煤矿灾害防治技术教案2矿井火灾防治Word下载.docx
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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：
类为容易自燃，
类为自燃，
类为不易自燃。
煤的自燃倾向性主要取决于以下几个方面：
煤的变质程度。
煤的孔隙率和脆性。
煤岩成分。
煤的水分。
煤中硫和其它矿物质。
煤中的瓦斯含量。
（2）煤层的赋存地质条件
煤层越厚与倾角。
地质构造。
煤层埋藏深度。
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。
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。
（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。
（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。
（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：
Na2SiO3+NH4HCO3=H2SiO3+Na2CO3+NH3（g）
（二）凝胶防灭火工艺
1．双箱双泵工艺
如图2-4-5所示。
2．双箱单泵工艺
其工艺流程如图2-4-6所示。
如图2-4-7所示
三、阻化剂防灭火
（一）阻化防灭火机理
阻化剂只有与水混合成一定浓度的水溶液后才能抑制和起到防火作用，其防灭火机理为：
①增加煤在低温时的化学惰性，使煤炭和氧的亲合力降低；
②形成液膜包围煤块和煤的表面裂隙面；
③充填煤柱内部裂隙；
④增加煤体的蓄水能力；
⑤水分蒸发吸热降温。
实质是降低煤在低温时的氧化速度，延长煤的自燃发火期。
（三）阻化剂材料和浓度选择
目前国内外使用的阻化剂大致有：
吸水盐类阻化剂（如氯化钙、氯化镁、岩盐），石灰水、水玻璃，亚磷酸脂，多种表面活性剂，四硼酸氢铵、碳酸铵饱和悬浮液。
（1）阻化材料选择。
（2）药液浓度。
（四）阻化防火工艺
1.压注阻化剂
（1）压注工艺。
（2）注液量。
2.汽雾阻化
（1）汽雾阻化系统。
（2）喷雾量
3.喷洒阻化剂
四、惰气防灭火
（一）注氮防灭火技术
1.氮气防灭火机理与惰化指标
1）氮气防灭火机理
（l）采空区内注入大量高浓度的氮气后，氧气浓度相对减小，氮气部分地替代氧气而进入到煤体裂隙表面，这样煤表面对氧气的吸附量便降低，在很大程度上抑制或减缓了遗煤的氧化放热速度；
（2）采空区注入氮气后，提高了气体静压，降低了漏入采空区的风量，减少了空气与煤炭直接接触的机会；
（3）氮气在流经煤体时，吸收了煤氧化产生的热量，可以减缓煤升温的速度和降低周围介质的温度，使煤的氧化因聚热条件的破坏而延缓或终止。
2）注氮防灭火惰化指标
（1）采空区惰化氧浓度指标不大于煤自燃临界氧浓度,一般氧含量应小于7％～10％。
（2）惰化灭火氧浓度指标不大于3％。
（3）惰化抑制瓦斯爆炸氧浓度指标小于12％。
2.制氮方法
3.注氮防灭火工艺
1）开放式注氮
（1）埋管注氮。
（2）拖管注氮。
2）封闭式注氮
（1）旁路注氮。
（2）钻孔注氮。
（3）插管注氮。
（4）墙内注氮。
4.防止采空区氮气泄漏的措施
（1）直接堵漏措施。
常见的采空区直接堵漏措施是每隔一定距离在采空区上隅角垒砂袋、注浆或喷涂聚氨脂等。
（2）均压措施。
均压措施则是利用均压的原理，降低工作面两端（即进、回风侧）压差，从而减少漏风，起到防止或减少采空区氮气泄漏的作用。
五、泡沫防灭火
（一）机械泡沫
我国常见的为高倍数空气机械泡沫，它是用高倍数泡沫剂和压力水混合，在强力气流的推动下形成的。
它的形成借助于一套发射装置，其工艺系统如图2-5-4所示。
（二）化学惰气泡沫
化学惰泡是由两种药剂进行化学反应而产生的。
生成物中的惰气可以窒息火区，而泡沫则可以吸热降温。
此外，化学惰泡的药液，还具有较高的阻化能力。
当化学惰泡扑灭煤炭自燃火灾后，惰泡溶液存留在残煤上，可以有效地抑制残煤的复燃，从而达到防火的目的。
（三）无机固体三相泡沫
1.无机固体三相泡沫的形成机理
无机固体三相泡沫由气源、泡沫液、无机固体粉末组成，其形成过程极为复杂。
气源可以是空气，也可以是惰气。
泡沫液由水添加起泡剂、稳定剂、悬浮剂等组成。
无机固体干粉包括：
固体废弃物（粉煤灰、矸石粉等）、起固结作用的水泥及添加剂等惰性粉料。
其中泡沫液和气源提供的气体共同产生两相泡沫作为固体粉末载体，由无机固体粉末固结提供骨架支撑而形成有一定强度的固态泡沫体，从而使三相泡沫不收缩，不破坏，以达到使用的目的。
2.无机固体三相泡沫的特点
（1）堵漏风效果好，防灭火效果明显，适用于煤矿井下各种堵漏风的防灭火；
（2）防火泡沫流动性好，堵漏风充填可靠，灭火泡沫胶凝早，强度增长快，强度高，适宜巷道空洞直接堆积垛起，可快速熄灭高顶火灾；
（3）材料易取，成本降低；
（5）安全性、环保性好。
氨类凝胶等物质有毒有味，固体有机高分子泡沫有毒、易燃、安全性差，而无机固体三相泡沫无毒、无味、无污染、不燃烧，系绿色防灭火材料。
3.无机固体三相泡沫物理性能调控
4.无机固体三相泡沫的充填工艺
1）高冒顶充填作业工艺,如图2-4-11所示。
2）沿空侧空洞充填
作业工艺如图2-4-12所示，由于无机固化三相泡沫有良好的堆积性能，可手持胶管向空洞内直接充填，无需其它准备工作。
第五节矿井火灾处理
一、发生矿井火灾时应采取的措施
（一）撤出及救护灾区人员
煤矿井下发生火灾时，矿领导及有关人员的首要任务是保护井下人员的安全，应迅速从危险区撤出与救灾无关的人员，同时采取一定的通风措施防止风流逆转。
（二）侦察火区
火灾发生后，应立即派出矿山救护队和辅助救护队人员侦察火区。
首先侦察是否有遇难人员，弄清火源的地点，火灾的性质及火灾的范围。
为采取有效的灭火措施提供依据。
同时，切断火区电源，派专人量风测气，观察顶板动态，注意风流的变化，防止事故扩大。
二、风流控制
矿井发生火灾时，造成风流混乱的一个很重要的原因是火灾形成的火风压。
火风压的作用方向可能与通风机风压方向相同，使矿井总风量增加；
也可能与通风机风压方向相反，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。
1．风流紊乱防治基本技术途径
根据不同形式风流紊乱的原因和机理，防止风流紊乱防治基本技术措施如下：
（1）防止上行风路产生火风压导致旁侧风路风流逆转的主要措施：
①降低火风压；
②保持主要通风机正常运转；
③采用打开风门、增加排烟通路等措施减小排烟路线上的风阻。
（2）防止下行风路火风压导致主干风路风流逆转的措施：
①减小火势，降低火风压；
②增大主要通风机分配到该分支上的压力。
（3）防止风流逆退的基本措施是：
①减小主干风路排烟区段的风阻；
②在火源的下风侧使烟流短路排至总回风；
③在火源的上风侧、巷道的下半部构筑挡风墙，迫使风流向上流，并增加风流的速度（如图2-5-1）。
挡风墙距火源5m左右；
也可在巷道中安带调节风窗的风障，以增加风速（图2-5-2）。
2、火灾时常用的几种通风制度
（1）维持正常通风，稳定风流。
（2）停风机。
（3）反风。
全矿反风。
区域性反风。
局部反风。
（4）风流短路。
三、消灭矿井火灾的方法
（一）介质灭火法
1．用水灭火
用水灭火，简单易行，经济有效。
其作用和注意事项如下：
（1）水的灭火作用。
（2）用水灭火的注意事项
①供水量要充足，否则，高温火源会使水分解成氢,氢和一氧化碳混合气体（又称水煤气）具有爆炸性，带来新的危险；
②确保正常通风，使排除火烟和水蒸气的风路畅通；
③当火势旺时，应先将水流射向火源外围,不要直射火源中心；
④水能导电，因此，用水扑灭电器火灾时，应先切断电源，然后灭火；
⑤水比油重，因此，水不能扑灭油类火灾。
2．用砂子（或岩粉）灭火
把砂子（或岩粉）直接撒在燃烧物体上能隔绝空气，将火扑灭。
3．用便携式灭火器灭火
（1）泡沫灭火器，如图2-5-3所示。
（2）干粉灭火器。
（二）隔绝灭火法
1．封闭火区的原则
封闭火区的原则是：
“密、小、少、快”四字。
2．封闭火区的方法
封闭火区的方法分为三种：
（1）锁风封闭火区。
（2）通风封闭火区。
（3）注惰封闭火区。
3．防火墙的类型
（1）临时防火墙
（2）永久防火墙
（3）耐爆防火墙（图2-5-5）。
4．建立防火墙的顺序和注意事项
（1）建立防火墙的顺序
就封闭进回风侧密闭墙的顺序而言，目前基本上有两种：
一是先进后回（又称为先入后排），二是进回同时。
（2）高瓦斯矿井封闭火区的注意事项
（三）混合灭火法
混合灭火法就是先用防火墙将火区封闭，然后再采取其它灭火手段，如灌浆、调节风压和充入惰性气体等加速火的熄灭。
四、高瓦斯矿井火灾的处理
（1）上、下山和运输平巷发火时，如果在火源的上风侧有掘进头和废巷，应将积存瓦斯的巷道严密封堵。
在火源的下风侧有冒高、废巷和掘进头积聚瓦斯时，对灭火人员威胁最大，为防止瓦斯爆炸应果断封闭火区，或者进行局部反风，将这些瓦斯库封闭后，再组织灭火。
（2）处理高瓦斯矿高冒处火灾时，必须在喷雾水枪的掩护下（迫使火源局限在高冒处），在火源的下风侧设水幕，然后在高冒处两端用水枪灭火。
（3）处理高瓦斯矿井独头巷道火灾时，不能停风，要在保持正常通风或加大风量的条件下处理火灾。
（4）当直接灭火无效或不可能时，应封闭火区，但应该严格遵循高瓦斯矿井封闭火区建立防火墙的顺序和注意事项。
五、火区的管理与启封
（一）火区的管理
1、绘制火区位置关系图、建立火区卡片
对于每一个火区，都必须建立火区管理卡片。
火区卡片包括以下内容。
（1）火区登记表。
火区登记表中应详细记录火区名称、火区编号、发火时间、发火原因、发火时的处理方法以及发火造成的损失，并绘制火区位置图。
（2）火区灌注灭火材料记录表。
火区灌注灭火材料记录表用于详细记录向火区灌注黄泥浆、河砂、粉煤灰、凝胶、惰泡、惰气以及其它灭火材料的数量和日期，并说明施工位置、设备和施工过程等情况。
（3）防火墙观测记录表。
防火墙观测记录表用于说明防火墙设置地点、材料、尺寸以及封闭日期等情况，并详细记录按规定日期观测到的防火墙内气体组份的浓度、防火墙内温度、防火墙出水温度以及防火墙内外压差等数据。
2、火区检查观测与日常管理
在火区日常管理工作中，防火墙的管理占有重要的地位，因此必须遵循以下原则：
（l）每个防火墙附近必须设有栅栏、提示警标，禁止人员入内，并悬挂说明牌。
（2）定期测定和分析防火墙内、外的气体成分、温度和压差以及防火墙的破损变形情况等，应每天至少检查一次，发现防火墙内外气体成分、温度、压差有异常变化时，每班至少检查一次；
（3）所有测定和检查结果都必须记入防火记录本中，并及时绘制随时间变化的曲线图。
（二）火区启封技术
1、判别火区火熄灭的条件
（1）火区内温度下降到30℃以下，或与火灾发生前该区的空气日常温度相同；
（2）火区内的氧气浓度降到5％以下；
（3）火区内空气中不含有C2H2、C2H4,CO在封闭期间内逐渐下降，并稳定在0.001%以下；
（4）火区的出水温度低于25℃，或与火灾发生前该区的日常出水温度相同；
（5）以上四项指标持续稳定的时间在1个月以上。
现场应用时要注意以下几个问题：
（1）火区内空气的温度、氧气浓度、CO浓度，都应在大气压力稳定或下降期间于回风侧防火墙内或钻孔中测取，并以最大值为准；
（2）火区的出水温度应以火区所有出水的防火墙或钻孔中出水的最大温度为准；
（3）在上述地点测得的指标，应保持连续测定时间不少于30天，每天不少于3次。
2、火区启封
火区启封可以采取锁风启封和通风启封的方法。
（1）锁风启封火区
具体做法是：
先在火区进风密闭墙外5～6m的地方构筑一道带风门的临时密闭，形成一个过渡空间，习惯上称为“风闸”，并在这两道密闭之间储备足够的水泥、砂石和木板等材料，然后，救护队员佩带呼吸器进入风闸内，将风门关好，形成一个不通风的封闭空间。
这时，救护队员可将原来的密闭打开，进入火区探查。
确认在一定距离的范围内无火源后，再选择适当的地点（一般可距原密闭100～150m，条件允许时也可到300m）构筑新的带风门的密闭。
新密闭建成后，就可将原来的密闭打开，恢复通风、处理和恢复巷道。
如此重复，一段一段地打开火区，逐步向火源逼近。
（2）通风启封火区
通风启封火区也称为一次性打开火区，适用于火区范围较小并确认火源已经完全熄灭的情况下。
启封前要事先确定好有害气体的排放路线，撤出该路线上的所有人员，然后，选择一个出风侧防火墙。
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