烧掉的煤炭资源、矿井的停产都是巨大的经济损失。4.4污染环境矿井火灾产生的大量有毒、有害气体,如CO、CO2、SO2、烟尘等,会造成环境污染。特别是像新疆等地的煤层露头火灾由于火源面积大、燃烧深度深、火区温度高以及缺乏足够资金和先进的灭火技术,使得火灾长时间不能熄灭,不但烧毁了大量的煤炭资源,还造成大气中有害气体严重超标,形成大范围的酸雨和温室效应。5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。外因火灾的发生和发展都比较突然和迅猛,并伴有大量烟雾和有害气体,如处理不当或不得其法,贻误战机,还可能引爆瓦斯、煤尘,造成人员伤亡和财产损失。目前,我国煤矿中的外因火灾所占矿内火灾总数的比重虽然很小(4%～10%),但近几年随着机械化程度的提高,所占比重有上升趋势。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。5.1预防外因火灾产生的措施防止失控的高温热源产生和存在。严格对高温热源、明火和潜在的火源进行管理。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。防止产生机电火灾。防止摩擦引燃,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。防止高温热源和火花与可燃物相互作用。5.2预防外因火灾蔓延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,并保持其状态良好。6内因火灾防治的技术途径煤炭自燃发火的防治较为复杂。根据煤炭自燃发火的机理和条件,通常从开采技术、通风措施、介质法灭火三个方面采取措施进行预防。6.1开拓开采技术预防自燃发火的措施提高回采率,减少丢煤,即减少或消除自燃的物质基础。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。对此,可从两方面着手:一是消除漏风通道;二是减小漏压差。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。6.1.1长壁式采煤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。应用综合机械化采煤,这样既可提高煤炭产量,又可在空间上、时间上减少煤炭的氧化。6.1.2在合理的采煤方法中也应包括合理的顶板管理方法我国长壁式开采一般采用全部陷落法管理顶板,在顶板岩性松软、易冒落、碎胀比大,且很快压实形成再生长顶板的工作面,空气难以进入采空区,自燃危险性小。但如果顶板岩层坚硬,冒落块度大,采空区难以充填密实,漏风与浮煤堆积易造成自燃火灾,则可通过灌浆或用水砂充填等充填法管理板,以减小煤的自燃危险性。6.1.3区段煤巷采用垂直重叠布置厚煤层分层开采时,如果分层区段平巷采用倾斜布置的方式(内错式或外错式),容易给自燃发火留下隐患。因此,各分层巷道应采用垂直重叠方式布置,即各分层区段平巷沿铅垂线呈重叠式布置。这种布置方式的优点是:可以减小煤柱尺寸甚至不留煤柱,消除区段平巷处煤体自燃的基本条件;区段巷道受支承压力的影响较小,维护比较容易。6.1.4推广无煤柱开采技术6.2通风措施预防自燃发火的措施通风措施防治自燃发火的原理就是通过选择合理的通风系统和采取控制风流的技术手段,以减少漏风,消除自燃发火的供氧条件,从而达到预防和消灭自燃发火的目的。据通风阻力定律,漏风区域的漏风量随漏风风阻的增大而减少。因此,通过增加漏风阻力减少漏风,从而起到防灭火作用。均压防灭火,又称为调压放灭火。是利用风窗、风机、调压气室和连通管等调压设施,改变漏风区域的压力分布,降低漏风压差,减少漏风,从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区,或熄灭火源的目的。6.2.1选择合理的通风系统结合既定的开拓方案和开采顺序,选择合适的通风方式。如前进式回采,则选用对角式通风;后退式回采,则选用中央式通风,可以减少采空区漏风,从而减少自燃发火的可能性。6.2.2实行分区通风每一生产水平,每一采区都布置单独回风巷道,实行分区通风。这样既可以降低矿井通风阻力,增大矿井通风能力,减少漏风,也便于调节风量和发生火灾时控制风流、隔绝火区。当一个采区发生火灾时,能够根据救灾的需要,做到随时停风、减风或反风。这样,一旦一个采区发生火灾,就有条件防止火灾气体侵入其它采区,避免扩大事故范围。在巷道布置上,要为分区通风和局部反风创造条件。6.2.3选择合理的采区和工作面通风系统选择采区和工作面通风系统的原则也是尽量减少采空区的漏风压差,不要让新、乏风从采空区边缘流过。如采空区漏风较为严重工作面,工作面较短时可采用后退式U型通风系统,工作面较长时可采用后退式W型通风系统。6.3介质法预防自燃发火的措施介质法是防治自燃发火的直接技术,其基本出发点:一是消除或破坏煤自燃发火基本条件中的供氧条件,降低煤自燃氧化的供氧量;二是吸热降温作用,延缓和彻底阻止煤自燃发火的进程。这类技术种类较多,主要有灌浆防灭火、惰化防灭火、阻化防灭火、凝胶防灭火以及泡沫防灭火等技术。6.3.1灌浆技术灌浆技术是一项传统的、简单易行的、比较可靠的防灭火技术。在一些缺少灌浆材料的矿区,通常采用注水来代替灌浆,增加煤体的水分,也取得了较好的效果。目前现用防灭火充填材料主要有:黄泥浆充填材料、水砂浆充填材料、煤矸石泥浆充填材料、粉煤灰充填材料、石膏育填材料、水玻璃凝胶充填材料、废水泥渣充填材料等。该技术的优点是:(1)包裹煤体,隔绝煤与氧气的接触;(2)吸热降温;(3)工艺简单;(4)成本较低。但同时也存在缺点:(1)只流向地势低的部位,不能向高处堆积,对中、高及顶板煤体起不到防治作用;(2)浆体能均匀覆盖浮煤,容易形成“拉沟”现象,覆盖面积小;(3)易跑浆和溃浆,造成大量脱水,恶化井下工作环境,影响煤质。6.3.2煤炭自然发火是由于煤与空气中的氧气相互作用的结果,在漏风不可避免的情况下,在煤的表面喷洒上一层隔氧膜,阻止或延缓煤的氧化进程。阻化剂主要是卤化物与水溶液能浸入到煤体的裂隙中,并盖在煤的外部表面,把煤的外部表面封闭,隔绝氧气。同时,卤化物是一种吸水能力很强的物质,它吸收大量水份复盖在煤的表面,也减少了氧与煤接触的机会,延长煤的自然发火期。阻化剂技术在美国、波兰、前苏联等国家得到了较好的应用。近些年来,阻化剂技术在我国也得到推广应用。该技术惰化煤体表面活性结构,阻止煤炭的氧化;吸热降温,并使煤体长期处于潮湿状态。但阻化剂技术也存在着一定的缺陷,不容易均匀分散在煤体上,且喷洒工艺难实施;腐蚀井下设备,影响井下工人的身体健康。6.3.3惰性气体技术从20世纪70年代开始在德、法英等发达国家煤矿中大量使用,从80年代起,我国开始了氮气防灭火技术的研究与推广。惰气源目前发展起来的主要是氮气,制备的方式有:深冷空分、碳分子筛变压吸附和中空纤维分离等三种。注惰效果主要取决于能否保证惰气质量,合理必需的注入量及其连续性,以及能否辅以强有力的检测技术,否则很难取得理想的效果。该技术的优点:(1)减少区域氧气浓度;(2)可使火区内瓦斯等可燃性气体失去爆炸性;(3)对井下设备无腐蚀不影响工人身体健康。但也存在着一定的缺点:(1)易随漏风扩散,不易滞留在注入的区域内;(2)注氮机需要经常维护;(3)降温灭火效果差。6.3.4惰性气体泡沫防灭火材料主要是氮气泡沫、二氧化碳泡沫等。在井下灭火时,可采用钻孔压注方法,将溶液注入自然发火区域。该技术避免了“拉沟”现象;水也能均匀分布;适于采空区或煤堆深部的煤炭自燃。但由于泡沫很容易破灭,加上只有液相水,一旦水分挥发,防灭火性能就消失。7不同地点火灾的防治技术7.1井口建筑物火灾进风井口建筑物发生火灾时,应采取防止火灾气体及火焰侵入井下的措施:立即反转风流或关闭井口防火门,必要时停止主要通风机;按矿井灾害预防和处理计划的规定,引导人员出井;迅速扑灭火源。7.2井筒中的火灾进风井筒中发生火灾时,为防止火灾气体侵入井下巷道,必须采取反风或停止主要通风机运转的措施。7.3井底车场的火灾当进风井井底车场和毗连硐室发生火灾时,必须进行反风或使风流短路,确保火灾气体不侵入工作区。回风井井底发生火灾时,应保持正常风向,在可燃气体不会聚集到爆炸限度的前提下,可减少进入火区的风量。矿山救护人员要用最大的人力、物力直接灭火和阻止火灾蔓延。为防止混凝土支架和砌碹巷道上面的木垛燃烧,可在碹上打眼或破碹,设置水幕。如果火灾的扩展危及关键地点(如井筒、火药库、变电所、水泵房等),则主要人力、物力应用于保护这些地点。7.4井下硐室中的火灾硐室发生火灾,且硐室无防火门时,应采取挂风障控制入风,用水、灭火器、高倍数泡沫或砂子灭火。7.5倾斜巷道中的火灾倾斜进风巷道发生火灾时,必须采取措施防止火灾气体侵入有人作业的场所,特别是采煤工作面。为此,可采取风流短路和局部反风、区域反风等措施。7.6平巷石门和其他水平巷道中的火灾位于矿井或一翼总