第10章火灾防治

第十章矿井火灾防治本章的主要内容：掌握火灾的定义及分类；理解物质燃烧的充要必要条件；了解外因火灾的预防；掌握煤炭自燃条件及影响自然发火的因素；了解火灾预测及预报的方法；开采技术的防火措施；常用的防灭火措施；火灾时期通风与矿井火灾处理与控制。本章的难点与难点：1、煤炭自燃理论；2、煤炭自燃预测预报；3、防灭火技术4、均压防灭火；5、火灾时期风流控制第一节概述一、火灾与矿井或煤田火灾的概念凡失去控制并对财产和人身造成损失的燃烧现象都为火灾（由公安部、劳动部、国家统计局制定颁布的《火灾统计管理规定》中定义）。广义地说，凡是超出有效范围的燃烧称为火灾。火灾是工伤事故类别中的一类事故。在消防工作中有火灾和火警之分，两者都是超出有效范围的燃烧，当人员和财产损失较小时称为火警。在矿井或煤田范围内发生，威协安全生产、造成一定资源和经济损失或者人员伤亡的燃烧事故，称之为矿井或煤田火灾。我国是一个矿井火灾灾害较严重的国家，据2000年全国425对国有煤矿的不完全资料统计，共发生火灾168次，其中内因火灾154次，外因火灾14次，封闭采区或工作面59个，影响煤量3080Mt，冻结煤量4217Mt，发火率为0.318次／Mt。二、矿井火灾的构成要素矿井火灾发生的原因虽是多种多样，但构成火灾的基本要素归纳起来有热源、可燃物、氧气三个方面，俗称火灾三要素。(一)热源具有一定温度和足够热量的热源才能引起火灾。在矿井中，煤的自燃、瓦斯煤尘爆炸、放炮作业、机械摩擦、电流短路、吸烟、烧焊以及其他明火等都可能成为引火源。(二)可燃物在煤矿矿井中，煤本身就是个大量而且普遍存在的可燃物。另外，坑木、各类机电设备、各种油料、炸药等都具有可燃性。可燃物的存在是火灾发生的基础。(三)空气燃烧就是剧烈的氧化现象，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％的空气环境里，燃烧不能维持。以上介绍的火灾三要素必须是同时存在，相互配合，而且达到一定的数量，才能引起矿井火灾。三、矿井火灾的类型及其特性１、按引火原因分类１）内因(自燃)火灾。自燃物在一定的外部(适量的通风供氧)条件下，自身发生物理化学变化，产生并积聚热量，使其温度升高，达到自燃点而形成的火灾称之为内因火灾。在煤矿中自燃物主要是具有自燃倾向性的煤炭。在整个矿井火灾事故中，内因火灾占的比例很大。我国在1953～1984年32年矿井火灾统计资料中，自燃火灾占94%。自燃火灾大多发生在采空区、遗留的煤柱、破裂的煤壁、煤巷的高冒以及浮煤堆积的地点。自燃火灾具有发生和发展缓慢、须经历一段时间、有预兆和火源比较隐蔽等特点。2）外因火灾。多发生在井口房、井筒、井底车场、石门及机电硐室和有机电设备的巷道等地点。外因火灾具有火源明显、发生突然、来势凶猛等特点，若发现不及时，则可能酿成重大事故。由于外因火灾往往是由表及里进行的，若发现及时，还是容易扑灭的。矿井外因火灾所占的比重一般都比较小。三、矿井火灾的类型及其特性２、消防分类Ａ类火灾:,煤炭、木材、橡胶、棉、毛、麻等含碳的固体可燃物质Ｂ类火灾，指汽油、煤油、柴油、甲醇、乙醇、丙酮等可燃液体Ｃ类火灾，指煤气、天燃气、甲烷、乙炔、氢气等可燃气体。Ｄ类火灾，象钠、钾、镁等可燃金属燃烧形成的火灾。3.其他分类方法还有按火源特性，可分为原生火灾与再生火灾；按可燃物状态分类，可分为阴燃火灾与和明火火灾；按发火地点的不同分类，可分为井筒火灾、巷道火灾、采面火灾、煤柱火灾、采空区火灾、硐室火灾；按燃烧物的不同分类，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、煤炭自燃火灾等。三、防灭火研究的内容煤矿火灾防治是一项系统工程，其理论与技术的研究内容应围绕一个目标和三个问题。一个目标就是防止矿井火灾发生，对于已发生的火灾要防止其扩大，并最大限度地减小火灾中的人员伤亡和经济损失。三个问题是：一、火灾是如何发生的？其内容主要是研究矿井火灾的类型及其产生的原因、条件以及各类火灾的发生过程和特点，这是防灭火的理论基础；二、如何防止火灾发生？包括火源预测、火灾预防和预报技术；三、火灾发生后如何进行及时而有效地控制和处理？第二节矿井外因火灾及其预防一、物质燃烧的充要条件燃烧：可燃物与氧化剂两组分在空间发生化学反应的过程。放热、发光和有新物质生成是燃烧反应的三个特征，是区别燃烧和非燃烧现象的依据。１、必要条件----可燃物、助燃物、高温能量或火源。２、充分条件----三个必要条件同时存在，互相作用；Q生Q散火源可分为显火源和潜火源两种。所谓显火源既是以明火、高温的表面或灼热的物体的形式显露于空间，可燃物一旦与其接触即可发生燃烧。如气焊和电焊产生的高温焊碴、燃着的香烟头等皆属于此类。所谓潜火源既是平时处于常温状态，在一定的外部条件下（人员操作失误、设备零件故障、安全装置失效等原因）有可能产生火花、放出热量和转化为高温热源。如具有短路危险的电缆接头、作高速相对运动的两固体接触面、不合格的炸药爆破等都属于潜热源。3、煤矿常见的外因火源主要有以下几种：电能热源、摩擦热、放明炮、糊炮等、明火（高温焊碴、吸烟）二、外因火灾的预防1、我国的消防方针----预防为主，消防结合2、防火对策-----矿井火灾的防治可以采取下列三个对策：１）技术(Engineering)对策(1)灾前对策----防止起火、防止火灾扩大(2)灾后对策----报警、控制、灭火、避难２）教育（Education）对策-----知识、技术、态度３）管理（法制(Enforcement））对策----制定各种规程、规范和标准，且强制性执行。这三种对策简称“三Ｅ”对策。前两者是防火的基础，后者是防火的保证。三、预防外因火灾的技术措施预防火灾发生有两个方面：一是防止火源产生；二是防止已发生的火灾事故扩大，以尽量减少火灾损失。（一）防止火灾产生1、防止失控的高温热源产生和存在。按《煤矿安全规程》及其执行说明要求严格对高温热源、明火和潜在的火源进行管理。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。三、预防外因火灾的技术措施（二）防止火灾蔓延的措施限制已发生火灾的扩大和蔓延，是整个防火措施的重要组成部分。火灾发生后利用已有的防火安全设施，把火灾局限在最小的范围内，然后采取灭火措施将其熄灭，对于减少火灾的危害和损失是极为重要的。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，反风设施并保持其状态良好。第三节煤炭自燃的理论基础一、煤炭自然机理主要的有黄铁矿作用学说、细菌作用学说、酚基作用学说以及煤氧化合学说等。随着科学技术的进步和生产的发展，人们发现虽然在高变质富含黄铁矿的煤层发生自燃，但完全不含黄铁矿的煤也发生自燃；煤即使在真空中让细菌充分死亡的条件下，其自然发火危险性也未降低，这说明用黄铁矿作用假说和细菌作用假说解释煤的自然发火现象是不完备的。酚基作用假说认为：煤中不饱和的化合物与空气中氧的作用，是引起煤炭自燃的主要原因。有人认为酚基作用假说实际上是煤氧复合作用，或者是煤氧作用假说的补充。目前，煤氧复合作用假说已被较多的人们所接受。一、煤炭自然机理按照煤氧化合学说，煤的自燃过程一般可分为四个阶段：潜伏（或准备）、自热、自燃和熄灭四个阶段。1．潜伏期：自煤层被开采、接触空气起至煤温开始升高止的时间区间称之为潜伏期。煤自燃的准备阶段即煤的低温氧化过程。潜伏阶段的特征是；煤的表面生成不稳定的氧化物（OH、COOH等），氧化放出的热量很少，能及时放散，煤温和巷道空气气温不变，但煤重略有增加。煤被活化（化学活性增加），煤的着火温度降低．准备阶段的长短取决于煤的变质程度和外部条件，如褐煤几乎没有准备阶段，而烟煤则需要一个相当长的准备阶段。一、煤炭自然机理2．自热阶段：温度开始升高起至其温度达到燃点的过程叫自热阶段，自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化生成热量逐渐积累、温度自动升高的过程。当温度超过临界温度60～80时，煤温急剧憎加，氧化加剧。其特点是：氧化放热较大，煤温及其环境(风，水、煤壁)温度升高：产生CO、CO2和碳氢(CmHn)类气体产物，并散发出煤油味和其他芳香气味；有水蒸气生成，火源附近出现雾气，遇冷会在巷道壁面上凝结成水珠，即出现所谓“挂汗”现象：微观结构发生变化。在自热阶段，若改变了散热条件，使散热大于生热；或限制供风，使氧浓度降低至不能满足氧化需要，则自热的煤温度降低到常温，称之为风化。风化后煤的物理化学性质发生变化、失去活性，不会再发生自然。一、煤炭自然机理3、燃烧阶段：煤温达到其自燃点后（褐煤250度，烟煤300～350，贫瘦煤、无烟煤650～800），若能得到充分的供氧(风)，则发生燃烧，出现明火。其主要特征：空气中氧含量显著减少，CO2的含量倍增，同时由于燃烧不完全和CO2受热分解，而产生更多的CO，巷道中出现浓烈的火灾气味和烟雾。若煤温达到自燃点，但供风不足，则只有烟雾而无明火，此即为干馏或阴燃。煤炭干馏或阴燃与明火燃烧稍有不同，CO多于CO2，温度也较明火燃烧要低。一、煤炭自然机理4、熄灭：及时发现，采取有效的灭火措施，煤温降至燃点以下，燃烧熄灭。从煤的自燃发展过程可见：煤自燃实质是其自身氧化速度加速的过程，其氧化速度之快，以致产生的热量来不及向外界放散，而导致了自燃。煤的氧化进程既可在常温下发生，也可在高温下迸行，伴随氧化过程的发展其周围空气中的氧含量必然降低。二、煤的氧化特性1、所有品种煤在常温下都吸氧，但吸氧速度不同。2、煤的吸氧速度与所在空气中的氧浓度成正比，3、在温度不变条件下，吸氧速度常数随时间按指数规律衰减。４、吸氧速度常数Ｕ与煤自身温度之间符合幂函数关系５、煤在氮气中加热后再冷却可使它的活性增加，并有重新恢复到原有活性的可能。６、吸氧速度常数与粒度之间成复杂关系。三、自然发火与自然发火期自然发火：有自燃倾向性的煤层被开采破碎后在常温下与空气接触发生氧化，产生热量使其温度升高，出现发火和冒烟的现象。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。(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(乙烯)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。自然发火期：从煤层被开采破碎接触空气之日起，至出现自燃现象或温度上升至燃点为止所经历时间。以月或天为单位。自然发火期等于潜伏期和自热阶段。它是煤炭自然发火危险程度在时间上的度量，发火期越短的煤层自然发火危险程度越大。据调查，煤炭自然发火期最短的只有十几天，最长者可达数年。四、煤炭自燃条件(1)有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态，堆积厚度一般要大于0.4m。(2)有较好的蓄热条件。空气流动速度的大小，是氧化热量能否积聚的重要条件。在采空区内如果渗流速度太大，热量则不能积聚，不易形成煤炭自燃。如果渗流速度过低，则会供氧不足，氧化非常缓慢，也不能形成自燃。煤炭自燃都是在风速比较适中的情况下发生的。大量事实证明，在采空区内，当风速由高变低或由低变高的区域，往往是容易发生煤炭自燃的区域。(3)有适量的通风供氧。通风是维持较高氧浓度的必要条件，是保证氧化反应的前提。实验表明，氧浓度15％时，煤炭氧化方可较快进行。(4)上述三个条件共存的时间大于煤的自燃发火期。上述四个条件缺一不可，前三个条件是煤炭自燃的必要条件，最后一个条件是充分条件。上述四个条件中，第一条是最根本的，是内因，是煤的内部特性，取决于成煤物质和成煤条件，表示煤与氧相互作用的能力。当研究同一煤层的不同开采方法对自然发火的影响时，则要着重分析形成煤炭自燃的外界条件。五影响煤炭自然发火的因素1、煤的自燃性能1）煤的