矿井火灾防治

一、矿井火灾的概念矿井火灾是指发生在矿井地面或井下，威胁矿井生产，造成损失的一切非控制性燃烧。例如：矿井工业场地内的厂房、仓库、储煤场、井口房、通风机房、井巷、采掘工作面、采空区等处的火灾均属矿井火灾。二、矿井火灾的分类及其特点(一)根据矿井火灾发生的地点分类1.地面火灾：地面火灾是指发生在矿井工业场地内的厂房、仓库、储煤场、矸石场、坑木场等处的火灾。2.井下火灾：井下火灾也叫矿内火灾，是指发生在井下或发生在地面，但能波及井下的火灾。井下火灾按其发生的地点和对矿井通风的影响大小以及灭火救灾的难易程度，又分为三类：1、上行风流火灾：上行风流中发生火灾时，由火灾产生的火风压方向与风流方向一致，也就是与矿井主要通风机风压方向一致。主干风路风量增大，旁侧风路风流不稳定。2、下行风流火灾：下行风流中发生火灾时，火风压的方向与矿井主要通风机风压作用方向相反。主干风路风流不稳定。3、进风流火灾：火灾产生的高温烟流和有害气体，随风流流入采掘工作面易造成人员伤亡。(二)根据矿井火灾发生的原因分类1.外因火灾（外源火灾）：2.内因火灾（煤炭自燃火灾）：三、矿井火灾的危害1.产生大量有害气体矿井发生火灾后能产生CO、CO2、SO2等大量有害气体和烟尘，据国内外统计，在矿井火灾事故中遇难的人员95%以上是有害气体中毒所致。2.产生高温3.引起瓦斯煤尘爆炸4.造成重大经济损失煤炭自燃现象早在数百万年之前就已发生，例如，大同侏罗纪煤层早在第四纪早更新世、距今大约200万年之前就开始自燃。据统计，我国目前约有50%的煤矿存在自然发火危险，发火期最短的只有20天，每年由于自燃所造成的直接和间接损失近百亿元。2000年统计，全国425对国有煤矿共发生火灾168次，其中自燃154次，占91.67%.一、煤炭自燃的发展过程煤炭自燃的发展过程可分为潜伏期、自热期和自燃期3个阶段。1.潜伏期：自煤层被开采，接触空气起至煤温开始升高所经过的时间区间称为潜伏期或自燃准备期。2.自热期：随着时间增长，煤温度开始升高到达着火点所经过的时间区间称为自热期或自热阶段。3.燃烧期煤温度升高到燃点后，若供氧充分，则发生燃烧，出现明火和大量高温烟气，烟气中含有CO、CO2和碳氢化合物。二、影响煤炭自然的因素煤炭自燃需要具备四个条件：(1)具有自燃倾向性的煤呈破碎状态堆积，其厚度大于0.4m；(2)连续地供氧；(3)有较好的蓄热条件；(4)前边三个条件共存的时间大于煤的自然发火期。四个条件中(1)是煤的本身应具备的条件，主要取决与煤的物理化学性质，(2)、(3)、(4)是其外部条件，取决地质开采因素。(一)影响煤自燃倾向性的因素煤的自燃倾向性是指煤自燃的难易程度，它主要受下列因素的影响：1.煤的化学性质与变质程度煤的自燃倾向性随煤的变质程度增高而降低，褐煤燃点最低，其发火次数比其他煤多得多，气煤、长焰煤次于褐煤，但高于无烟煤，无烟煤发火性最低。2.煤岩成分镜煤、亮煤的灰分低，易破碎，有利于煤炭的自燃发展。因此含丝煤多的煤，自燃倾向性大，含暗煤多的煤，不易自燃。3.煤的含硫量煤中黄铁矿的存在，将会对煤的自燃起加速作用，其含量越高，煤的自燃倾向性越大。4.煤中的水分煤中水分少时，有利于煤的自燃；水分足够大时，会抑制煤的自燃，但失去水分后，其自燃危险性将会增大。5.煤的空隙率和脆性煤的空隙率越大，越易自燃。对于变质程度相同的煤，脆性越大，开采时易破碎，自燃容易。(二)影响煤炭自燃的地质、开采因素1、煤层厚度：煤层厚度越大，自燃危险性越大。2、煤层倾角：煤层倾角越大，发火越严重。这是由于倾角大的煤层开采时，顶板管理较困难，采空区不易充实，尤其急倾斜煤层煤柱也难留住，漏风大。3、顶板岩石性质：坚硬难跨落型顶板，漏风大，且封闭不严，有利于自燃的发生。4、地质构造：5、开采技术因素：合理的开拓系统应保证对煤层切割少，留设的煤柱少，采空区能及时封闭；合理的采煤方法应是巷道布置简单，煤炭回收率高，推进速度快，采空区漏风小。6.漏风强度漏风给煤炭自燃提供必须的氧气，漏风强度的大小直接影响着煤体的散热。三、煤炭自燃倾向性的鉴定煤炭自燃倾向性的鉴定方法很多，我国目前采用“双气路气相色谱吸氧法”。它是用ZRJ—1型煤自燃性检测仪来测定常压下每克干煤在30℃时的吸氧量。根据此吸氧量来划分煤的自燃倾向性等级。《规程》规定：新建矿井的所有煤层，生产矿井新水平的所有煤层，都必须采取煤样和资料，送国家授权单位做出煤层自燃倾向性的鉴定，鉴定结果报省(自治区、直辖市)煤矿安全监察机构及煤炭管理部门备案。自燃等级自燃倾向性30℃常压煤的吸氧量/cm3/g.干煤备注褐煤、烟煤高硫煤、无烟煤Ⅰ容易自燃≥0.80≥1.00全硫(sf/%)＞2.00Ⅱ自燃0.41～0.79≤1.00全硫(sf%)＞2.00Ⅲ不易自燃≤0.40≥0.80全硫(sf/%)＜2.00表4—1煤的自燃倾向性类(方案）煤的自燃倾向性指标，仅能说明煤层在开采时有无自燃的危险性，不能确切地指出自燃的时间。所以，生产矿井常把煤层的自然发火期作为衡量煤层的自燃难易程度的指标。确定出煤层的自燃发火期对开拓、开采设计和制订防火措施具有重要意义。自然发火期可采用统计法来衡量：（1）煤层巷道从揭露煤层之日起，至该巷道发生自燃发火之日止，为该巷道的煤层自然发火期；（2）采煤工作面从开切眼开采之日起，至发生自燃发火之日止，为该采煤工作面的煤层自然发火期。四、煤炭自燃的早期识别与预报(一)人体感觉识别煤炭自燃1.视力感觉2.气味感觉3.温度感觉4.身体不舒的感觉(二)气体分析法气体分析法是利用仪器分析和检测某些指标气体的浓度变化，来预报煤炭自燃的方法。1.指标气体与预报指标目前，我国常用的指标气体有CO、C2H4、C2H2、C3H8、C2H6等，预报指标有CO和C2H4绝对量、火灾系数、链烷比。(1)CO绝对量通过测定观测点空气的CO浓度和观测点风流的风量计算CO绝对量，以此绝对量值大小来预报煤炭自燃。计算方法：H=CQ(4—1)式中H——自然发火预报指标，m3/min；C——观测点气样中的CO浓度，％；Q——观测点处的风量，m3/min。(2)火灾系数100221OCOR10022OCOR10023COCOR主要指标辅助指标参考指标2.取样1)观测点的布置：⑴巷道周围压力较小、支架完整、没有拐弯、断面没有扩大或缩小的地段；⑵根据预测指标和预测的范围来确定观测点，对有发火危险的工作面回风巷内设观测点，对潜在火源的下风侧，距火源适当的位置设观测点；⑶每个生产工作面的进风和回风侧，都要分别设观测点，一般距工作面煤壁10m；⑷已封闭的火区或采空区观测点设在出风侧密闭墙内，取样管伸入墙内1m以上；⑸温度观测点设置要保证在传感器的有效控制范围之内；⑹观测点应随采煤工作面的推进与火性的变化而调整。2)取样取气样的方法有人工采集气样和连续采集气样两种。人工采集气样用玻璃采样瓶取样。连续采集气样可利用束管检测系统连续抽取井下各观测点的气样。3、气体分析目前气体分析使用的仪器有气象色谱仪和红外线气体分析仪等仪器。4.矿井火灾检测对于自然火灾除了使用束管检测系统以外，还可以采用煤矿环境检测系统进行早期预报。目前，我国生产的这类设备种类较多，在高瓦斯矿井应用广泛。可以通过CO传感器、温度传感器、烟雾传感器等来监测预报区的CO浓度、温度、烟雾，通过其变化来预报矿井火灾。传感器不能安装在密闭区内，对发现密闭区内的煤炭自燃存在致后的缺点。外源火灾的发生必须具备：有可燃物存在，有足够的氧气和引燃可燃物的热源。煤矿井下可燃物分广、种类较多、大体可分为：(1)固体可燃物。坑木、荆条等竹木材料；皮带、胶质风筒、电缆等橡胶制品；棉纱、布头、纸等擦拭材料和煤、煤尘等。(2)液体可燃物。有变压器油，液压油，润滑油等。(3)气体可燃物。有瓦斯、氢气等可燃性气体物质。引起外源火灾的热源有：(1)明火。井下吸烟、焊接及用电炉、大灯泡取暖等都能引燃可燃物而导致火灾。(2)电器设备火。主要由电器设备过负荷运转、短路产生的电弧、电火花。(3)爆破。井下违章爆破而产生的一切爆破火。(4)机械摩擦火。由机械设备运转不良造成的过热或摩擦火花。(5)瓦斯、煤尘爆炸。一、地面火灾的预防规定1.生产和在建矿井必须制定井上、下防火措施。矿井的地面及所有建筑物、煤堆、矸石山、木料厂等处的防火措施和制度，必须符合国家有关防火规定。2.木料厂、矸石山，炉灰场距离进风井不得小于80m。木料厂距离矸石山不得小于50m。矸石山、炉灰场不得设在进风井的主导风向上侧，也不得设在表土10m内有煤层的地面上和设在有漏风的采空区上方的塌陷区范围内。3.新建矿井的永久井架和井口房，以井口为中心的联合建筑，必须用不然性材料建筑。4.进风井口应设防火铁门，如果不设防火铁门，必须有防止烟火进入矿井的安全措施。5.进口房和通风机房附近20m内，不得有烟火或用火炉取暖，暖风道和压入式通风的风硐必须用不然材料砌筑，并应至少装设2道防火门。6.矿井必须设地面消防水池，并经常保持200m3以上的水量。二、井下外因火灾预防规定1.井下必须设消防管路系统，管路系统应每隔100m设置支管和阀门；带式输送机巷道中应每隔50m设置支管和阀门。2.井筒、平峒、各水平的连接处及井底车场，主要绞车道与主要运输巷、回风巷的连接处，井下机电设备硐室，主要巷道内的带式输送机机头前后两端各20m范围内，都必须用不燃材料支护。3.井下严禁使用灯泡取暖和使用电炉。4.井下不得从事电焊、气焊和喷灯焊接工作。如果必须在井下焊接时，每次必须制定安全措施，并指定专人在场检查监督；焊接地点前后两端各10m的井巷范围内应是不燃性材料支护，应有供水管，有专人喷水。焊接工作地点至少备有2个灭火器。。5.井下严禁存放汽油、煤油和变压器油。井下使用的润滑油、棉纱、布头和纸等，必须存放在盖严的铁桶内，并有专人送到地面处理，不得乱放乱扔。严禁将剩油、残油泼洒在井巷或硐室内。井下清洗风动工具时，必须在专用室进行，并必须使用不燃性和无毒性洗涤剂。6.井下必须设置消防材料库，并应装置消防列车。消防材料库储存的材料、工具的品种和数量应符合有关规定，不得挪作它用，并按期检查和更换。7.井下爆破材料库、机电设备硐室、检修硐室，材料库、井地车场、使用带式输送机或液力偶合器的巷道以及采掘工作面附近的巷道中，应备有灭火器材，其数量、规格和存放地点，应在灾害预防和处理计划中确定。井下工作人员必须熟悉灭火器材的使用方法，并熟悉本职工作区域内灭火器材的存放地点。8.采用滚筒驱动带式输送机时，必须使用阻燃输送带，其托辊的非金属零部件和包胶滚筒的胶料、阻燃性和抗静电性必须符合有关规定，并应装设温度保护、烟雾保护和自动洒水装置。其使用的液力偶合器严禁使用可燃性传动介质。9.使用矿用防爆型柴油动力装置时，排气口的排气温度不得超过70℃，其表面温度不得超过150℃，各部件不得用铝合金制造，使用的非金属材料应具有阻燃和抗静电性能。油箱及管路必须用不然性材料制造，油箱的最大容量不得超过8h的用油量。燃油的闪点应高于70℃。并必须配置适宜的灭火器。10.井下电缆必须选用经检验合格的并取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。11.井下爆破不得使用过期或严重变质的爆破材料；严禁用粉煤、块状材料或其他可燃性材料作炮眼封泥；无封泥、封泥不足或不实的炮眼严禁爆破，严禁裸露爆破。12.箕斗提升井或装有带式输送机的井筒兼作进风井时，井筒中必须装设自动报警灭火装置和附设消防管路。井下易发生的地点经常有：1.采空区，特别是未及时封闭或封闭不严且留有大量浮煤的采空区；2.煤柱内；3.煤层巷道的冒空跨帮处；4.地质构造附近。一、选择合理的矿井开拓系统合理的开采系统应符合：(1)对煤层的切割少；(2)系统简单，运输环节少，通风线路短，通风风压低，通风设施少，矿井内外部漏风小，采(盘)区或区域划分合理；(3)有利于灾害的预防，便于灾变时人员撤离。1、开拓巷道布置：岩石巷道；煤层巷道砌碹，煤柱尺寸合理。2、开采顺序：后退式开采。3、通风系统：对角式优于中央式