第四章 矿井火灾防治

第二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燃发火第三节通风措施防治自燃发火第四节介质法防灭自燃发火第五节矿井火灾处理复习题问题思考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、矿并火灾的分类三、煤炭自燃发火四、矿井火灾的危害五、火风压六、矿井火灾防治的技术途径一、矿井火灾发生的基本要素（1）热源。（2）可燃物。（3）空气。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。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。（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。（1）潜伏期。（2）自热期。（3）自燃。在《矿井防灭火规范》中规定出现下列现象之一，即为自燃发火。图2-1-1煤自燃发展过程示意图①煤因自燃出现明火、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。3．煤的自燃发火期煤炭自燃发火是一渐变过程，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燃发火。这一时间间隔叫做煤层的自燃发火期，是煤层自燃危险在时间上的量度。自燃发火期愈短的煤层，其自燃危险性愈大。4．影响煤炭自燃发火的因素煤炭自燃发火是一个复杂的物理化学过程，影响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（4）采煤方法（5）漏风条件（如图2-1-2）图2-1-2采空区散热、自燃、窒息三带分布示意图四、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）污染环境五、火风压图2-1-31、火风压的计算方法如图2-1-3所示。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所示。（2）主干风路烟流逆退。如图2-1-5所示。图2-1-4旁侧支路风流逆转图2-1-5主干风路烟流逆退（3）火烟滚退。如图2-1-6所示。图2-1-6火烟滚退示意图六、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第二节开采技术预防自燃发火主要内容一、井下易于自燃的区域二、开拓开采技术预防自燃发火的措施一、井下易于自燃的区域(1)采空区。(2)煤柱。(3)巷道顶煤。(4)断层和地质构造附近。二、开拓开采技术预防自燃发火的措施从防止矿井自燃发火的角度出发，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的煤体，消除自燃的供氧条件。③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。为满足上述要求，通常应采取以下技术措施：图2-2-1上下区段分采同掘l—工作面运输巷；3—联络巷2—下区段工作面回风巷；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。（3）分采分掘布置区段巷道。见图2-2-1、图2-2-2。图2-2-2上下区段分采分掘1—工作面运输巷掘进头；2—下区段工作面回风巷掘进头（4）推广无煤柱开采技术。在确定开拓方式和采取巷道布置时，还要考虑通有利于通风系统防火及均压放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，对于防止自燃发火非常有利。（2）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第三节通风措施防治自燃发火主要内容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）图2-3-1通风的系统选择(a)—前进式；(b)—后退式（2）实行分区通风。（3）选择合理的采区和工作面通风系统。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（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）。图2-3-2U型通风系统图2-3-3W型通风系统二、增阻减少漏风防灭火图2-3-41、合理确定通风构筑物的位置例如，图2-3-4的巷道AB间煤柱内有裂隙ced，构成漏风通路。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。（4）喷涂空气泡沫防止漏风。（5）凝胶堵塞漏风。（1）风窗上风侧风流压能增加，下风侧风流压能降低；A点风流压能增加，B点风流压能降低，其增加和降低的幅度取决于风窗的阻力和该分支在网路中所处的地位；（2）因风量减小，风窗前后风路上的压力坡度线变缓。图2-3-5调节风窗调压的原理（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)所示，对比两者可见：三、均压减少漏风防灭火2、风机调压的原理图2-3-6风机调压的原理3、风窗-风机联合调压的原理（1）风窗——风机增压调节。所谓增压调节是指使两调压装置中间的风路上风流的压能增加。为此，风机安装在风窗的上风侧。图2-3-7(a)、（b）分别表示风量不变和风量减少时压力分布变化特点。（2）风窗——风机联合降压调节。做降压调节时，风窗安装在上风侧，风机安装在下风侧。调压前后压能变化规律可根据上图分析做类似分析。图2-3-7风窗一风机联合增压调节(二)均压防灭火的方法1、开区均压1）并联漏风的开区均压如图2-3-8。图2-3-8采空区并联漏风（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。图2-3-9工作面下端挂设风帘后三带分布（2）高温点位于自燃带的前部（靠近散热带附近）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。2）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。图2-3-10采空区角联漏风3）复杂漏风图2-3-10采空区复杂漏风图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。图2-3-11调压风窗对火区影响示意图2、闭区均压1）风门、风窗调节法如图2-3-11，在并联网路中一个分支有火区存在，可以在如图2-3-11a所示的1-2分支上或如图2-3-11b所示的3-4分支上安设调压风窗来减少火区两侧的压差。2）风筒风机调节法如图2-3-12所示图2-3-12风筒风机调节法示意图3）调压气室均压（1）连通管调压气室。（图2-3-13示）图2-3-13连通管调压气室示意图1一调压管；2一辅助密闭；3一密闭；4一压差计（2）风机调压气室。（图2-3-14）图2-3-14风机调压气室示意图1一风机；2一气室密闭；3一永久密闭；4一压差计第四节介质法防灭自燃发火主要内容一、灌浆防灭火二、凝胶防灭火三、阻化剂防灭火四、惰气防灭火五、泡沫防灭火一、灌浆防灭火灌浆就是把粘土、粉碎的页岩、电厂飞灰等固体材料与水混合、搅拌，配制成一定浓度的浆液，借助输浆管路注入或喷洒在采空区里，达到防火和灭火的目的。（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。灌浆防火的实质是，抑制煤在低温时的氧化速度，延长自燃发火期。（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。浆材必须满足下述基本要求：(1)不含或少含可燃和自燃物质；(2)不含催化物质；(3)粒度一般不大于2mm，而且细小颗粒应占大部分。粒度小于1mm的细小颗粒所占比例要达到75％；(4)易于加水制成泥浆，易于脱水，同时还具有一定的稳定性；(6)收缩量尽可能小，含砂量也不超过30％。（2）浆液的制备工艺。泥浆的制备由搅拌机完成，按搅拌机的运动方式可分为固定式和行走式两种。2．浆液的输送（1）输浆压力与输浆倍线。输送浆液的压力有两种，一是利用浆液自重及浆液在地面入口与井下出口之间高差形成的静压力进行输送，叫静压输送；当静压不能满足要求时应采用加压输送。前者使用较多。输浆倍线表示输浆管路阻力与压力之间关系，用N表示。静压输送时：HLN加压输送时：hHLN（2-4-1）（2-4-2）式中L——浆液自地面管路的入口至灌浆区管路的出口管线总长度，m；H——浆液入出口之间的高差，m；h——泥浆泵的压力，m。倍线一般控制在3～8之间。过大时，应加压；过小时，容易发生裂管跑浆事故，可在适当的位置安装闸阀进行增阻。（2）灌浆管道的选择。当管道中浆液恰好处于无沉积的悬浮状态时的流速称为临界流速（Vc），也叫不淤流速。在这个流速下输送浆液，既能保证不淤积、不堵管，而且消耗的能量又最小。因此，临界流速是一重要参数。与临界流速对应的管径叫临界管径dc，两者的关系为：cmccmCVQddQV3