矿井灾害防治技术(第二章_火灾)

幻灯片1第三章矿井火灾防治目录第一节基本概念和理论概述第二节开采技术预防自然发火第三节通风措施防治自然发火第四节介质法防灭自然发火第五节矿井火灾处理复习题问题思考幻灯片2第一节基本概念和理论概述主要内容一、矿井火灾发生的基本要素二、矿井火灾的分类三、煤炭自然发火四、矿井火灾的危害五、火风压六、矿井火灾防治的技术途径幻灯片3一、矿井火灾发生的基本要素（1）可燃物。（2）助燃剂（O2）。（3）热源。火灾的3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。幻灯片4二、矿井火灾的分类（1）根据不同引火热源，矿井火灾可分为外因火灾和内因火灾。（2）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）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。幻灯片5三、煤炭自然发火1.煤的氧化自燃过程其过程如图2-1-1所示：1）潜伏期；2）自热期；3）自燃期。在《矿井防灭火规范》中规定出现下列现象之一，即为自然发火。幻灯片61）出现明火、火炭或烟雾等现象；2）由于煤炭自热而使煤体、围岩或空气温度升高至70℃以上；3）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。2．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：1）煤炭具有自燃的倾向性，并呈破碎状态堆积存在；2）连续的通风供氧维持煤的氧化过程不断地发展；3）煤氧化生成的热量能大量蓄积，难以及时散失。幻灯片73．煤的自然发火期煤炭自然发火是一渐变过程，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然发火。这一时间间隔叫做煤层的自然发火期，是煤层自燃危险在时间上的量度。自然发火期愈短的煤层，其自燃危险性愈大。幻灯片84．影响煤炭自然发火的因素煤炭自然发火是一个复杂的物理化学过程，影响煤炭自然发火的因素较多，概括起来主要有如下几个方面：1）煤的自燃倾向性煤的自燃倾向性主要取决于以下几个方面：①煤的变质程度；②煤的孔隙率和脆性；③煤岩成分；④煤的水分；⑤煤中硫和其他矿物质；⑥煤中的瓦斯含量。2）煤层的赋存地质条件①煤层厚度与倾角；②地质构造；③煤层埋藏深度；④围岩的性质。幻灯片93）开拓系统4）采煤方法5）漏风条件（如图2-1-2）幻灯片10四、矿井火灾的危害矿井火灾的发生具有严重的危害性，主要表现在以下几个方面：（1）人员伤亡；（2）矿井生产接续紧张；（3）巨大的经济损失；（4）污染环境。幻灯片11五、火风压发生火灾时，高温烟流流过巷道，巷道所在的回路中的自然风压发生变化,这种因火灾而产生的自然风压变化量,在灾变通风中称之为火风压。1.火风压的计算方法在F点发火,由于火源下风侧3-4风路的风温和空气成分发生变化,从而导致其密度减小,该回路产生火风压,根据火风压定义可得:Hf=Zg(ρma-ρmg)式中Hf—火灾时1-2-3-4-1回路的火风压,Pa；Z—1-2-3-4-1回路的高差,m；ρma,ρmg—分别为3-4分支火灾前后空气和烟气的平均密度,kg/m3.由式可见,所谓火风压就是指烟流流经有高差巷道时,由于风流温度升高和空气成分变化等原因而引起该巷道位能差变化值.幻灯片12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。因此,当其产生于上行风巷道时,作用方向与主要通风机风压相同；产生于下行风巷道时与主要通风机风压作用方向相反，成为通风阻力,称之为负火风压。火风压的大小和方向取决于：烟气流过巷道的高度,通过火源的风量,巷道倾角,火源温度和火源产生的位置.2.矿井火灾发生时如何控制火风压采取积极的灭火方法迅速扑灭或控制火灾，使火风压尽量减少；在火源进风侧设置临时防火墙，减少火烟生成量，同时防止瓦斯积聚引起爆炸。幻灯片133.风流的紊乱形式1）旁侧支路风流逆转，如图2-1-4所示；当火势发展到一定的程度时,通风网路中与火源所在排烟主干风路相连的某些旁侧分支的风流可能出现与正常风向相反的流动,在灾变通风中把这种现象叫做旁侧支路风流的逆转.如图2-1-4(a)所示,设在2-4分支内发生了火灾,正常情况下烟气将随风流通过4-5,5-6分支排出地面.当火势发展到一定程度时,会使旁侧支路3-4分支风流反向,烟流从主干风路流向旁侧风路侵入4-3,3-5分支(如图2-1-4(b)),从而扩大了事故的范围.幻灯片143.风流的紊乱形式2）主干风路烟流逆退，如图2-1-5所示；在分支2-4内的一点产生火源,若火势迅猛,烟气生成量大,火源下风侧排烟受阻,烟气一面沿主干风路的回风系统4-5-6排出,另一方面充满巷道全断面逆着主干风路的进风流向2节点,这种现象叫烟流逆退.当逆退的烟流达到2节点后,将随旁侧分支2-3,3-5的风流侵袭更大的范围,从而使危害扩大.下行风或水平巷道中这种风流紊乱现象更为常见.幻灯片153）火烟滚退，如图2-1-6所示。在火源上风侧附近的巷道断面上出现两种不同的流向:即巷道上部烟气逆风流动,经过一定的距离后又与下部风流一起按原方向流动,如图2-1-6所示.烟气生成量越大,火源温度越高,巷道风速越低,发生滚退的概率越大。烟气的滚退,往往是主干风路风流的逆退和旁侧支路逆转的前兆.幻灯片16六、矿井火灾防治的技术途径（一）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。幻灯片171．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：①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；②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。幻灯片182．预防外因火灾蔓延的措施其措施有：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。（二）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.幻灯片19第二节开采技术预防自然发火主要内容一、井下易于自燃的区域二、预防自然发火的开拓开采技术措施幻灯片20一、井下易于自燃的区域采空区；煤柱；巷道顶煤；断层和地质构造附近。二、开拓开采技术预防自然发火的措施从防止矿井自然发火的角度出发，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煤体，消除自燃的供氧条件；③将流向可燃物质的漏风，在数量上限制在不燃风量之下，在时间上限制在自然发火期以内。为满足上述要求，通常应采取以下技术措施：幻灯片211.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）分采分掘布置区段巷道，如图2-2-2；幻灯片224）推广无煤柱开采技术。在确定开拓方式和采区巷道布置时，还要考虑通有利于通风系统防火及均压防灭火等有关通风系统管理的要求。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，对于防止自然发火非常有利。幻灯片232）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。幻灯片24第三节通风措施防治自然发火主要内容一、选择合理的通风系统二、增阻减少漏风防灭火三、均压减少漏风防灭火幻灯片25通风措施防治自然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，消除自然发火的供氧条件，从而达到预防和消灭自然发火的目的。一、选择合理的通风系统1）选择合理的通风系统（见图2-3-1）通风不良、通风系统混乱、漏风严重的地点往往容易发生自燃火灾。幻灯片262）实行分区通风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方式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。若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（图2-3-2），工作面较长时可采用后退式W型通风系统（图2-3-3）。幻灯片27二、增阻减少漏风防灭火1.合理确定通风构筑物的位置根据通风阻力定律，漏风区域的漏风量随漏风风阻的增大而减少。例如，图2-3-4的巷道AB间煤柱内有裂隙ced，构成漏风通路。一切控制风流的装置都应设在围岩坚固、地压稳定的地点，不得设在裂隙带和冒顶区内，以免增大漏风量引起自燃。2.堵漏措施1）沿空巷道挂帘布；2）利用飞灰充填带隔绝采空区；3）利用水砂充填带隔绝采空区；4）喷涂空气泡沫防止漏风；5）凝胶堵塞漏风。幻灯片28三、均压减少漏风防灭火又称为调压防灭火。其实质是利用风窗、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。常见均压防灭火的方法有开区均压和闭区均压。幻灯片29(一)开区均压生产工作面采空区煤炭自燃高温点产生的位置取决于采空区内堆积的遗煤和漏风分布。常见的开区均压方法有并联漏风的开区均压、角联漏风的均压和复杂漏风的均压。1）并联漏风的开区均压并联漏风是后退式回采U型通风系统工作面采空区扩散、漏风的简化等效风路，如图2-3-8。幻灯片30在采取调压处理之前，首先应判断自燃高温火点在漏风带中的大致位置，具体有以下几种情况：（1）当自燃高温火点处于如图2-1-2所示的自燃带Ⅱ中后部（靠近窒息带）时，则可用降低漏风压差（工作面通风阻力）的方法，减小漏风带宽度，使窒息带覆盖高温点。其措施有：①在工作面进风或回风中安设调节风窗，或稍稍启开与工作面并联风路中的风门d。②在工作面下端设风障或挂风帘（如图2-3-9）。这种方法对于减少采空区的瓦斯涌出也是有利的。幻灯片31（2）高温点位于自燃带的前部（靠近漏风带附近）时，采用减小风量的方法不能使其被窒息带覆盖时，一般也可采用在工作面下端挂风帘的方法来减小火源所在区域内的漏风，同时加快工作面的推进速度，使窒息带快速覆盖高温点。（3）如果高温点位置不好判断时，可以在工作面进风或回风中安设调节风窗，或稍稍启开与工作面并联风路中的风门。幻灯片322）角联漏风的调压采空区内除存在并联漏风外，还有部分漏风与其他风巷或工作面发生联系，这种漏风叫角联漏风。如图2-3-10（a）所示。幻灯片33调节角联漏风要在风路中适当位置安装风门和风机等调压装置，降低漏风源的压能，提髙漏风区的压能。如图3-10所示，3~6和4一5为工作面，采空区内漏风通道即为角联分支，漏风方向3→5。为了消除对角漏风，可改变相邻支路的风阻比，使之保持为幻灯片343）复杂漏风采空区内除存在并联漏风外，还有部分漏风与其他不明区域发生联系，但难以判断其等效风路形式，这种漏风属复杂漏风。复杂漏风可分为从不明区域漏入和漏出两种形式。图2-3-10为从不明区域漏入,消除这类漏风，抑制采空区遗煤自燃，通常的做法是在回风巷安设调节风门，提高工作面空气的绝对压力，为了不减少工作面的供风量，可在工作面进风巷安设风机。需要指出的是，工作面空气压力的提髙应与不明区域漏风源的绝对压力平衡，以避免工作面向采空区后部漏风。幻灯片352.闭区均压在已封闭的区域采