矿井火灾与防治技术

黑龙江科技学院安培中心通风安全专业技术培训邢书仁矿井火灾防治绪论矿井火灾是煤矿五大灾害之一。事故一旦发生，会造成煤炭资源、设备的重大损失和人员的重大伤亡，处理不及时或处理不当又会诱发更为严重的事故。据国家煤矿安全监察局的统计，国有重点煤矿1981至1999年10人以上火灾事故16起，造成357人死亡，给国家造成巨大的经济损失。在有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井，火灾还可能引起瓦斯、煤尘瓦斯爆炸事故，使灾害进一步扩大，其危害更加严重。因此，为了确保煤矿生产和矿工的安全，必须作好防火和灭火工作。1、概述矿井火灾隐患侦知供氧—风流状态—风压分布和漏风火源—电气、自燃、摩擦、撞击、爆破等燃料—煤、木材、塑料（了解其燃烧特性）监察火灾隐患—预警---靠风流气体成分的分析火灾事故防治措施检查火灾预防处理计划正确性和可操作性—技术保障反风、短路、控风、撤退路线及措施实施顺序。火灾及时报警保障（监测、技术）直接灭火的器材、供水、人员组织控风设施的完好—风门、风机2、矿井火灾防治的技术支持矿井火灾防治绪论矿井火灾救灾技术火灾风流紊乱现象—风流模拟及控制直接灭火的相关技术—灭火的有效性和安全性火区封闭与开启技术火区燃烧状态的逻辑推理2、矿井火灾防治的技术支持矿井火灾防治绪论矿井火灾一矿井火灾的发生一、燃烧的基本概念1、基本概念一、燃烧的基本概念1、燃烧的概念与特征概念：可燃物和氧化剂在空间发生激烈化学反应的过程称为燃烧。反应物中化学性质活泼的氧原子组分称为氧化剂(助燃剂)，被氧化剂所氧化的物质称为燃料或可燃物，反应生成物称为燃烧产物。特征：放热、发光和生成新物质。电灯：钨丝放热、发光，但未生成新物质。金属生锈，动物呼吸：放热、生成新物质，但无发光现象。所以，以上两种现象均非燃烧。一、燃烧的基本概念矿井火灾一矿井火灾的发生2、燃烧的条件燃烧三角形氧气环境条件链式反应可燃物热源燃烧四面体氧气可燃物热源一、燃烧的基本概念一、燃烧的基本概念矿井火灾2、燃烧的形式扩散燃烧（气体可燃物燃烧）可燃气体从管道孔口，或巷道流出，在与空气的交界面燃烧。分解燃烧（固体和部分液体燃料燃烧）可燃物遇热分解－其产物氧化反应－火焰燃烧矿井火灾时期，着火带中燃烧带燃烧。一矿井火灾的发生矿井火灾一矿井火灾的发生一、燃烧的基本概念表面燃烧（固体燃料燃烧的后期）固体燃料热分解后，剩余的焦炭与空气的接触表面燃烧。固体燃料呈红热表面，但没有火焰。矿井火灾时期，着火带中的焦化带燃烧。预混燃烧（气体可燃物燃烧）可燃气体与空气预先充分混合的燃烧。燃烧在混合气体分布空间快速蔓延，在一定条件下会转变为爆炸。矿井火灾引起的爆炸事故往往由预混燃烧引起。有时因分解燃烧生成大量富余可燃挥发性气体，与空气混合形成预混气体，在一定条件下点燃而发生预混燃烧。在上述四燃烧形式中，预混燃烧范围最大。燃烧的形式扩散燃烧（气体可燃物燃烧）分解燃烧（固体和部分液体燃料燃烧）表面燃烧（固体燃料燃烧的后期）预混燃烧（气体可燃物燃烧）一、燃烧的基本概念矿井火灾一矿井火灾的发生3、矿井外因火灾燃烧特性1）、富燃料燃烧和富氧燃烧富燃料燃烧(受限燃烧)富氧燃烧(非受限燃烧)基本特征燃料多、供氧不足燃料不足、供氧多火源范围大,火势大,蔓延快火源范围小,火势小,蔓延慢耗氧多,剩余氧少(2%左右)耗氧少,剩余氧多(15%左右)剩余大量可燃挥发物可燃挥发物基本耗尽易引起再生火源和爆炸不易引起再生火源和爆炸特点危险性更大危险性稍小矿井火灾*高温(1000℃)、大量高温气体流向下风侧*形成若干再生火源（跳蛙现象）*产生爆炸隐患*引起风流紊乱(逆转、形成爆炸预混气体)2）、富燃料火灾的危险、燃烧条件及控制控制富燃料火灾条件危险液体燃料、量大、供氧不足（停、减风，巷塌）、空气预热温度高、断面小*减少火势：及时灭火、下风侧洒水*一般不能停风、减风，特别是忽然停、减风*条件许可时注惰气一矿井火灾的发生一、燃烧的基本概念矿井火灾一矿井火灾的发生3）、为什么富燃料燃烧引起再生火源和爆炸?一、燃烧的基本概念矿井火灾一矿井火灾的发生二、矿井火灾预警1、矿井火灾燃烧生成产物木材煤O22%较少出现CO218~20%CO5～8%H22～5%木材煤O215~18%O217～20%CO23~5%CO20.02～2.6%CO0.1～0.5%CO0.01～0.12%H2少量H2少量富氧燃烧富燃料燃烧矿井火灾一矿井火灾的发生*火风压--节流作用和上浮作用*低、微风的火源--烟流逆向蔓延*火源的顺风蔓延：井下风速下，火源蔓延速度与风速成正比2、煤吸附氧气的能力—启封火区复燃*煤→常温吸附氧→大气中的氧部分消耗。*封闭火区→大气和煤堆内氧浓度→阴燃现象*开启火区→供氧充足→火区复燃3、矿井火灾燃烧蔓延特征二、矿井火灾预警矿井火灾一矿井火灾的发生1500100IDLH(立即威胁生命)40025STEL（短期）505TLV（8小时无危害）COppmHClppm危害健康的极值4、输送机胶带燃烧特性及产物-特殊危险性燃烧三阶段煤升温出现冒烟燃烧煤与胶带混合燃烧阶段煤明火燃烧初期阶段必须及时报警危险性大燃烧初期，HCl比CO更早出现HCl比CO的毒性大10倍以上胶带火灾常发生在进风区二、矿井火灾预警1、矿井火灾的概念凡是发生在煤矿井下或是井口附近，直接影响井下安全生产并造成损失的非控制性燃烧，称为矿井火灾。2、发生矿井火灾的必要条件矿井火灾的发生火灾必须满足三个条件：即引火热源、可燃物和空气。1)．引火热源——在井下煤炭自燃、放炮作业、机械摩擦、电流短路、吸烟等都可能成为引火热源。2）．可燃物——在井下煤炭本身就是一个大量而普遍存在的可燃物。可燃物的存在是火灾发生的基本条件。3）．空气(助燃剂）——燃烧是剧烈的氧化反应。空气的供给是维持燃烧不可缺少的条件。实验证明，在氧浓度为3％的空气环境中，燃烧不能维持；空气中氧浓度为14％以下，蜡烛就要熄灭。因此，所说的空气实际是指含有足量氧气的矿井空气，而不是贫氧的空气。上述三个条件，必须同时具备，缺一不可，否则火灾不能发生。矿井火灾三、矿井火灾概述一矿井火灾的发生矿井火灾的概念及发生矿井火灾的必要条件凡是发生在煤矿井下或是井口附近，直接影响井下安全生产并造成损失的非控制燃烧，称为矿井火灾。矿井火灾的发生火灾必须满足三个条件：即引火热源、可燃物和空气。这三个条件，必须同时具备，缺一不可，否则火灾不能发生。矿井火灾按发生地点按发生原因地面火灾—发生在地面工业广场的火灾井下火灾—发生在井下的火灾外因火灾—由于外界热源(如：明火、电缆着火或爆破起火等）引起的火灾。内因火灾—由于煤炭等易燃物质在空气中氧化发热并集聚热量而引起的火灾。矿井火灾3、矿井火灾的分类三、矿井火灾概述一矿井火灾的发生4、煤矿井下火灾的特点1．外部征兆不明显，难以早期发现2．井下空间狭小，灭火困难。5、矿井火灾的危害矿井火灾，尤其是井下火灾是一种威胁矿井安全生产的严重自然灾害。①产生大量的高温火烟及有害有毒气体。②引起瓦斯、煤尘爆炸。③造成井下风流逆转。④产生再生火源。⑤烧毁设备，损失资源，破坏矿井正常生产秩序。矿井火灾三、矿井火灾概述一矿井火灾的发生煤矿井下火灾的特点及矿井火灾的危害特点：1．外部征兆不明显，难以早期发现2．井下空间狭小，灭火困难。危害：矿井火灾，尤其是井下火灾是一种威胁矿井安全生产的严重自然灾害。①产生大量的高温火烟及有害有毒气体。②引起沼气、煤尘爆炸。③造成井下风流逆转。④产生再生火源。⑤烧毁设备，损失资源，破坏矿井正常生产秩序。四、外因火灾的发火原因矿井火灾一矿井火灾的发生发生外因火灾的原因如下：1)明火(包括火柴点火，吸烟、明火灯等或使用电焊、气焊时措施不当)所引燃的火灾。2)油料(包括润滑油、变压器油、液压设备用油、柴油设备用油、维修设备用油等)在运输、保管和使用时粗心大意所引起的火灾。3)炸药在运输、加工和使用过程中所引起的火灾。如采用不安全的放炮方法——明火或动力线放炮、放糊炮、炮泥装的少或炸药变质。4)机械作用(包括摩擦、震动、冲击等)所引起的火灾。5)电气设备(包括动力线、照明线、变压器、电动设备等〉的绝缘损坏和性能不良所引起的火灾。由于外因火灾多发生在风流畅通的地点，氧气较足，突然发生，来势较猛，很快出现烟雾和火焰，因而易于及时发现和扑灭。若发现不及时或灭火方法不当，火势将发展迅速，造成严重后果。1、火风压的概念当高温气体流经垂直或倾斜的巷道时要形成与自然风压作用相仿的火风压(h火)。火风压的作用方向可能与扇风机风压方向相同，使矿井总风量增加；也可能与扇风机风压方向相反，使矿井总风量减少。此外，火风压还可能造成井下局部地区或全矿井的风流逆转，破坏矿井正常的通风系统，给矿井带来极大危害。矿井火灾五、火风压对风流的影响一矿井火灾的发生火风压的计算公式：火风压是因火灾引起风流温度升高和空气成分变化，导致自然风压的变化量)(mbmafgZH2、火风压的特性矿井火灾一矿井火灾的发生五、火风压对风流的影响火风压的特性火风压出现的位置——倾斜或垂直巷道火风压的作用方向总是向上的火风压的作用相当于安装一台辅扇五、火风压对风流的影响矿井火灾时风流状态的影响即火风压的影响表现为“节流效应”和“浮力效应”。矿井火灾一矿井火灾的发生3、火风压的影响——节流效应和浮力效应节流效应由于火灾生成的燃烧产物和水蒸气加上引起的风流质量和体积流量的增加，以及气流温度变化的影响引起的风流体积流量的进一步增加，而导致的风流流动阻力增加的现象，称为节流效应。节流力即热阻力,由于其方向始终与风流方向相反，所以增大了风流流动阻力。浮力效应火灾引起风流温度的增加、空气密度减小，使风流自行上浮流动的现象，称为浮力效应。浮力效应作用于有高差的巷道中。烟囱中热烟在没有其他外加动力的情况下自动上升至大气，就是浮力效应作用所致。矿井火灾矿井火灾产生的浮力和节流效应，引起矿井风流状态的紊乱变化。该变化可分为如下三类:风流逆转—旁侧支流浮力＋节流机械风压，巷道全断面风流反向风流逆退—主干风流浮力＋节流→巷道纵横断面温度和压力差。新风顺风向从巷底流入，热烟流沿巷顶流出。风流滚退由节流、温度和压力差引起六、火灾时风流紊乱现象一矿井火灾的发生六、火灾时风流紊乱现象矿井火灾一矿井火灾的发生1.风量减少——对于无瓦斯或瓦斯涌出量小的矿井，或许不至于构成威胁。但在瓦斯涌出量大的矿井，很容易引起瓦斯爆炸。2.风流逆转——风流逆转引起风流流动状态的紊乱，给人员撤退和救灾工作造成更大的困难，带来更大的危险。(1)逆转风流携带大量有毒有害气体，蔓延至更大区域，甚至污染进风区域，扩大受灾范围，甚至威胁整个矿井。(2)风流逆转经历减风——停风——反风的过程。在减风和停风阶段，易形成纵向和横向的局部瓦斯聚集带时，可能引起爆炸。(3)风流逆转使火源下风侧富含挥发物的风流或局部瓦斯聚集带的污风再次进入着火带的可能性增大，从而增加了爆炸的可能性。矿井火灾一矿井火灾的发生七、火灾时风流紊乱现象的危害3.烟流逆退——烟流逆退对火源上风侧直接灭火人员造成直接威胁。烟流与进风混合再次进入火源，在一定条件下能诱发瓦斯爆炸。烟流逆退致使烟流进入其他巷道，可能造成与风流逆转相似的结果。4.烟流滚退——滚退现象导致火源上风侧烟流与新鲜风流掺混后，再逆流回火源，在一定条件下能诱发瓦斯爆炸。烟流滚退对火源上风侧从事直接灭火的人员也构成直接威胁。因此，在矿井火灾时期，维持风流流动状态，特别是维持风向的稳定性，是救灾工作的最重要的任务之一。矿井火灾一矿井火灾的发生七、火灾时风流紊乱现象的危害火风压及火灾时风流紊乱现象的危害火风压是因火灾引起风流温度升高和空气成分变化，导致自然风压的变化量火灾时风流紊乱现象的危害1.风量减少2.风流逆转3.烟流逆退4.烟流滚退矿井火灾一矿井火灾的发生七、火灾时风流紊乱现象的危害矿井火灾八、内因火灾的发火原因一矿井火灾的发生1、概述破碎的煤炭及采空区中的遗煤接触空气后，氧化生热，当热量积聚、煤温升高、超过临界温度时，最终导致着