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1、第十章矿井火灾防治 重点与难点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 第十章矿井火灾防治第一节概述一 火灾与矿井或煤田火灾的概念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 二 矿井火灾的类型及其特性 按引火原因分类 内因 自燃 火灾 2 外因火灾 消防分类 类火灾 煤炭 木材 橡胶 棉 毛 麻等含碳的固体可燃物质 类火灾 指汽油 煤油 柴油 甲醇 乙醇 丙酮等可燃液体 类火灾 指煤气 天燃气 甲烷 乙炔 氢气等可燃气体 类火灾 象钠 钾 镁等可燃金属燃烧形成的火灾 其它分类方法 还
2、有按火源特性 可分为原生火灾与再生火灾 按火源产生的位置 可分为井上火灾与和井下火灾等 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 第二节矿井外因火灾及其预防一 物质燃烧的充要条件 必要条件 可燃物 助燃物 高温能量火源 充分条件 三个必要条件同时存在 互相作用 Q生 Q散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 4 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 技术 Engineering 对策 1 灾前对策 防止起火 防止火灾扩大
3、2 灾后对策 报警 控制 灭火 避难 教育 Education 对策 知识 技术 态度 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 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 防止胶带摩擦
4、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 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
5、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 即dm d 在温度不变条件下 吸氧速度常数随时间按指数规律衰减 即 1 H 吸氧速度常数 与煤自身温度之间符合幂函数关系 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 吸氧速度常数 与粒度之间成复杂关系 三 自燃发火与自燃发火期自燃发火 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 1 明火 冒烟 火炭 2
6、 T 70 3 CO C2H4等超临界值并上升自燃发火期 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 以月或天四 煤炭自条件1 具有自燃倾向的煤被开采后呈破碎堆积状态 2 有较好的蓄热条件 3 有适量的通风供氧 4 上述三条件共存的时间大于煤的自燃发火期 五影响煤炭自然发火的因素1 煤的自燃性能1 煤的分子结构 2 煤化程度 煤的自燃倾向性随煤化程度增高而降低 3 煤岩成分 镜煤 亮煤 暗煤 丝炭4 煤中的瓦斯含量 它类似用惰性气体稀释空气对氧化发生的影响5 水分 既有加速氧化的一面 也有阻滞氧化的因素 6 煤中硫和其它矿物质 煤中含有的硫和其它催化剂 则会加
7、速煤的氧化过程 2 开采技术矿井的开拓方式 采区巷道布置 回采方法和回采工艺 通风系统和技术管理等开采技术和管理水平 对自然发火起决定性影响 1 矿井开拓方式和采区巷道布置 2 回采方法和回采工艺 但其决定的因素是回采率和工作面推进速度 3 影响采空区自燃的因素 采空区三带划分对于后 U 通风系统 一源一汇 的采空区 按漏风风速 采空区氧气浓度 采空区遗煤温升速度和遗煤发生自燃的可能性采空区可分为三带散热带 L1 5 20m 由于自由堆积 空隙漏风大 Q生Q散窒息 不自燃 带 漏风小 氧气浓度低 L1 L2 W 划分三带的指标有三种 采空区漏风风速V V 0 9m s为散热带 0 9 V 0
8、02m s为自燃带 0 02m s为自窒息带 采空区氧浓度 C 分布 认为C 8 为窒息带 C 8 为自燃带 采空区遗煤温升速度 dt 1 d为自燃带 由于缺少深入的理论研究和试验结果 此指标目前尚难以应用 采空区遗煤自燃的条件及其影响因素设自燃带的最大宽度为L1 L2 工作面的推进速度为V 自然发火期为 S 在自燃带内煤暴露于空气的最长时间为 月 则 L1 L2 V当 S 时 可能发生自燃 4 漏风在煤炭氧化过程的热平衡关系中 漏风起两方面的作用 一是向煤提供氧化所必须的氧气 促进氧化发展 二是带走氧化生成的热量 降低煤温 抑制氧化过程发展 苏联学者等研究表明 采空区及煤柱的漏风强度在0 1
9、 0 24m3 min m2 时容易自然发火 有的作者认为不会导致自燃的极限风速低于 2 0 05m3 min m2 封闭采空区密闭墙漏风压差在300Pa 漏风强度在 02 1 2m3 min m2 时容易自然发火的 136 因此 有一定局限性 但对我们研究自燃问题是有参考价值的 把风速控制在易燃风速区之外 是从通风的角度预防自然发火的原则 5 地质因素地质因素主要有 倾角 煤层厚度 地质构造 在有地质构造的地区 自燃危险性加剧 开采深度 六 煤的自燃过程及特点 潜伏 自燃准备 期 以物理吸附 煤温开始升高 无宏观现象 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
10、的过程 自燃阶段 煤温达到其自燃点后 若能得到充分的供氧 风 则发生燃烧 出现明火 4 熄灭 降到燃点以下 潜伏期 自热期 自热期 风化 燃烧 时间 温度 TC 70 TB 第四节矿井火灾预测和预报根据煤田地质勘探或在矿井开采的过程中 所采集的煤样的分析化验结果和自然发火的统计资料 判定待开采煤层的自燃严重程度及其在空间上的分布规律 为有针对性制定防灭火措施提供可靠的依据 一 煤层自燃倾向性的鉴定方法 年版的 煤矿安全规程 执行说明规定采用吸氧量法 30度常压下吸氧量 二 煤层自然发火期的估算方法及其延长途径1 煤层自然发火期的估算 统计比较法 生产矿井 揭煤统计 分煤层统计 以最短 类比法
11、根据地质资料 参照吸氧量鉴定 对照同类矿井 延长煤层自然发火期的途径 其途径有 减小煤的氧化速度和氧化生热 增加散热强度 降低温升速度 三 矿井外因火灾预测矿井外因火灾预测是 通过井巷中的可燃物和潜在火源分布调查 确定可能产生外因火灾的空间位置 及其危险性等级 四 矿井火灾的预报根据火灾发生和发展的规律 应用成熟的经验和先进的科学技术手段 采集处于萌芽状态的火灾信息 进行逻辑推断后给出火情报告 主要有 1 利用人体生理感觉预报自然发火依靠人体生理感觉预报矿井火灾的主要方法有 嗅觉 视觉 感 触 觉 2 气体成分分析法1 指标气体及其临界指标能反映煤炭自热或可燃物燃烧初期阶段特征的 并可用来作为
12、火灾早期预报的气体叫指标气体 2 常用的指标气体 1 一氧化碳 2 系数 CO 3 乙烯 4 其它指标气体 国外有的煤矿采用烯炔比 乙烯和乙炔 C2H2 之比 和链烷比 C2H6 CH4 来预测煤的自热与自燃 五 连续自动检测系统1 束管系统1 采样系统2 控制装置3 气样分析4 数据贮存 显示和报警 矿井火灾监测与监控 第五节开采技术防火措施 一 矿井自燃火源的分布规律1 采空区 采空区火灾占50 以上 2 煤柱 3 巷道顶煤 4 断层和地质构造附近 二 开拓开采技术防火措施要求 1 提高回采率 2 限制或阻止空气流入疏松煤体 消除供氧 减少漏风 减小压差 3 漏风风速小于自燃风速 主要技术
13、措施有 1 合理地进行巷道布置 1 尽量岩巷 有利于均压 2 区段巷道分采分掘 3 无煤柱开采技术2 选择合理的采煤方法和先进的回采工艺 提高回采率 加快回采进度 3 选择合理的通风系统 4 坚持自上而下的开采顺序 5 合理确定近距离相邻煤层和厚煤层分层同采时两工作面之间的错距 防止上 下之间采空区连通 二 灌浆系统灌浆系统由制浆 输浆和灌浆三部分组成 1 浆液的制备1 浆液性能 对浆液性能的基本要求是 浓度适当 渗透能力强 水土比2 浆材的选取浆材必须满足一定的基本要求 浆液的制备工艺 浆液的输送1 输浆压力与输浆倍线输送浆液的压力有两种 一是利用浆液自重及浆液在地面入口与井下出口之间高差形
14、成的静压力进行输送 叫静压输送 当静压不能满足要求时应采用加压输送 L 总长度 H 入出口高差 h 泵压力 2 灌浆管道的选择当管道中浆液恰好处于无沉积的悬浮状态时的流速 称为临界流速 vc 时 也叫不淤流速 3 灌浆钻孔 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 方法1 钻孔灌浆 在煤层底板的集中运输或回风巷道或专门开掘的灌浆巷道内 每隔一定距离 10 15m 向采空区打钻灌浆 2 埋管灌浆 3 工作面洒浆 4 综采工作面插管灌浆 二 阻化剂防灭火在化学上 凡是能减小化学反应速度的物质皆称为 inhibitors 作用机理 增加惰性 形成液膜 充
15、填 蓄水 降温 1 阻化剂的评价指标及其影响因素 阻化率按公式计算阻化率 A B 分别为原煤样和阻化煤样在规定的实验条件下氧化5小时放出的CO pmm 或SO2 mg 阻化剂的阻化寿命阻化剂喷洒至煤体表面后 从开始生效至失效所经过的时间叫阻化剂寿命 单位为月 阻化剂的寿命可用下式表示 V 衰减速度 2 阻化剂选择煤矿使用的阻化剂有 氯化钙 氯化镁 氯化铵以及水玻璃等 以及工业废液等 3 阻化剂防火工艺方法主要方法是 表面喷洒 用钻孔向煤体压注以及利用专用设备向采空区送入雾化阻化剂 第七节均压防灭火均压防灭火的实质 利用风窗 风机 调压气室和连通管等调压设施 改变漏风区域的压力分布 降低漏风压差
16、 减少漏风 从而达到抑制遗煤自燃 惰化火区 或熄灭火源的目的 一 调压设施均压防灭火的原理 一 调节风窗调压的原理特性 上风侧压力增加 下风侧实质 增阻减风 改变调压风路上的压力分布 达到调压目的 前提条件 本分支风量允许减少 二 风机调压的原理在需要调压的风路上安装带风门的风机 利用风机产生的增风增压作用 改变风路上的压力分布 达到调压目的 特性 前提 以增加风量为前提 A B A B O a b a b A B L1 E E L 三 风窗 风机联合调压的原理 风窗 风机增压调节所谓增压调节是指使两调压装置中间的风路上风流的压能增加 增压调节又可分为风量不变和减少两种 风窗 风机联合降压调节作降压调节时 风窗安装在上风侧 风机安装在下风侧 hw H H hw 风量不变 风量减少 二 生产工作面采空区自燃火源或高温点的调压处理 一 采空区的漏风形式1 并联漏风如图是后退式回采U形通风系统工作面采空区漏风分布平面示意图 2 角联漏风 二 调压处理方法 1 当火源或高温点处于自燃带 中后部 靠近窒息带 时 则可用降低漏风压差的方法 减小漏风带宽度 使窒息带复盖高温点 2 高温点位于自燃带的
