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1、第三章 矿井火灾防治目 录,第一节 基本概念第二节 自然火灾和煤炭自燃第三节 预防煤炭自燃火灾第四节 预防外因火灾第五节 矿井灭火第六节 火区管理与启封,第一节 基本概念,一、矿井火灾发生的基本要素 二、矿井火灾的分类,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、矿井火灾的分类,（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
2、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。,外因火灾：1、概念：由于外来的热源如明火、瓦斯煤尘爆炸、机电设备运转不良、机械摩擦、电流短路等原因造成的火灾。2、特点：发火突然，来势凶猛，如不及时发现，可造成恶性事件。,内因火灾：1、概念：煤在一定的条件和环境下，自身发生物理化学变化聚积热量导致着火而形成的火灾。2、发生地点：采空区、遗留的煤柱、破裂的煤壁。煤巷的高冒区及浮煤堆积地点。3、特点：发生有一个或长或短的过程，而且有预兆，易于早期发现。但火源隐蔽，不宜扑灭。,三、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
3、。（2）矿井生产接续紧张。（3）巨大的经济损失。（4）污染环境产生大量有毒有害气体在矿井火灾事故中遇难的人员95%以上是烟雾中毒。,第二节 自燃火灾,主要内容：,一、煤炭自燃的条件二、煤炭自燃发火过程三、煤的自燃倾向性四、煤自燃影响因素及自燃发火期,第二节 自燃火灾,一、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。,二、煤炭自燃发火过程,1、潜伏期。2、自热期。3、自燃。,图4-2-1 煤自燃发展过程示意图,1、潜伏期（1
4、）反应：低温氧化，煤表面附有不稳定的氧化物（0H）(COOH)。（2）特点：释放热量少，能及时散热，氧化反应平稳缓慢。（3）预兆：煤自重增加，着火点降低，化学活性增强。,2、自热期自热初期：（1）反应特点：经过潜伏期，煤被活化，氧化反应增加（2）预兆：a、煤温上升但低于临界点（60-80）；b、空气氧气浓度降低；c、空气湿度增加，出现CO、CO2气体。自热后期：（1）反应特点：氧化急剧加快，煤温迅速上升。（2）预兆：a、火源点温度增大，出现雾气，煤壁出汗；b、出现煤氧化和干馏的物质，如CO、CO2、甲烷、乙烷气体，有煤油味、松节油味等；c、空气、煤、水温度增加；d、水酸度增加。,3、燃烧期（1
5、）反应特点：温度上升达到着火点，发生燃烧。（2）征兆：CO、CO2气体剧增，巷道内出现浓烟、浓雾、出现明火。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。煤因自燃出现明火、火炭或烟雾等现象；由于煤炭自热而使煤体、围岩或空气温度升高至70 以上；由于煤炭自热而分解出CO、CH4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。,三、煤的自燃倾向性,（一）煤的自燃倾向性主要取决于：1、煤的变质程度2、煤的水分3、煤岩成分4、煤的含硫量5、煤的粒度（二）煤自燃倾向性分为：容易自燃、自燃、不易自燃三类。,四、煤层自燃危险程度及自燃发火期1煤的自燃发火期 煤炭自燃发火是一渐变过程，要
6、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。,2、影响煤炭自燃发火的因素（1）煤的自燃倾向性（2）煤层的赋存地质条件 煤层越厚与倾角。地质构造。围岩的性质。,（3）开拓系统（4）采煤方法（5）通风条件,第三节 预防煤炭自燃火灾主 要 内 容,一、开采技术措施二、预防性灌浆措施三、均压防火四、阻化剂防火五、凝胶防灭火六、氮气防灭火,一、开采技术措施,对开拓、开采的要求：最小的煤层暴露面、最大的采出率、最快的回采速度，易于隔绝的采空区。,
7、为满足上述要求，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。,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；,（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
8、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,二、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
9、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。（三）灌浆防火方法 按与回采的关系分预防性灌浆有：采前预灌、随采随灌、采后封闭灌浆等三种。,(四)灌浆量的测定主要取决于灌浆的形式、灌浆区的容积、采煤方法等因素。（五）灌浆后的排水措施,三、均压防火,采空区浮煤自燃,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、自燃带
10、（宽度为L2）和散热带I（不自燃带）（宽度为Ll）,图4-3-1 采空区散热、自燃、窒息三带分布示意图,（一）均压防火的原理 均压防火就是设法改变通风系统内的风压分布，人为的降低漏风风路两端的风压差，使漏风量减少或趋近于零，以消除煤炭自然供氧条件，达到抑制自燃的目的。根据作用原理和使用条件不同，均压防火可分为开区均压和闭区均压。,(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,其措施有：（1）调节风门均压：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）改变工作面的通风系统,2）角联漏风的调压 采空区内除存
11、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）所示采取措施：（4）利用角联支路风向可变的特性,图2-3-10 采空区角联漏风,3）复杂漏风采取措施：风门与通风机联合均压,图2-3-10 采空区复杂漏风,2、闭区均压1、原理 在有可能发生自燃已经封闭的区域，采取均压措施可以防治火灾发生；在已经发生火灾而封闭的区域，采取均压措施可以灭火。2、措施（1）并联风路与调节风门联合均压；（2）调压通风机和风门联合均压；（3）连通管均压；（4）主要通风机与调节风门联合均压。,四、阻化剂防灭火,（一）阻化防火机理 阻化剂只有与水混合成一定浓度的水溶液后才能抑制
12、和起到防火作用，其防灭火机理为：增加煤在低温时的化学惰性，使煤炭和氧的亲合力降低；形成液膜包围煤块和煤的表面裂隙面；充填煤柱内部裂隙；增加煤体的蓄水能力；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。（二）阻化剂有：氯化钠、氯化镁等无机盐化合物及水玻璃,五、凝胶防灭火,（一）机理：凝胶防火技术是通过压注系统将基料（xNa2OySiO2）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。其反应实质是：(1）吸热降温作用。(2)堵漏风作用。(3）保水作用凝胶的含水量大于90%，硅酸所形成的立体网状结构能有效
13、地阻止水的流失。在井下潮湿封闭条件下，凝胶一个月的体积收缩率小于20%，一定时期内能有效地起着堵漏风作用。(4）成胶材料来源广泛，成本低廉，压注工艺简单，操作方便。（二）常用的基料有：硅酸钠、碳酸铵、硫酸铵等,六、氮气防灭火,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（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。（4）采空区内的可燃、可爆性气体与氮气混合后，随着惰性气体浓度的增加，爆炸范围逐
14、渐缩小（即下限升高、上限下降）。,第四节 预防外因火灾,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：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；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：在适当的
15、位置建造防火门，防止火灾事故扩大。每个矿井地面和井下都必须设立消防材料库。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。主要通风机必须具有反风系统或设备，并保持其状态良好。,第五节 矿井灭火,主要内容：一、发生矿井火灾时应采取的措施,二、消灭矿井火灾的方法（一）直接灭火法（二）隔绝灭火法,一、发生矿井火灾时应采取的措施,矿井发生火灾时，每个人都必须严守纪律、服从命令，决不能惊慌失措，擅自行动（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
16、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、消灭矿井火灾的方法,（一）直接灭火法1、消除可燃物2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供水量要充足。确保正常通风。当火势旺时，应先将水流射向火源外围。水能导电。水比油重，因此，水不能扑灭油类火灾。,（1）泡沫灭火器，如图2-5-3所示。,图2-5-3 泡沫灭火器1机身；2 机盖；3玻璃瓶；4铁架；5喷嘴
17、；6碱性药液；7酸性药液,2灌浆灭火 把砂子（或岩粉）配制成泥浆撒在燃烧物体上能隔绝空气，将火扑灭。3用化学灭火器灭火,（2）干粉灭火器。目前矿用干粉灭火器是以磷酸铵粉为主药剂的。,4用高倍数空气机械泡沫灭火 高倍数空气机械泡沫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。其工艺系统如图2-5-4所示。,图2-5-4 高倍数泡沫灭火装置1风机；2泡沫发射器，3潜水泵；4管路；5泡沫剂；6水桶；7喷嘴，8棉线网；9水管；10水柱计；11密闭,（二）隔绝灭火法 隔绝灭火法是在直接灭火法无效时采用的灭火方法1封闭火区的原则 封闭火区的原则是：“密、小、少、快”四字。2防火墙的类型 根据防火
18、墙所起的作用不同，可分为临时防火墙、永久防火墙及耐爆防火墙等。3、惰性气体灭火,第六节、火区的管理与启封,火区封闭以后，虽然可以认为火势已经得到了控制，但是对矿井防灭火工作来说，这仅仅是个开始，在火区没有彻底熄灭之前，应加强火区的管理，待彻底熄灭后启封。（一）火区的管理 火区管理工作包括对火区所进行的资料分析、整理以及对火区的观测检查等工作。1、绘制火区位置关系图、建立火区卡片,2、火区检查观测与日常管理 在火区日常管理工作中，防火墙的管理占用重要的地位，因此必须遵循以下原则：(1）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
19、度和压差以及防火墙的破损变形情况等，(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CH4,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
20、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（1）锁风启封火区 锁风启封火区也称分段启封火区，适用于火区范围较大、难以确认火源是否彻底熄灭或火区内存积有大量的爆炸性气体的情况下。具体做法是：先在火区进风密闭墙外56m 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
21、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100150m，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。打开进、回风侧防火墙后，应采用强风流向火区通风，以冲淡和稀释火区积存的瓦斯。通风启封火区的过程中，应经常检查火区气体，如有异常情况应及时处理。,作业习题,1什么是煤炭自燃发火？煤炭自燃发火经过哪几个阶段？各有哪些特征？2煤炭自燃的条件是什么？什么是煤的自燃发火期？3煤的自燃倾向性主要取决于哪几个方面的因素？4预防煤炭自燃火灾有难些措施？5.矿井采用哪些灭火方法？,
