矿井火灾防治

论矿井火灾危害与防治摘要：煤矿生产环境条件复杂,火灾致灾因素众多,煤尘瓦斯危害严重,导致煤矿火灾事故比其它行业火灾事故严重得多。近年来,煤矿火灾事故时有发生,由此导致的严重人员伤亡和经济损失造成了恶劣的经济社会影响,成为整个社会普遍关注的重大安全问题。本文阐述了煤矿火灾类型与产生的危害，分析了煤矿火灾发生原因，总结了煤矿火灾防治技术现状与存在的主要问题。关键词:矿井火灾；防灭火技术；防治技术中图分类号：TD712文献标识码：AThetheoryofminefirehazardandprevention(KeyLaboratoryfortheExploitationofSouthWestResources&theEnviromentaiDisasterControlEngineering,MinistryofEducation,ChongqingUniversity,Chongqing40030,China)Abstract:Productionofcoalmineenvironmentconditioniscomplex,manyfactorsforfire,coaldustgasharmisserious,leadingtocoalminefireaccidentfireaccidentismuchmoreseriousthananyotherindustry.Inrecentyears,thecoalminefireaccidenttohappenfromtimetotome,theresultingseriouscasualtiesandeconomiclossescausedbythebadeconomicsocialinfluence,becomeamajorsecurityissuesofcommonconcerntothesocietyasawhole.Thispaperexpoundstheharmofcoalminefiretypeandproduce,analyzethereasonofthecoalminefire,summarizesthepresentsituationandthemainproblemsofcoalminefirepreventionandcontroltechnology.Keywords:Theminefire;Fire-fightingtechnology;Preventionandcontroltechnology；1概述煤矿火灾是煤矿生产中的重大灾害之一，矿井发生火灾事故,轻者影响生产,重者可能烧毁煤炭资源、设备和器材,甚至引起瓦斯、煤尘爆炸和中毒窒息,酿成重大的人身伤亡。因此,做好煤矿防灭火工作,加强防灭火管理,对保障安全生产具有重要意义。煤矿火灾事故按引火原因可分两种。1.1内因火灾内因火灾是指自燃物在一定的外部条件下,自身发生物理化学变化,产生并积聚热量,使其温度升高,达到自燃点而形成的火灾。在煤矿中自燃物主要指具有自燃倾向性的煤炭。煤矿内因火灾事故的特点为：(1)难以治理。只要有氧存在,煤层必然氧化产热,当热量聚集到一定程度时,就会引起煤层自燃,引发煤矿火灾。(2)继发性强。煤层氧化导致煤自燃是一个缓慢的过程,伴随着热量的聚集和向四周的传递。煤层自燃时,围岩温度高,蓄积热能多,不仅增加灭火难度,还容易引起已灭煤层的复燃。(3)火源隐蔽。煤层自燃时火源往往隐藏在煤层深部,导致很多时候能探测到有毒有害气体,但是不见明火,到目前为止这一问题还没有很好的解决方法。1.2外因火灾外因火灾指可燃物在外界火源的作用下,引起燃烧而形成的火灾。煤矿外源火灾的形成与外部的火源密切相关,这些外部火源包括明火、电火花、放炮、机械摩擦火花。而通常情况下,煤矿外因火灾中的可燃物包括煤层和各种木料、油料、煤尘、瓦斯,事故多发地点包井下电器设备硐室、采掘工作面和有电缆分布的木支护巷道以及进口附近。外因火灾具有下列特点:(1)发生突然,没有预兆。外因火灾事故不同于内因火灾事故,没有潜伏期和自热期,火源明显,火势凶猛。(2)如果不能及时发现与控制,通常会造成重大的安全事故,造成严重的人员伤亡事故,带来巨大的经济损失。(3)火焰一般都在可燃物表面,若及时第28卷2发现采取措施,很容易扑灭。1.3煤矿火灾危害性通常表现在:(1)大量有毒有害气体。有毒有害气体的吸入是引起人员死亡的祸首。煤矿火灾会的发生会造成地下巷道迅速聚集CO、C02和S02等有毒有害气体,人员一旦吸入此类气体就会窒息中毒而亡。(2)毁坏设备设施,造成煤炭资源燃烧。煤矿火灾会引起井下煤炭的燃烧,使釆掘出来的煤的发热量大大减少,造成矿石资源的严重浪费,并烧毁各种作业设备。在很多情况下,煤矿火灾的发生会引起火区的长时间封闭,导致某些没有被烧毁的设备很有可能因为长期的腐烛而全部或部分报废;(3)影响连续开采,降低生产效率。大规模煤矿火灾发生后,直接灭火往往行不通,这种情况下,必须对封闭火区。被封闭的火区只有在里面的火完全熄灭后才可以打开。有些火区因裂隙较多或密封不严,火区里面的火要很长时间才能熄灭,严重影响安全生产的进行,影响煤层开采的连续性。同时由于火灾煤矿中的支护结构会被烧毁,导致巷道的将塌,严重阻碍后续生产恢复的进行。(4)引发瓦斯、煤尘爆炸,造成二次灾害。煤矿火灾不仅为瓦斯和煤尘的爆炸提供了热源,同时高温作用下煤炭和坑木中会释放出各种碳氢化合物组合而成的爆炸性气体,增大了瓦斯和煤尘发生爆炸的几率。同时煤矿发生火灾时,原本沉降的煤尘会重新漂浮,从而增加了煤尘爆炸的几率。当巷道中出现瓦斯突出或巷道中煤尘浓度超过临界值时,就会发生爆炸事件,扩大灾害的范围,造成更大的人员伤亡和经济损失。2煤矿火灾灾害发生特点与原因2．1煤矿火灾灾害发生特点2.1.1煤矿火灾事故死亡人数总体呈下降趋势“十一五”以来，致人死亡煤矿火灾事故情况如图1-1、。可以看到，煤矿火灾事故死亡人数总体呈下降趋势。20062007200820092010201120121020304050607080事故起数死亡人数年度事故起数/起200400死亡人数/人图1-1“十一五”以来致人死亡煤矿火灾事故情况统计2.1.2煤矿火灾事故是威胁煤矿安全生产的主要类型之一2008～2012年期间，全国煤矿共发生火灾事故36起、死亡371人，分别占事故总量的0.5%和3.2%，其中发生较大火灾事故11起、死亡66人，分别占较大事故总量的2.2%和2.9%，发生重大以上火灾事故13起、死亡288人，分别占重大以上事故的10.9%和12.1%。煤矿火灾事故死亡人数较多且重特大事故多有发生，2008～2012年全国煤矿各类重大以上事故总起数比例图及各类重大以上事故死亡人数比例图如图1-3、图1-4所示。图1-32008-2012年全国煤矿各类重大以上事故总起数比例图1-42008-2012年全国煤矿各类重大以上事故死亡人数比例2.1.3较大及重大以上火灾事故多集中于乡镇煤矿乡镇煤矿由于安全管理、防火安全资金与装备投入等方面存在诸多不足，导致火灾第28卷3事故频发，2012年发生的5起煤矿火灾事故中，乡镇煤矿占了4起，共死亡25人，分别占煤矿火灾事故总量和死亡人数的80.0%和92.6%；国有地方煤矿发生1起，死亡2人，分别占20.0%和7.4%；国有重点煤矿没有发生火灾事故。2.1.4自燃煤层分布广，自然发火情况严重我国煤炭资源丰富，成煤时期多，煤田类型多样，开采煤层具有多样化的地质特征，开采容易自燃、自燃煤层的矿区分布较广，一些主要煤炭基地如神东、乌达等矿区开采的煤层都属于自燃或容易自燃煤层，自燃火灾严重影响煤矿安全生产。根据煤田地质情况，全国可划分为40个煤层自然发火严重的大中型矿区，总体表现为北多南少的趋势。容易自燃煤层和自燃煤层在全国的区域分布如图1-9所示。图1-9全国煤层自然发火严重矿区分布示意图2.2煤矿火灾事故原因分析煤矿火灾事故的发生主要受以下方面因素影响，一是煤层赋存与开拓开采条件；二是技术装备和组织管理水平，包括火灾防治的技术装备、人员素质、管理理念、管理有效性等。2.2.1煤层赋存条件复杂是煤矿火灾事故多发的根本性因素我国90%以上的煤矿属于井工开采，煤层厚度、煤层倾角、煤层埋藏深度、地质构造、围岩性质以及煤层瓦斯含量等赋存条件差异性较大。同时，受煤本身煤化程度、煤岩组分、水分、含硫量、孔隙率及脆性等方面的影响，具有煤层自然发火倾向的矿井占总量的半数以上，客观上增加了煤矿火灾防治的难度。此外，随着我国煤矿开采能力与生产强度的提升，由于小窑火、浅地表火、煤田火以及原有采空区遗煤自燃等隐患的存在，加之内部漏风甚至是地表漏风的影响，对于非单一煤层的煤层群开采带来了严重威胁，也对传统的防灭火技术的适用性提出了更高的要求。2.2.2技术装备和管理水平的不足目前，我国煤矿火灾防治领域应用的技术、工艺与装备主要集中在煤自燃倾向性鉴定、煤自然发火预测预报的气体分析法及预测预报指标体系，各类型防灭火技术如注浆防灭火、阻化防灭火、惰气防灭火等针对性还不够强，同时对于隐蔽火源探测、煤田火灾的探测以及矿井胶带、电缆等引起的典型外因火灾防治缺乏有效的技术手段，相关研究尚难以实现对火源的精确定位和监测预警，不能有效指导矿井火灾防治。一些中小煤矿的安全投入不足，致使火灾防治的成熟技术没有得到有效推广与应用，特别是乡镇煤矿的火灾防治技术力量与装备水平还相当薄弱，安全生产的保障能力较差，导致火灾事故频发。3内因火灾的煤矿火灾防治3.1煤炭自燃机理与发火期3.1.1煤自燃机理为什么煤会在没有外界推动力的自然状态下燃烧,关于这个问题,许多学者早在17世纪就开始了研究探索,他们最终得出:煤的自燃是由于煤与空气中的氧气发生物理及化学作用最终导致煤炭燃烧。但是什么是引起煤自燃的最开始的动力,不同的学者有不同的看法,目前主要有以下几种学说: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。煤氧复合导因学说是目前被广泛认可的学说。其认为煤与氧气发生吸附及氧化作用会放出热量,最终导致煤自燃。一般认为,煤层自燃必须满足下列4个条件:(1)有自燃倾向性的煤炭开采后呈破碎状态，堆积厚度一般要大于0.4m；(2)具有含氧量较高的风流流经破碎的第28卷4煤体，维持煤的氧化过程不断的发展；风流速度适中，使破碎的煤体有积聚氧化热量的环境，即有较好的蓄热条件；(3)有适量的通风供氧，通风是维持较高氧浓度的必要条件，是保证氧化反应自动加速的前提，实验表明，氧浓度＞15%时，煤炭氧化才可以较快进行；(4)以上三个条件共存的时间大于煤的自然发火期。上述四个条件缺一不可，前三个条件为煤炭自燃的必要条件，最后一个是充分条件。3.1.2煤自然发火期及其估计煤的自燃发火指具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。而自然发火期是指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）目前，煤的自然发火期主要采用统计比较法、类比法估算。3.2自然发火预测技术研究现状煤层自然发火预测技术是指在煤层开采前或煤层开采过程中,仍处在低温氧化阶段(即潜伏期),还未出现自然发火征兆之前,仅根据煤层实际开采条件,超前判断煤层自燃的危险程度、自然发火期及自燃危险区域的一种技术。预测技术目前主要有自燃倾向性测试法、综合评判法、统计类比法和自然发火实验测试法四种。3.2.1自燃倾向性测试法煤自燃倾向性是煤自然发火危险性评价的首要指标，表征了煤层开拓之前自然发火的可能程度，反映了煤自身的物理化学性质与其自然发火特性之间的关联性。自燃倾向性测试法主要是根据煤自燃倾向性不同,划分煤层自然发火等级,以此区分煤层的自燃危险程度,从而采取相应的防灭火措施。鉴定煤的自燃倾向性对于掌握自然发火的发火规律，有针对性的采取防火措施具有重要意义。常用的测定方法有：着火温度降低值测定法、吸氧量测定法、氧化速度测定法、差热测定法、重量测定法等。3.2.2综合评判预测法根据影响