【采矿课件】第二章矿井火灾

-47-（单元教案首页）单元标题：第二章矿井火灾防治教学时数：（12）学时，其中理论（12）学时教学目的与要求：使学生掌握矿井火灾防治基本概念和理论概述、开采技术预防自燃发火、通风措施防治自燃发火、介质法防灭自燃发火、矿井火灾处理。主要教学内容：第一节基本概念和理论概述（2学时）第二节开采技术预防自燃发火（2学时）第三节通风措施防治自燃发火（3学时）第四节介质法防灭自燃发火（3学时）第五节矿井火灾处理（2学时）教学重点与难点：重点掌握矿井火灾发生的基本要素、矿并火灾的分类、煤炭自燃发火、矿井火灾的危害、火风压、矿井火灾防治的技术途径、开采技术预防自燃发火的技术措施、通风防治自燃发火措施、介质法防灭自燃发火、灌浆防灭火、凝胶防灭火、阻化剂防灭火、惰气防灭火、泡沫防灭火等灭火方法以及矿井火灾处理措施；难点是介质法防灭自燃发火。课后作业：复习题课后体会：-48-第二章矿井火灾防治第一节基本概念和理论概述一、矿井火灾发生的基本要素（1）热源。（2）可燃物。（3）空气。二、矿并火灾的分类(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。外因火灾是由于外部热源引起的火灾。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。(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。三、煤炭自燃发火1.煤的氧化自燃过程其过程如图图2-1-1所示。煤炭自燃一般要经过3个时期：（1）潜伏期。（2）自热期。（3）自燃。井下发生自燃发火时往往会出现以下一些可被人感觉的征兆：(l)嗅觉。(2)视觉。(3)感（触）觉。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。3．煤的自燃发火期图2-1-1煤自燃发展过程示意图-49-从理论上讲，煤层的自燃发火期定义为：从发火地点的煤层被揭露（或与空气接触）之日起，至出现《矿井防灭火规范》中定义的有关现象之一，或温度上升到自燃点为止，所经历的时间叫煤层的自燃发火期，以月或天为单位。煤层最短自燃发火期是指在最有利于煤自热发展的条件下，煤炭自燃需要经过的时间。4．影响煤炭自燃发火的因素煤炭自燃发火的因素较多，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是煤自燃的固有特性，是煤炭自燃的内在因素，属于煤的自燃属性。《煤矿安全规程》规定煤的自燃倾向性分为3类：I类为容易自燃，II类为自燃，III类为不易自燃。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煤中硫和其它矿物质。⑥煤中的瓦斯含量。（2）煤层的赋存地质条件①煤层越厚与倾角。②地质构造。③煤层埋藏深度。④围岩的性质。（3）开拓系统开采有自燃发火危险的煤层时，开拓系统布置十分重要。有的矿井由于设计不周，管理不善，造成矿井巷道系统十分复杂，通风阻力很大，而且主要巷道又都开掘在煤层中，切割煤体严重，裂隙多、漏风大。因而，造成煤层自燃发火频繁。（4）采煤方法采煤方法对自燃发火的影响主要有回采时间的长短、采出率的高低、采空区的漏风状况以及近距离煤层同时开采时错距和相错时间等。（5）漏风条件只有向采空区不断的供氧，才能促使煤炭氧化自燃，即采空区漏风是煤炭自燃的必要条件。对于“U”型通风系统的采空区，按漏风大小和遗煤发生自燃的可能性将采空区沿推进方向分为三个区域：窒息带Ⅲ（不自燃带）、自燃带Ⅱ（宽度为L2）和散热带I（宽度为Ll）（如图2-1-2）。从安全的角度考虑，自燃带的最大宽度为Ll+L2，设工作面的推进速度为υ，则在I、Ⅱ带内煤暴露于空气的时间τ=（Ll+L2）/υ（月），如自燃发火期为τS，当：τS≤（Ll+L2）/υ（2-1-1）说明自燃带内有△L＝Ll+L2－υτS宽度存在时间超过自燃发火期，有自燃危险。而采空区自燃带最大宽度取图2-1-2采空区散热、自燃、窒息三带分布示意图-50-决于顶板管理。根据顶板的岩石冒落特点，采用与岩性相适应的顶板管理方法，减小Ll+L2之值，即可减小自燃发火的危险性。由此可见，采空区遗煤自燃与否主要取决于工作面的推进速度和自燃带最大宽度Ll+L2。另外，煤层群开采的顺序以及同采时的错距不合理会增大采空区自燃发火的危险性。四、矿井火灾的危害(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。五、火风压火灾时高温烟流流过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如图2-1-3所示的模型化的通风系统中，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）（2-1-2）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。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2-1-4(a)、2-1-4(b)所示。（2）主干风路烟流逆转。如图2-1-5所示。（3）火烟逆退。图2-1-3图2-1-4旁侧支路风流逆转图2-1-5主干风路烟流逆退-51-六、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。1．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。2．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铁门，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）自燃发火防治的技术途径根据煤炭自燃发火的机理和条件，通常从开采技术、堵漏措施、介质法防灭火三个方面采取措施进行预防。第二节开采技术预防自燃发火一、井下易于自燃的区域(1)采空区。自燃火区主要分布在有碎煤堆积和漏风同时存在、采空时间大于自燃发火期的地方。(2)煤柱。尺寸偏小、服务期较长、受采动压力影响的煤柱，容易压酥碎裂，其内部产生自燃发火。(3)巷道顶煤。采区石门、综采放顶煤工作面沿底掘进的进回风巷等，巷道顶煤受压时间长，压酥破碎，风流渗透和扩散至内部（深处），便会发热自燃。(4)断层和地质构造附近。工作面搬家和不正常推进以及工作面过地质构造带或破碎带都是煤自燃发生频率较高的区域。二、开拓开采技术预防自燃发火的措施为满足开采技术要求，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。图2-2-1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—联络巷图2-1-6火烟滚退示意图-52-（3）分采分掘布置区段巷道。（见图2-2-1、2-2-2）。(4)推广无煤柱开采技术。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，有利于防止自燃发火。（2）选用合理的顶板管理方式。（3）选择合理的回采工艺及其参数，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、下采空区之间产生角联漏风。（5）选择合理的开采顺序。合理的开采顺序是：煤层间采用下行式，即先采上煤层，后采下煤层；上山采区先采上区段，后采下区段，下山采区与此相反。第三节堵漏措施防治自燃发火一、选择合理的通风系统正确选择通风系统，减少漏风，对防止自燃发火有重要作用。其措施如下：（1）选择合理的通风系统。（2）实行分区通风。（3）选择合理的采区和工作面通风系统。（图2-3-2、图2-3-3）。二、增阻减少漏风防灭火1．合理确定通风构筑物的位置2．堵漏措施（1）沿空巷道挂帘布。（2）利用飞灰充填带隔绝有空区。（3）利用水砂充填带隔绝采空区。图2-3-1通风的系统选择(a)—前进式；(b)—后退式图2-3-3W型通风系统图2-3-2U型通风系统图2-2-2上下区段分采分掘1—下区段工作面回风巷掘进头；2—下区段工作面运输巷掘进头-53-（4）喷涂泡沫防止漏风。（5凝胶堵塞漏风。三、均压减少漏风防灭火（一）不同调压设施局部调压的原理1．调节风窗调压的原理如图2-3-5(a)（b）所示2、风机调压的原理如图2-3-6所示3、风窗-风机联合调压的原理(二)均压防灭火的方法1．开区均压1）工作面并联漏风的开区均压工作面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。并联漏风的开区均压是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，以降低漏风压差（工作面通风阻力），减小漏风带宽度，使窒息带覆盖高温点（如图2-3-9）。2）工作面角联漏风的调压当同时开采层间距较近两层煤时，因两工作面间的错距较小，造成上下工作面采空区相互连通，而产生对角漏风。如图2-3-10中3-5虚线所示。3）工作面复杂漏风2．闭区均压1）风门、风窗调节法2）风筒风机调节法3）调压气室均压（1）连通管调压气室（2）风机调压气室。第四节介质法防灭自燃发火一、灌浆防灭火（一）灌浆防灭火的机理（1）泥浆中的沉淀物将碎煤包裹起来，隔绝或减小煤与空气的接触和反应面；（2）浆水浸润煤体，增加煤的外在水分，吸热冷却煤岩，减缓其氧化进程；（3）沉淀物充填于浮煤和冒落的岩石缝隙之间，堵塞漏风通道，减少漏风。图2-3-8采空区并联漏风图2-3-6风机调压的原理图2-3-9工作面下端挂设风帘后三带分布图2-3-10采空区角联漏风图2-3-5调节风窗调压的原理-54-（二）灌浆系统灌浆系统由制浆设备、输浆管道和灌浆钻孔三部分组成。1．浆液的制备（1）浆材的选取。（2）浆液的制备工艺。2．浆液的输送（1）输浆压力与输浆倍线。（2）灌浆管道的选择。（3）灌浆钻孔。（三）灌浆方法1、采前预灌所谓采前预灌即是在工作面尚未回采前对其上部的采空区进行灌浆。2、随采随灌在采煤工作面推进的同时向采空区灌注泥浆。（1）钻孔灌浆。如图2-4-1所示。（2）小巷钻孔灌浆。如图2-4-2所示。（3）埋管灌浆。（4）洒浆。(5)综采工作面插管灌浆。（见图2-4-3）3、采后灌浆（四）灌浆注意事项（1）经常观察水情。（2）灌浆后应再灌几分钟清水，清洗管道，以免泥浆在管道内沉淀。（3）设置滤浆密闭。（4）防止地表水流入井下。（5）灌浆区下部采掘。二、凝胶防灭火（一）原理凝胶防火技术是通过压注系统将基料（xNa2O·ySiO2）和促凝剂（铵盐）两种材料按一定比例与水混合后，注入渗透到煤和岩石的裂隙中，成胶后则固结在煤体中，起到堵漏和防火的目的。其反应方程式如下：图2-4-3综放面插管灌浆图2-4-2小巷道钻孔灌浆示意图1—底板消火道；2—钻窝巷道；3—钻孔；4—回风道；5—工作面进风巷图2-4-1钻孔灌浆示意图1—底板消火道；2—回风道；3—钻孔；4—工作面进风巷-55-Na2SiO3+NH4HCO3=H2SiO3+Na2CO3+NH3(g)（二）凝胶防灭火工艺1．双箱双泵工艺如