第三章矿山防火与防爆.docx

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第三章矿山防火与防爆

辽宁科技学院教案

课题名称

§3矿山防火与防爆

课次

第（4-5）次课

课时

4

课型

理论（√）；实验（）；实习（）；、实务（）；习题课（）；讨论（）；其他（）

教学目标

了解矿山内因火灾和外因火灾的区别及产生的原因；了解矿山爆炸事故的种类。

了解燃烧的化学反应过程；了解发火产生的种类和原因；了解气体的燃烧与爆炸的定义和燃烧转换为爆炸的条件；了解粉尘爆炸的机理和影响因素。

熟悉地面建筑物室内火灾发展过程的几个阶段；掌握室内火灾的烟气危害；了解火灾危险性分类、建筑物的耐火性能、建筑物的防火间距；了解建筑物火灾时人员的疏散时间和疏散距离。

了解地下矿内部火灾的特征；掌握地下矿内部外因火灾产生的原因和预防措施。

熟悉火灾种类和灭火的方法；了解不同的火灾种类适用的灭火方法和灭火剂。

掌握矿内灭火方法。

了解火风压的定义和计算方法；了解火风压对矿内通风的影响；掌握火灾时期风流紊乱的防治措施。

重点、难点及解决方法

重点：

地面建筑物室内火灾发展阶段和烟气危害；地下矿内部外因火灾产生的原因和预防措施；火灾种类和灭火的方法。

难点：

火灾种类和灭火的方法。

解决方法：

列举案例进行讲解。

教学基本内容与教学设计

1、简介本次课的基本内容

2、教学进程和教学时间具体安排

§3.1矿山火灾与爆炸事故，15分钟。

§3.2燃烧与爆炸机理，30分钟。

§3.3矿山地面建筑物火灾，30分钟。

§3.4矿内外因火灾及其预防，15分钟。

§3.5矿山内因火灾及其预防，30分钟。

§3.6矿山灭火，30分钟。

§3.7火灾时期矿内风流控制，30分钟。

教学方法

讲授法、案例法等

教学手段

板书

参考资料

陈宝智《矿山安全工程》、注册安全工程师考试《安全生产技术》、安全评价师考试《基础知识》

学习效果评测

作业

1、小青矿“1989.8.23”火灾事故案例分析

教学后记

辽宁科技学院讲稿

教学内容

备注

3矿山防火与防爆

3.1燃烧与爆炸基础知识

一、火灾与燃烧

1、定义

燃烧：

可燃物与氧化剂之间的放热反应，释放出火焰和可见光。

火灾：

火失去控制蔓延而形成的一种灾害性燃烧现象。

会造成人员伤亡或财产损失。

根据死亡、重伤人数或财产损失情况分为特别重大、重大、较大和一般火灾。

2、燃烧和火灾发生的必要条件

氧化剂、可燃物、点火源（火三角，切断火三角任何一个就可灭火）

3、燃烧过程

气态可燃物——扩散燃烧，燃料与氧化剂边混合边燃烧；

液态可燃物——先蒸发为可燃蒸气，再与氧化剂结合燃烧；

固态可燃物——先通过热解等过程产生可燃气体，再与氧化剂结合发生燃烧。

4、其他有关概念

⏹闪燃：

可燃物表面或可燃液体上方在很短的时间内重复出现火焰一闪即灭的现象。

⏹闪点：

发生闪燃时的最低温度。

液体的闪点越低，其火灾危险性越大。

按闪点的高低，把可燃性液体分为二类四级。

一类为易燃液体，其中闪点低于28℃的为一级，闪点为28~45℃的为二级；另一类为可燃液体，其中闪点在45~120℃的为三级，闪点在120℃以上为四级。

⏹燃点：

可燃物质被点燃时的最低温度。

⏹自燃：

可燃物在空气中没有外来火源的作用，靠自热或外热而发生燃烧的现象，分为自热自燃和受热自燃两种。

⏹自燃点：

不用任何辅助引燃能源而燃烧的最低温度。

⏹阴燃：

没有火焰和可见光的燃烧。

⏹爆燃：

伴随爆炸的燃烧波，以亚音速传播。

二、点火源及其控制

（一）概念

使可燃物与氧化剂发生燃烧反应的能量来源。

（二）分类

热能（火焰、火星、高热物体）、光能（光线聚焦）、电能（电火花、静电火花）、化学能（化学反应热）、机械能（撞击、摩擦）。

案例1：

静电火花引爆泄漏煤气事故。

辽宁科技学院讲稿

教学内容

备注

（三）控制点火源引起火灾的方法

1、化学点火源

（1）化学自燃着火

①与水作用化学自燃着火：

这类物质主要有活泼金属、金属磷化物、金属碳化物、金属粉末等。

②与空气接触化学自燃着火：

黄磷等与氧发生化学反应而着火。

③相互接触化学自燃着火：

一种强氧化剂，一种强还原剂。

（2）蓄热自燃着火

需要相当长的时间蓄热。

长期堆积在一起的煤、植物等，与氧发生缓慢氧化反应，放出的热量散不出去，会发生蓄热自燃着火。

2、电气火源

（1）电动机超负荷运转或绝缘不良、短路发热起火；

（2）电气线路接头松动打火；

（3）乱接电线或线路绝缘层老化、破损，导致并线短路；

（4）用过的电器设备（电熨斗、电炉等）未切断电源。

（5）保险丝选用不合格，超负荷时无保护作用。

3、机械点火源

（1）两个坚硬物体撞击和摩擦等机械能转变成热能，产生火花或火星，引燃易燃物质。

在易燃易爆场所，不能使用铁制工具，而应使用铜制或木制工具；不准穿带钉鞋。

（2）两个硬度低的物体，或一个硬度高一个硬度低，撞击或摩擦时不会产生火花，但热能会引燃易燃易爆物质。

三、爆炸基础知识

（一）爆炸的概念及分类

物质系统的物理或化学能量瞬间释放或转化过程。

1、按照能量的来源分类

（1）物理爆炸：

机械能或电能的释放或转化过程，参与爆炸的物质只是发生物理状态或压力的变化，其化学成分不会改变。

（2）化学爆炸：

通过化学反应，将物质内的化学能在极短时间内释放出来，反应产物处于高温、高压状态。

（3）核爆炸：

核裂变、核聚变，核爆炸释放的能量极大。

2、按爆炸反应相态分类

（1）气相爆炸：

可燃气体与助燃气体混合的爆炸，液体被喷成雾状物在燃烧时的爆炸。

（2）液相爆炸：

蒸汽爆炸等。

（3）固相爆炸：

混合危险物质（粉尘）的爆炸。

辽宁科技学院讲稿

教学内容

备注

（二）爆炸的反应历程

爆炸性物质或混合物发生爆炸，有热反应和链式反应两种不同的历程。

1、热反应

物质受热发生化学反应，反应在某一空间内进行时，由于散热不良，会使反应温度不断升高，促使反应速度加快，导致爆炸发生。

2、链式反应

爆炸性混合物与火源接触后，活化分子吸收能量离解为游离基，并与其他分子作用形成链式反应，释放燃烧热。

有直链反应和支链反应两种。

链式反应历程的三个阶段：

（1）链引发：

游离基生成；

（2）链传递：

游离基作用于其他参与反应的化合物，产生新的游离基；

（3）链终止：

游离基消耗后使连锁反应终止。

（三）爆炸极限

1、基本概念

爆炸极限：

可燃气体（或蒸气、粉尘）与空气混合，遇火源能发生爆炸的浓度范围。

爆炸下限：

能发生爆炸的最低浓度。

可燃气体的浓度小于爆炸下限时，可燃物的浓度不足，空气过量，反应无法持续。

爆炸上限：

能发生爆炸的最高浓度。

可燃气体的浓度超过爆炸上限时，过量的可燃物因缺氧而不能反应，反应无法持续。

爆炸性混合气体：

在这一浓度范围内的混合气体。

书中93页表6-4为常见的可燃性气体在常温常压下的爆炸极限。

2、爆炸极限的影响因素

（1）初始温度：

温度升高，爆炸极限变宽，爆炸危险性增加。

（2）初始压力：

压力增大，爆炸极限变宽。

（3）点火源的影响：

能量越大，加热面积越大，作用时间越长，爆炸极限

范围越大。

（4）氧及惰性气体含量：

氧含量增高，极限范围变宽。

惰性气体含量增高，

极限范围变窄。

（5）容器尺寸和材质：

管道尺寸小，且材质传热性能好，爆炸极限范围缩

小。

（四）粉尘爆炸

1、粉尘爆炸的机理与特点

爆炸机理：

粉尘（铝粉、煤粉、火炸药粉尘）粒子受热，表面温度升高，达到粉尘粒子分解的温度和蒸发温度，形成粉尘蒸气或分解气体，与空气混合后，遇到足够的点火能量，就能发生粉尘爆炸。

辽宁科技学院讲稿

教学内容

备注

爆炸特点：

（1）粉尘爆炸速度或爆炸压力上升速度比爆炸气体慢，但燃烧时间长，产

生的能量大。

（2）爆炸感应期较长，爆炸过程复杂，要经过尘粒表面的分解或蒸发阶段

及由表面向中心延烧的过程。

（3）有产生二次爆炸的可能，初次爆炸的冲击波会将堆积的粉尘扬起。

（4）粉尘有不完全燃烧的现象，燃烧后的气体中含有大量的CO，伴随中毒事故。

2、粉尘爆炸的影响因素（爆炸极限范围↑、粉尘爆炸的危险性↑）

分散度↑、可燃气体含量↑、氧含量↑、火源强度↑、初始温度↑、粉尘粒度↓、湿度↓、惰性粉尘↓、灰分↓。

3、控制产生粉尘爆炸的技术措施

（1）消除粉尘；

（2）缩小粉尘扩散范围；

（3）控制火源；

（4）适当增加湿度；

（5）惰化防护：

生产装置中通入惰性气体，降低氧含量（使实际氧含量比临界氧含量低20％）。

（6）采用抑爆装置：

用抑爆剂抑制爆炸压力。

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教学内容

备注

3.2矿山地面建筑物火灾

一、建筑火灾发展过程

火灾的发展过程：

初起期、发展期、最盛期和熄灭期

（1）初起期

主要特征：

冒烟、阴燃。

（2）发展期

主要特征：

火灾热释放速率与时间的平方成正比，是轰燃的发生阶段。

如果此时打开门窗提供氧气会加速燃烧，发生爆燃。

（3）最盛期

火势大小由建筑物的通风情况决定。

室温可达1000℃。

（4）熄灭期

熄火的原因是燃料不足、灭火系统作用等，室温较长时间保持200~300℃。

二、室内火灾的烟气危害

1、烟气组成

可燃物质燃烧所生成的气体、水蒸气及固体微粒等统称为燃烧产物，又称烟气。

其中气体包含CO2、CO、SO2、P2O5、醛类、酮类、硫化物、氰化物等。

固体微粒主要为析出炭粒和灰烬等。

2、烟气危害

（1）一氧化碳中毒

一氧化碳进入人体后与血液中的血红蛋白结合，阻碍血液把氧输送到人体的各部分。

火灾时室内的一氧化碳浓度（体积）可达4%~5%，而人员接触1小时的安全浓度为0.05%。

（2）其他有毒气体中毒

包括醛类、氰化物及氢氯化物等。

（3）缺氧

（4）高温烟气及刺激性气体会导致人员呼吸道阻塞而窒息。

三、地面建筑物防火

1、火灾的防治途径

（1）评价：

在建筑及工程的设计阶段就考虑到火灾，进行安全设计；对已

有的建筑和工程可以进行危险性评价，以确定火灾安全性能（防火等级）

（2）阻燃：

对建筑材料和结构进行阻燃处理，降低火灾发生的概率和发展

的速率；

（3）火灾探测：

一旦火灾发生，要准确、及时地发现它，并克服误报警因

素；

（4）灭火：

发现火灾之后，要合理配置资源，迅速安全地扑灭火灾。

2、建筑物的火灾危险性

GB50016-2006《建筑防火设计规范》根据生产中使用或产生的物质性质及其数量等因素，将生产的火灾危险性分为甲、乙、丙、丁、戊5类。

见书中97页表6-6。

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教学内容

备注

3、建筑物的耐火性能

■建筑构件的耐火性能包括构件材料的燃烧性和构件的耐火极限。

■按照构件材料的燃烧性，把建筑构件分为以下三种：

（1）非燃烧体

由非燃烧材料做成的构件。

比如砖、混凝土等。

（2）难燃烧体

由难燃烧材料做成的构件，或由燃烧材料做成并用非燃烧材料做保护层的构件。

比如沥青混凝土、防火处理的木板等。

（3）燃烧体

由燃烧材料做成的构件。

■建筑构件的耐火极限

表征构件阻火性能的指标。

具体指建筑构件从经受火的作用起，到失去支持能力或发生穿透裂缝，或背火侧温度上升到220℃时为止的时间称作耐火极限，单位是h。

一般规定为4~0.15h不等。

比如一级防火墙规定采用不燃烧体，耐火极限为3h。

举例：

钢筋混凝土构件受热300~400℃以上时，会导致构件承载能力下降。

钢构件在300~400℃时出现塑性变形，至600℃时失去承载能力，耐火极限只有15min左右。

911世贸大厦倒塌就是因为飞机燃油燃烧火灾造成承重墙失去承载能力造成的。

■耐火等级：

分为4级。

其中甲乙类生产厂房的耐火等级为一、二级。

4、建筑物的防火间距

防火间距是防止发生火灾时火焰蔓延到其他建筑物，以及为人员疏散和消防设备、消防人员顺利到达火灾现场提供通路。

见书中98页表6-7。

5、火灾探测

■火灾探测：

火灾报警器根据在火灾的孕育与初期阶段，建筑物内会出现的特殊现象或征兆，如发热、发光、发声以及散发出烟尘、可燃气体、特殊气味等。

及时将火灾迹象通知有关人员，及早疏散或组织灭火。

■火灾探测方法：

（探测元件与探测对象的关系）

（1）接触式探测：

利用某种装置直接接触烟气来实现火灾探测的，但只有烟气到达该装置所安装的位置时感受元件方可发生响应；

（2）非接触式探测：

根据火焰或烟气的光学效果进行探测，可以在离起火点较远的位置进行探测，所以速度较快，适宜探测那些发展较快的火灾。

四、建筑物火灾时的人员疏散

（1）建筑物安全疏散距离、安全出口、疏散通道、应急照明和疏散指示标志应符合设计规范。

（2）尽量缩短疏散时间，应控制在5~8min之内，爆燃发生之前。

（3）地下建筑的人员逃生沿着烟扩散的方向走，黑暗中用手摸着墙壁俯着身体走。

（4）高层建筑的人员逃生

①利用避难层或疏散楼梯逃生

②利用阳台、落水管和避雷管线逃生；绳子固定一端落到地面

③封闭房间门窗的缝隙，阻止烟气和有毒气体进入。

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教学内容

备注

3.3矿内外因火灾及其预防

一、矿内火灾特点

（1）由于矿内供给燃烧的空气量不足，产生大量有毒有害气体。

（2）火灾产生的高温和烟气随风流迅速在井下传播，对矿内人员生命安全构成严重威胁。

（3）矿内火灾时消防与疏散的困难性。

①地面人员很难获得矿内火灾的详细信息；

②矿内巷道充满浓烟和热气，增加消防的困难性；

③很难把消防设备、器材运到火灾现场。

④矿内火灾时烟气迅速随风流蔓延，对人员的安全疏散极为不利。

二、矿内外因火灾的原因

■矿井内可燃物包括：

木材、油类、橡胶或塑料、炸药及可燃性气体。

■点火源包括：

明火、电弧和电火花、过热物体三类。

其中：

明火：

电石灯火焰、点燃的香烟、乙炔焰等（香烟燃烧时中心温度650~750℃，表面温度350~450℃）

电弧和电火花：

井下电气线路、设备短路、绝缘击穿、电气开关熄弧不良、焊接作业等，会产生强烈电弧或电火花。

过热物体：

机械设备转动部分润滑不良、散热不好或其他故障状态下，因摩擦发热而温度升高。

三、矿内外因火灾的预防

（1）采用非燃烧材料代替木材。

（2）加强对井下可燃物的管理。

（3）严格控制明火。

（4）焊接作业时要采取防火措施。

（5）防止电线及电气设备过热

（6）加强机械设备的养护，防止因其运转产生过热体。

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备注

3.4矿山内因火灾及其预防

一、发生矿山内因火灾条件

矿山内因火灾是由于矿物氧化自燃引起的。

我国已开采的20%~30%硫化铁矿山和5%~10%多金属硫化矿有发生内因火灾的危险性。

影响硫化矿石自燃发火的因素：

（1）硫化矿石的物理化学性质。

当硫的含量达到40%~50%以上时，火灾危险性大大增加。

（2）矿床地质条件。

矿体厚度越大、倾角越陡，自然发火的危险性越高。

（3）采矿技术条件。

二、矿山内因火灾的早期识别

通过观测内因火灾的外部预兆、化学分析和物理测定等方法识别。

1、外部预兆

（1）温度上升、产生大量水分。

（2）产生SO2刺激性臭味。

（3）火区附近的空气条件使人感觉不适。

2、化学分析法

（1）分析可疑地区的空气成分。

当空气中的CO和SO2含量稳定或者逐渐增加时，可以认为自热过程已经开始了。

（2）分析可疑地区的地下水。

硫化矿石氧化时产生硫酸盐及硫酸，并析出SO2也易溶解于水，使得矿井水的酸性增加。

3、物理测定法

通过测定可疑地区的空气温度和湿度和岩石温度，可以最直接、准确鉴别内因火灾的发生发展情况。

通过建立监测系统监测井下自燃发火。

三、预防矿山内因火灾的措施

1、合理选择开拓方式和采矿方法

减少矿体暴露、加速回采、自上而下自远而近的开采顺序、充填采矿法等

2、建立合理的通风制度

减少向采空区漏风。

3、封闭采空区或局部充填隔离

4、预防性灌浆

5、均压通风防火

6、阻化剂防火

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教学内容

备注

3.5矿山灭火

一、常用灭火方法

（一）灭火原理

（1）隔离法：

将可燃物与着火源隔离开来（泡沫、泥浆、隔离沟等），适用于扑救各种固体、液体和气体火灾。

（3）冷却法：

将灭火剂直接喷洒在燃烧着的物体上，将燃烧物的温度降到燃点以下。

（2）窒息法：

阻止空气流入燃烧区（砂土、石棉布覆盖，或水淹），或用惰性气体稀释空气，使燃烧得不到足够的氧气而熄灭。

适用于扑救燃烧部位空间较小，容易封闭场所的火灾。

（4）化学抑制法：

使灭火剂参加化学反应。

（二）火灾分类

按照燃烧特性分：

（1）A类火灾：

固体物质火灾；

（2）B类火灾：

液体或可熔化的固体火灾；

（3）C类火灾：

气体火灾；

（4）D类火灾：

金属火灾；

（5）E类火灾（带电火灾）：

物体带电燃烧的火灾。

（三）具体灭火方法

1、水灭火剂

（1）方法种类：

密集高压水灭火、水雾灭火和水蒸气灭火。

（2）不适宜火灾类型：

电气火灾、忌水性物质火灾、油类火灾。

2、泡沫灭火剂

（1）方法种类：

化学泡沫和空气机械泡沫两种。

空气机械泡沫又分为低倍数（20倍）、中倍数和高倍数泡沫（200~1000倍）三种。

（2）适宜或不适宜火灾类型：

对扑灭汽油、煤油等易燃液体火灾最有效；不宜用于扑灭醇类等水溶性液体火灾。

3、惰性气体灭火剂

（1）方法种类：

二氧化碳和氮气

（2）适宜火灾类型：

二氧化碳用于扑灭600V以下电气火灾、燃烧范围不大的油类火灾及电石等某些忌水物质火灾。

4、卤族灭火剂

（1）方法种类：

1211灭火剂和1301灭火剂。

（2）适宜火灾类型：

油类和忌水性物质火灾、电气火灾。

5、化学干粉和固态灭火剂

（1）方法种类：

磷酸铵盐类干粉装在灭火手雷和灭火炮弹中。

（2）适宜火灾类型：

木材火灾、煤炭火灾、石油产品火灾和电气火灾。

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教学内容

备注

二、矿井内灭火方法

主要包括直接灭火法、封闭灭火法和联合灭火法。

1、直接灭火法

优先采用，用水、灭火剂、空气泡沫或砂土等扑灭火源。

2、封闭灭火法

直接法不能灭火时采用。

具体方法：

先在进风侧建造临时防火墙，待火势减弱再从回风侧封闭。

在临时防火墙的保护下，再砌筑永久性防火墙。

火区封闭后进行灭火，措施为减少向火区的漏风。

可利用均压通风技术减少火区进、出风侧的风压差。