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1、火区的封闭与启封,秦波涛 副教授安全工程学院,准备先行行动果断密闭墙要“密、少、快、小”实施过程要加强监控,1、火区封闭的基本原则,一、火区封闭,2、火区封闭的顺序,2、火区封闭的顺序,需要特别指出的是：进、回风巷同时封闭时，由于回风侧高温且存在大量浓烟，工作条件极为恶劣，该处的防火墙构建可能无法与进风侧同时完成。实际操作时，一般先在进风侧初步建成防火墙并留有通风孔，通风孔的大小要既能保证火区上风侧不致发生瓦斯超限聚积，又能在一定程度上控制火势发展，从而给回风侧防火墙的构筑提供一个相对有利的条件。回风侧防火墙建至一定程度时，再约定好时间，同时封闭进、回风侧的防火墙，封闭后工作人员必须立即撤到安
2、全地点。,临时防火墙永久防火墙耐爆防火墙,3、防火墙的构建,3、防火墙的构建,临时防火墙风障临时防火墙 木板临时防火墙,永久防火墙木段防火墙 砖防火墙 混凝土防火墙多层混合式防火墙,耐爆防火墙沙袋耐爆防火墙 石膏耐爆防火墙 水封的方法改进的耐爆防火墙（形状、缓冲设施）,水封的方法,白芨沟煤矿高瓦斯特大火区水封示意图,局部水封火区示意图,采用水封时，可以远程操作，安全可靠，具有操作简单、严密性好、充分隔爆以及启封方便的优点；水封技术不同于水淹，它只是对火区进风侧或回风侧的低位巷道进行水封，需水量少，实施较为容易。,水封的方法,采用水封时，可以远程操作，安全可靠，具有操作简单、严密性好、充分隔爆以
3、及启封方便的优点；水封技术不同于水淹，它只是对火区进风侧或回风侧的低位巷道进行水封，需水量少，实施较为容易。,水封的方法,4、防火墙位置,原则封闭火区范围要小防火墙的数量要少封闭的时间要快封闭的密封性要严,4、防火墙位置,进风侧防火墙位置选择,4、防火墙位置,图 新鲜风流近处布置密闭墙,封闭火区形成盲巷通风,5、火区防爆计算,在火区封闭过程中，为了避免火区发生爆炸，必须对火区状态加以判定，要能够清楚地了解火区的发展趋势，准确判断火区能否发生爆炸和发生爆炸的时间，以及至少需要多少的供风量才能保证火区气体在封闭过程中不会发生爆炸，必要时还需要向火区注入惰性气体进行惰化，这其中就涉及到惰性气体注入量
4、的问题。,（1）最低供风量的计算,火区封闭过程中，必须保持向火区供风，而且供风量必须大于最低供风量，最低供风量是指保证火区气体在封闭期间不会发生爆炸（达不到爆炸下限）的最小需风量。,Qf：爆炸性气体的产生量，m3/s Q：供风量，m3/s ri：火区产生的可燃气体i的浓度,表示火区可燃气体浓度之和,为可燃气体i的爆炸浓度下限,（1）最低供风量的计算,Gd：火区可燃气体的爆炸下限，；ra：进入火区空气中的可燃气体含量，,（2）火区爆炸时间的计算,如果封闭过程中，进入火区的风量小于防止火区气体爆炸的最低供风量时，则火区气体在一段时间后就有可能达到爆炸浓度下限，从而发生爆炸，因此，密闭墙也就必须在这
5、有限的一段时间内尽快完成。,（2）火区爆炸时间的计算,火区爆炸时间，s；V封闭火区的体积，m3；Qz火区的供风量，m3/s，Qz Qmin；Qf火区各种爆炸性气体的产生量之和，m3/s；rf火区产生的爆炸性气体浓度之和，；ra向火区供风的空气中的可燃气体含量，；Gd火区可燃混合气体的爆炸下限，。,（3）火区惰化参数的计算,避免火区发生爆炸，最常用的方法是向火区中注入惰性气体，通过注惰性气体可以减少O2的浓度，并能对火灾气体进行稀释，使其达不到或者推迟达到爆炸界限，从而实现火区抑爆的目的。,二、火区启封,规程规定启封条件火区内的空气温度下降到30以下，或与火灾发生前该区的日常空气温度相同;火区内
6、空气中的氧气浓度降到5.0以下；火区内空气中不含有乙烯、乙炔，一氧化碳浓度在封闭期间内逐渐下降，并稳定在0.001以下；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；上述4项指标持续稳定的时间在1个月以上。,1、启封条件,二、火区启封,应该注意的：封闭火区内氧气浓度低于5时，火势将逐渐减弱直至熄灭。氧气浓度在2以下时，火将完全熄灭。但即使在火区中氧气浓度为零的条件下，火区内可燃物的阴燃仍能够长期持续下去，因为煤层特别是特厚煤层具有较强的吸附氧气的能力，所吸附的氧气足以支持阴燃的进行。由于焦炭对CO有较强的吸附作用，火区燃烧所产生的CO可能被焦炭所吸附。故即使所测定的CO浓度为零
7、，也不能据此就认为火源完全熄灭。由于矿井情况复杂，部分火区的瓦斯涌出量比较大，可能使燃烧产生的气体浓度下降，但这不意味着火源已熄灭。对封闭性较好盲巷或大型火区或采用均压防灭火措施的火区，CO很难散失，即使火源熄灭不再产生CO，CO也可能长期存在。,2、启封方法,通风启封火区（该方法适用于确认火源已经完全熄灭且火区范围较小的情况。）先用局部通风机风筒和风幛等通风设施对密闭墙进行通风，同时确定火区气体的排放路线，并撤出该路线上的人员；打开一个回风侧防火墙，过一定时间（根据现场情况确定），再打开一个进风侧防火墙。开启时应先开个小孔，然后逐渐扩大，严禁一次将防火墙全部打开；保持足够通风量，使火区气体特
8、别是瓦斯沿着预定的路线，保持在规定允许的瓦斯浓度（0.75）以下排出；让火区气体排放持续一段时间，期间进行检测，若无异常现象再相继打开其余防火墙，若发现尚有高温点存在，则应采取直接灭火的方法立即扑灭并撤离不必要的人员。,2、启封方法,锁风启封火区法（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。启封时，沿着原封闭区内的巷道，由外向内，向火源逐段移动防火墙的位置，逐渐缩小火区范围从而最后在封闭状况下进入着火带，实现火区全部启封的方法。）,（1）以距进风巷原防火墙最近的新鲜风流处为基地，将其作为地面指挥中心和现场救护人员联系的桥梁；（2）在主要进风巷处构筑锁风
9、防火墙，墙上留设风门，以便于人员进出；锁风防火墙与原防火墙之间留出56m的距离，便于材料贮备和人员作业。,2、启封方法,（3）启封人员进入锁风防火墙与原防火墙之间的临时密闭后关上风门，在原防火墙上打开一个缺口以满足人员的通行，缺口要悬挂风帘形成锁风室；对临时防火墙和原防火墙之间的空间进行清理，防止妨碍人员的通行和紧急情况下的撤退；在确认封闭区内气体不至于对人员构成威胁的前提下，才可以从缺口进入封闭区。（4）救护人员进入原防火墙内，进一步测定和分析大气成分、温度、压力、巷道环境的基础上，确定下一道锁风防火墙的构建位置和构筑材料，该位置同时还应综合考虑救护人员的作业时间、作业内容、与指挥中心的联络
10、能力和火区状况等各方面因素。（5）救护人员携带塑胶风障、马蹄钉、射钉枪和其它工具、材料进入在选定的位置构筑新的带风门的锁风防火墙。,2、启封方法,（6）拆除两道锁风防火墙之间的原封闭防火墙，并及时清理，以免妨碍通行。（7）打开原锁风防火墙的风门通入新鲜风流。在有多条巷道相连的地区，可以考虑控风，使新鲜风流经过相应区域，同时应注意采取逐段通风的方式，不要过早通入过大风流。（8）救护人员对新建的锁风防火墙进行修补和加固，若条件允许的话，在锁风防火墙外可再构建一个防火墙以减小漏风。（9）将原联络基地移近新建的锁风防火墙，并重复由（2）至（8）的步骤，逐步向着火带推进。在整个推进过程中，应始终保持火区
11、处于封闭隔离状态。,3、案例分析,2003年10月24日，宁夏白芨沟煤矿2421-1综放面的采空区发生瓦斯爆炸，引起了大范围的火灾，因灾情不断扩大，被迫将全矿井封闭。火区封闭后，中国矿业大学与宁煤集团组成课题组承担了该火区的灭火、抑爆、缩封、启封及防复燃技术的指导工作。在该火区的治理中，通过远距离水封抑爆、通过地面灭火钻孔大流量注三相泡沫、大流量注氮抑爆和惰化火区、高瓦斯火区水封巷道的锁风启封、氮气喷雾降温、均压启封火区及防复燃等一整套灭火、抑爆、缩封、启封及防复燃技术，扑灭并安全启封了该特大型火区。,（1）工作概况,白芨沟煤矿2421-1工作面走向平均长为1480 m，倾斜平均宽为155 m
12、，设计平均采厚10 m，其中机采高度3 m，放顶高度7 m。煤层倾角018，平均倾角6。工作面共布置了运顺、1号工艺巷、2号工艺巷、顶板瓦斯巷和回顺等5条巷道，如图所示。2003年10月24日，该工作面采空区发生瓦斯爆炸，随后又在工作面下部发现明火，初期救灾时决定对该工作面封闭，但在封闭过程中，灾情不断扩大，被迫将全矿井封闭。,（1）工作概况,（2）采用远距离水封方法缩封火区,（2）采用远距离水封方法缩封火区,（3）火区启封经过,1）锁风、注氮和逐段启封,高瓦斯火区水封巷道一旦排水启封，火区内的灾害气体会向外涌出，危及救灾人员的安全；同时，新鲜空气又会进入到火区，若火区未熄灭，还会出现复燃，甚
13、至发生爆炸。因水封巷道的排水解封是一个渐进的过程，实施锁风困难，人员进入构筑密闭难度大。为了保证水封巷道的安全启封，采用锁风、注氮和逐段启封技术：,1）锁风、注氮和逐段启封,（3）在联络巷口逐一露出到设计水位时，快速施工联络巷内的密闭，以切断与火区的联系，确保启封的安全。,（1）锁风排水。对水淹区内严格锁风，排水过程中大流量注氮（1800 m3/h及以上），保持排水巷道空间的惰化状态。（2）分段限量排水，逐段解封。利用巷道坡度，由高及低（南北）对因排水后露出的联络巷口及时进行密闭，以确保巷道逐段启封的安全。,2）氮气喷雾降温启封,因煤岩的热传导性低，封闭的火区内散热较困难，巷道刚启封时，巷内气
14、体温度高达43。对此，采用了氮气喷雾降温启封技术。氮气喷雾是水在高压氮气流及较高温度环境作用下发生雾化，形成粒径为10200m的弥散氮气雾，由于雾滴的表面积比水大得多，更易蒸发和运移带走热量，因此氮气喷雾具有显著的降温效果；大量氮气的注入还能进一步保持火区的惰化状态。氮气喷雾降温与惰化技术为冒顶巷道的安全启封和修复提供了有利的工作条件。,3）特大型火区均压启封与防复燃技术,特大型火区内积存有大量的瓦斯和火灾气体，采用常规的通风启封方法和锁风启封方法均不能在短时间内有效控制有害气体的涌出，为此，采用均压启封方法。即在工作面回风巷道内设置调节风门和局部通风机，以提高工作面内的通风压力，避免采空区内
15、火灾气体与瓦斯的涌出，如图所示。与主要用于防止漏风和窒息火区的常规均压方法不同，特大型火区均压启封方法的技术特点在于：控风范围广，风量与风压的调节量大、要求精度高，因此实施难度大。在实施均压措施中，为增大供风量，采用2台局部通风机并联供风，风量达760 m3/min；为了准确控制通风压力，在调解风门内外都安设了压差计，通过压差计读数，达到精确调节风门内外压差的目的。,3）特大型火区均压启封与防复燃技术,3）特大型火区均压启封与防复燃技术,采用均压启封方法后，启封区域内的有害气体浓度明显下降，氧气浓度大幅上升，为工作面人员的工作创造了安全的条件。因工作面遭破坏严重，恢复生产的周期较长，火区易复燃
16、，为此采取了以下防止火区复燃的技术：采用均压通风和减风降压方法，降低工作面压差，减少漏风；采用开放式注氮，惰化工作面后方的氧化带；对可疑高温点采用目标注氮和注三相泡沫技术消除复燃隐患。白芨沟矿特大型火区采用均压启封与防复燃技术后，回风巷道内CO浓度显著下降，5小时内就达到生产作业的要求，成功地启封了火区。而且火区自启封后至恢复生产的2个多月没有发生复燃，成为国内煤矿井下火区启封后防止复燃的范例。,4）案例总结,（1）对于高瓦斯矿井，水封是一种行之有效的火区封闭方法，操作简单，技术安全可靠，它不仅能保证火区封闭的严密性，而且具有一定的防爆效果，在白芨沟煤矿，正是利用了巷道的地势特点，采用水封的方法，从而实现了火区的有效封闭。（2）采用严格锁风，大流量注氮，加强监测，保持缩封区的惰化状态；利用巷道坡度，由高及低，分段限量排水，逐段启封；利用瓦斯抽放管路保持巷内气体的单向流动，防止高浓度瓦斯涌入上部火区；采用氮气喷雾惰化大冒顶巷道和对高温巷道有效降温。这一系列启封技术，解决了高瓦斯巷道缩封过程中的难题，有效地防止了瓦斯爆炸。（3）采用局部通风机均压通风启封火区。因火区燃烧范围广、燃烧强度大，火区内灾害气体大量、长期积存，为避免灾害气体涌出对启封工作造成不利影响，采用局部通风机均压法启封火区，取得了显著的效果。,
