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1、第二章 矿井火灾防治 目 录,第一节 基本概念和理论概述 第二节 开采技术预防自然发火 第三节 通风措施防治自然发火 第四节 介质法防灭自然发火 第五节 矿井火灾处理复 习 题问 题 思 考,第一节 基本概念和理论概述 主 要 内 容,一、矿井火灾发生的基本要素 二、矿井火灾的分类 三、煤炭自然发火 四、矿井火灾的危害 五、火风压 六、矿井火灾防治的技术途径,一、矿井火灾发生的基本要素,（1）可燃物。 （2）助燃剂（O2）。 （3）热源。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
2、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。,三、煤炭自然发火,1. 煤的氧化自燃过程其过程如图2-1-1所示：1）潜伏期；2）自热期；3）自燃期。在矿井防灭火规范中规定出现下列现象之一，即为自然发火。,图2-1-1 煤自燃发展过程示意图,1）出现明火、火炭或烟雾等现象； 2）由于煤炭自热而使煤体、围岩或空气温度升高至70 以上； 3）由于煤炭自热而分解出CO、C2H4或其它指标气体，在空气中的
3、浓度超过预报指标，并呈逐渐上升趋势。 2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。,3煤的自然发火期煤炭自然发火是一渐变过程，要经过潜伏期、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然发火。这一时间间隔叫做煤层的自然发火期，是煤层自燃危险在时间上的量度。自然发火期愈短的煤层，其自燃危险性愈大。,4影响煤炭自然发火的因素煤炭自然发火是一个复杂的物理化学过程，影响煤炭自然发火的因素较多
4、，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； 煤中硫和其他矿物质；煤中的瓦斯含量。,煤的化学成分和碳化程度是影响煤自燃倾向的重要因素。褐煤最易自燃；烟煤、中长焰煤和气煤较易自燃；无烟煤则很少自燃。碳化程度低、含水分大的煤，水分蒸发后易自燃；碳化程度高的煤，水分对自燃的影响不明显。煤成分中的镜煤、丝煤，吸氧能力强，着火温度低，煤中含量越多，越易自燃。实验室鉴定煤的自燃倾向的方法很多，都是模拟煤的氧化过程，以其氧化能力作为判定依据。,影响煤炭自燃的内因煤的变质程度 各种牌号的煤都有发生自燃的可能，
5、但在褐煤矿井，煤化程度低的一些煤层自燃发火次数要多一点。烟煤矿井以开采煤化程度最低的长焰煤和气煤的自燃危险性较大，贫煤则较少。在煤化程度较高的无烟煤矿井自燃发火较少见。所以可以认为，煤化程度较高的煤，自燃倾向性越小。但决不能以煤化程度作为判定自燃倾向性大小的唯一标志。因为生产实践证明，煤化程度相同的煤有的具有自燃特性，有的却不自燃。,煤的水分 煤中的水分是影响其氧化进程的重要因素，在煤的自热阶段，由于水分的生成与蒸发必然要消耗大量的热。煤体中外在的水分没有全部蒸发之前很难上升到100%，这就是水分大的煤炭难以自燃的原因。但是，煤中的水分又能充填于煤体微小的孔隙中，把氮气，二氧化碳，甲烷等气体排
6、除，当干燥以后对煤的吸附起活化作用。水分的催化作用随煤温的增高而增大。所以地面煤堆在雨雪之后容易发生自燃，井下灌浆灭火，疏干之后自燃现象更为严重。,煤岩成分 煤的岩石化学成分有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤。它们有不同的氧化性，其中丝煤含量越多，自燃倾向性就越强；相反，暗煤含量越多，越不易自燃。煤的含硫量 同牌号的煤中，含硫矿物越多，越易自燃。,煤的孔隙率和脆性 煤炭孔隙率越大，越易自燃。这是因为孔隙率越大，氧气越易渗入煤体内部。变质程度相同的煤，脆性越大，越易自燃。因为煤的脆性大小与该种煤炭是否易于破碎和形成煤粉有关。完整的煤体一般不会发生自燃，一旦呈破碎状态则使煤的吸氧表面积增大，着火点明显降低，
7、使其自燃性显著提高。,煤层瓦斯含量 瓦斯通常是以游离状态和吸附状态存在于煤体中，这两种瓦斯是以压力状态存在的，吸附瓦斯在煤体卸压、温度上升等客观条件影响下，可以产生解吸现象，吸附瓦斯转变成游离瓦斯，具有流动性。因此，处于原始状态的瓦斯或以压力状态存在的瓦斯对侵入煤体中的空气具有抑制作用，是防止煤自燃的有利因素。,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。,倾角。煤层倾角越大，自燃危险性就越大。因为开采急倾斜煤层时，煤炭回收率低、采区煤柱易被破坏、采空区不易封锁。煤层厚度。煤是不良导体，煤层越厚，越易积聚热量，所以，厚煤层易发火。地质构造。在有地质构造的地区，自
8、燃危险性加剧。地质构造复杂的地区，包括断层，褶皱发育地带，岩浆入侵地带，自燃发火频繁。这是由于煤层受张力、挤力、裂隙大量发生，煤体破碎，吸氧条件好造成的。,开采技术因素: 开拓方式。实践经验表明，采用石门，岩巷开拓，少切割煤层少留煤柱时，自燃发火的危险性就降低了。厚煤层开采岩巷进入采区，便于打钻注浆，有利于实现预防性或灭火灌浆。采煤方法。采煤方法对自燃发火的影响主要表现在煤炭回收率的高低、回采时间的长短上。丢煤越多，丢失的浮煤越集中，工作面的推进速度愈慢愈益发现火灾。通风条件。通风因素的影响主要表现在采空区，煤柱和煤壁裂隙漏风。漏风就是向这些地点供氧，促进煤的氧化自燃。采空区面积大，漏风量相当
9、可观，但风速有限，散热作用低。,3）开拓系统 4）采煤方法 5）漏风条件（如图2-1-2）,图2-1-2 采空区散热、自燃、窒息三带分布示意图,四、矿井火灾的危害,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； （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,图2-1-3,1.火风压的计算方法如图2-1-3 所示。 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
10、所示；2）主干风路烟流逆退，如图2-1-5所示；,图2-1-4 旁侧支路风流逆转,图2-1-5 主干风路烟流逆退,3）火烟滚退，如图2-1-6所示。,图2-1-6 火烟滚退示意图,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： 防止胶带摩擦起火，胶带输送机应具有可靠的
11、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。 （二）自然发火防治的技术途径,第二节 开采技术预防自然发火 主 要 内 容,一、井下易于自燃的区域 二、预防自然发火的开拓开采技术措施,一、井下易于自燃的区域,采空区；煤柱；巷道顶煤；断层和地质构造附近。,二、开拓开采技术预防自然发火的措施,从
12、防止矿井自然发火的角度出发，开拓开采技术总的要求是：提高回采率，减少丢煤，即减少或消除自燃的物质基础；限制或阻止空气流入和渗透至疏松煤体，消除自燃的供氧条件；将流向可燃物质的漏风，在数量上限制在不燃风量之下，在时间上限制在自然发火期以内。为满足上述要求，通常应采取以下技术措施：,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；,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，如图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
13、拓方式和采区巷道布置时，还要考虑通有利于通风系统防火及均压防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，对于防止自然发火非常有利。,工作面沿煤层倾斜方向布置，在回采工作面的上方和下方沿走向分别布置回风平巷和运输平巷，构成回采工作面和采区巷道之间的通风、运输和行人的通道，并沿煤层走向方向从采区边界向采区上山（或下山）方向回采。,回采工艺与走向长壁采煤法基本相似，不同点是回采工作面沿走向布置，沿倾向推进。即在井田范围内，沿煤
14、层走向布置主水平大巷，在大巷两侧沿倾斜向上山或下山方向掘进工作面的运输斜巷和回风斜巷，掘至采区边界后，掘进开切眼使两斜巷连通。在开切眼和巷道内安装设备，沿煤层倾斜方向，用仰斜或俯斜方式采煤。用本法开采单一,薄层及中厚煤层，巷道布置十分简单。回采工作面有成对布置的，也有按单一工作面布置的。每个工作面长 150200m或更长。工作面沿倾斜的推进长度即运输斜巷和回风斜巷长度,可达10001500m。在运输斜巷中铺设可伸缩带式输送机，回风斜巷中铺设轨道，用无极绳绞车或单轨吊车运送设备和材料。,煤层(或岩层)层面与水平面相交的线叫走向线，走向线的延伸方向叫走向。煤层层面上与走向垂直的线叫倾斜线，沿倾斜线
15、由高向低处指引的方向，称为倾向。煤层层面与水平面之间的夹角叫煤层的倾角，倾角以度为单位。,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。,第三节 通风措施防治自然发火 主 要 内 容,一、选择合理的通风系统 二、增阻减少漏风防灭火 三、均压减少漏风防灭火,一、选择合理的通风系统,1）选择合理的通风系统（见图2-3-1 ）,图2-3-1 通风的系统选择 (a) 前进式；(b
16、) 后退式,2）实行分区通风3）选择合理的采区和工作面通风系统若采空区漏风较为严重工作面，工作面较短时可采用后退式U型通风系统（图2-3-2），工作面较长时可采用后退式W型通风系统（图2-3-3）。,二、增阻减少漏风防灭火,图2-3-4,1.合理确定通风构筑物的位置 例如，图2-3-4的巷道AB间煤柱内有裂隙ced，构成漏风通路。,2.堵漏措施1）沿空巷道挂帘布；2）利用飞灰充填带隔绝采空区；3）利用水砂充填带隔绝采空区；4）喷涂空气泡沫防止漏风；5）凝胶堵塞漏风。,（1）风窗上风侧风流压能增加，下风侧风流压能降低；A 点风流压能增加，B 点风流压能降低，其增加和降低的幅度取决于风窗的阻力和该分支在网路中所处的地位； （2）因风量减小，风窗前后风路上的压力坡度线变缓。,图2-3-5 调节风窗调压的原理,（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)所示，对比两者可见：,
