第十讲 矿井火灾防治

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1、第十讲 矿井火灾防治本讲的主要内容是燃烧的概念及其危害、矿井火灾、内 因火灾和外因火灾及其防治技术、火区封闭与管理、火区启 封等，其中还包括一些与矿井火灾相关的理论，如煤炭自燃 过程、火风压、火灾气体的效应等。一、燃烧及其形式（一）燃烧：是指可燃物快速氧化，产生光和热的过程。 燃烧必需是可燃物、助燃物及温度要达到燃点，三者并存才 能实现，这三者称为燃烧三要素，也称火三角。1、燃烧形式扩散燃烧分解燃烧燃烧的形式表面燃烧预混燃烧2、预混气体燃烧的蔓延矿井火灾火源燃烧蔓延主要分为固体、液体燃料燃烧蔓延和预混气体燃烧蔓延。预混气体燃烧是矿井火灾引起爆炸的重要原因。10-1 矿井火灾生成物蔓延示意图3、

2、火源燃烧的分类及特点（1）富氧燃烧下风侧氧浓度一般保持在 15（体积浓度）以上， 故称为富氧燃烧，也称为非受限燃烧。（2）富燃料燃烧其下风侧烟流常为高温预混可燃气体，与旁侧新鲜风流交汇后，易形成新的火源点，这种形成多个再生火源的现象称为火源发展的“跳蛙”现象。再生火源的出现增大了预混气体进入火源、引起爆炸的概率，并加快了火灾蔓延的速度。表 10-1 富氧燃烧和富燃料燃烧类火灾的基本特性分类富燃料燃烧（受限燃烧）富氧燃烧（非受限燃烧）基本特征燃料多、供氧不足燃料不足、供氧多特点火源范围大，火势大，蔓延快火源范围小，火势小，蔓延慢耗氧多，剩余氧少（2%）耗氧少，剩余氧多（15%）剩余大量可燃挥发性

3、物质可燃挥发性物质基本耗尽易引起再生火源和爆炸不易引起再生火源和爆炸危险性更大危险性稍微小、矿井火灾凡是发生在矿井井下或地面威胁到井下安全生产，造成损失的非控制燃烧。（一）矿井火灾火源分带1、富燃料燃烧火源分带图 10-3 富氧类燃烧火灾火源分带示意图1一冷却带；2焦化带；3燃烧带；4预热带二）富燃料类火灾的危险性及形成条件1、富燃料类火灾的危险性气体形成4与空气的接5.在有漏凤渗入条件下可支架烟盒第退/曲生火源1百执凤【“円走己火I可燃预混气体再坎 療下风初血流逆进人可能出现爆炸 转而进人火源上风测再庆逬入火高温挥发气体和烟流源,可能引起爆炸10-4富燃料类火灾的危险源分布示意图2、富燃料类

4、火灾的形成及防治A罗伯特的理论计算表明，设火焰沿巷道蔓延的速度为vf, 巷道中风速为va，可由判别式来判断是否会出现富 a燃料燃烧，R越大，越可能发展成为富燃料燃烧，具体值与燃料种类有关。所以，主要措施为：（1）减小火焰沿巷道蔓延的速度 。2）保持或增加巷道中风速。3、矿井火灾的爆炸危险性1）在井下半封闭巷道中发生预混燃烧情况下，火灾转变为爆炸的条件为： 存在体积较大、温度较高的可燃性混合气体; 可燃气体达到爆炸界限； 可燃性混合气体中氧浓度达到 14以上； 可燃性混合气体流动过程中遇到火源或本身温度高于燃 点。（2）矿井火灾中不产生爆炸的情况是： 富氧类火灾； 火源下风侧无再生火源； 火源下

5、风侧特别是距火源较近的下风侧，无新鲜风流或较 大漏风从相接巷道流入； 火区尚未出现风流逆转，瓦斯涌出量小。（三）矿井火灾对风流流动状态的影响1、矿井火灾对通风系统的影响。2、矿井火灾产生的风流紊乱观象 矿井火灾时风流状态的影响即火风压的影响表现为 “节流效 应”和“浮力效应”。矿井火灾产生的浮力和节流效应，引起矿 井风流状态的紊乱变化。该变化可分为如下三类：（1）风流（烟流）逆转。2）烟流逆退。3）烟流滚退。表 10-2 风流紊乱现象及其原因和易发地点紊乱形式发生地点发生原因表象逆转主要出现在旁 侧支路旁侧支路中反向热风压 大于正向机械风压烟流反向流动，一般全断 面逆转。逆退着火巷道（主干 风

6、路）、上行、 平巷通风；下行 通风火源下风侧节流效应、 反向热风压以及巷道横 断面的温度、压力剃度 影响。火源上风侧同一巷道断 面出现不同流体异向流 动。滚退着火巷道火源 上风侧，少数可 能发生在下风 侧火源下风侧节流效应及 巷道横断面的温度、压 力剃度影响火源上风侧（有时在下风 侧）同一巷道断面出现流 体异向流动，又出现烟流 反卷异向流动流逆退或滚退烟流（b）新，风_1烟流逆转烟诡图2 7矿井火灾引起的凤流紊乱a_不同倾角巷道热力分布变化；b_火源附近凤流紊乱聊况示意图1 -逆转；2逆退；3爛退10-5 矿井火灾对风流流动状态的影响3、风流紊乱现象的危害（1）风量减少。（2）风流逆转。 逆转

7、风流携带大量有毒有害气体，蔓延至更大区域，甚 至污染进风区域，扩大受灾范围，甚至威胁整个矿井。 风流逆转经历减风一停风一反风的过程。在减风和停风阶段，因风量剧减，风流中瓦斯浓度相对升高，并因风速减 少，为瓦斯形成局部聚集创造了条件。在巷道中形成纵向和 横向的局部瓦斯聚集带时，就具备了可能爆炸的条件。 风流逆转使火源下风侧富含挥发物的风流或局部瓦斯=1聚集带的污风再次进入着火带的可能性增大，从而增加了爆 炸的可能性。这就是为什么在金属、非金属矿井火灾中，也 会发生可燃气体爆炸的原因。（3）烟流逆退烟流逆退对火源上风侧直接灭火人员造成直接威胁。烟流与进风混合再次进入火源，在一定条件下能诱发瓦斯爆

8、炸。烟流逆退致使烟流进入其他巷道，可能造成与风流逆转 相似的结果。4）烟流滚退滚退现象导致火源上风侧烟流与新鲜风流掺混后，再逆 流回火源，在一定条件下能诱发瓦斯爆炸。烟流滚退对火源 上风侧从事直接灭火的人员也构成直接威胁。4、不同巷道发生火灾对风流状态的影响（1）水平巷道火灾发生在水平巷道的火灾，若忽略相邻倾斜巷道的温度变 化影响，般认为，只存在节流作用，无浮力效应的影响， 节流作用增大风流流动的阻力，其结果导致着火巷风量减 少，风量减少量可达 30。2）上行通风巷道火灾发生在上行通风巷道的火灾产生浮力和节流两种效应。下山（】）上山下【|10-6火灾的节流、浮力效应对风流的影响示意图3）下行通

9、风巷道火灾下山发生火灾，风向很可能逆转，而且可能出现风向频 繁变化的情况，这是救灾时需特别注意的。是否能保持持续 的风流逆转后的方向，取决于以下几种因素： 火源在下山位置的影响。 烟流中氧浓度的影响。 原有通风风压的影响。 火势大小的影响。 掺入新鲜风流的影响5、矿井火灾分类根据发生火灾的原因分两类外因火灾疗卜来热源引起的火灾矿井火灾I YL内因火灾 11易燃物自身氧化积热发生火灾2、按发火地点不同可分为：井筒火灾、采面火灾、巷 道火灾等。（四）矿井火灾的危害1 、产生大量有害气体2 、火源及近邻产生高温3 、引起爆炸4 、燃毁设备和资源5 、产生火风压：井下发生火灾时，高温烟流流经有高 差的

10、井巷所产生的附加风压。三、外因火灾 外因火灾大多发生在井下风流畅通的地点，由外来热源引起。在矿井火灾总次数中，外因火灾占比例虽然较小（4% -10%）,但不容忽视据统计，死于外因火灾的人数却 占死于火灾总人数的6 5%,煤矿重大恶性火灾事故有9 0%以上由外因火灾所引起的。1、外因火灾的特点（ 1） 发生突然,来势凶猛,时间与地点出人意料；（2）起因很容易扑灭的小火源；（3）表面明火，容易发现，容易扑灭。2、外因火灾的预防措施 预防外因火灾的措施关键是严格遵守煤矿安全规程 的有关规定，及时发现外因火灾的初起征兆，并制止其发展。（1）是防止出现失控的高温热源；（2）是尽量采用不燃或耐燃材料支护；

11、（3）使用不燃或难燃制品；（4）防止可燃物大量的积存。四、内因火灾（自然发火） 是由于煤炭或其他自燃物自身氧化积热，发生燃烧引起 的火灾。据统计，我国煤矿的矿井火灾中有 90%以上为内因 火灾。1、内因火灾发生的地点：内因火灾多数发生在风流不 畅通的地点。主要有采空区停采线、遗留的煤柱、破裂的煤 壁、煤巷的高冒处、假顶工作面、有浮煤堆积的任何地点等。2、内因火灾的特点 （1）根据预兆能够早期发现。（2 ）火源隐蔽，难以直接扑灭。（3）火灾可以持续时间长3、内因火灾发火原因 （1）煤炭自燃的学说：关于煤炭自然的原因，有多种学说解释。目前普遍认可的是煤氧复合作用学说。其主要观 点是：煤在常温下吸收

12、空气中的氧气，产生低温氧化，并在 煤的表面生成不稳定的氧化物，释放微量热量和初级氧化产 物；由于散热不良，热量聚积温度上升，更加促进了低温氧 化作用的进程，当达到一定温度（着火温度）时最终导致自 然发火。2）煤的自燃倾向性：是煤炭自燃的固有特性，是煤炭自燃的内在因素。根据30C、常压下煤吸附氧气量的大 小分为：1类容易自燃、II类自燃、III类不易自燃。（3）煤层自然发火的预防：开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤层自然发火的措施。（4）煤的自然发火期：是指在开采过程中暴露的煤炭 从接触空气到发生自燃的一段时间。发火期越短的煤层自然 发火的危险程度越大。5）煤炭氧化自燃过程般可分为

13、三个阶段：潜伏阶段、自热阶段、燃烧阶段潜伏阶段（又称低温氧化阶段或自燃准备期）：自煤层被开采接触空气起至煤温开始升高所经历的时间区间。在此 阶段，煤在常温下吸附空气中的氧，在煤表面生成不稳定的 氧化物，放出少量的热，煤重略有增加，其增加的重量相当 于所吸收的氧的重量。潜伏期的氧化过程发展较缓慢，温度亠般不超过70C。在潜伏期后，煤的表面分子某些结构被激活，化学性质变得活泼，燃点降低，表面颜色变暗。自热阶段：随着时间增长，煤温度开始升高到着火点所经过的时间区间。经过潜伏期，煤的氧化速度加快，发热量 逐渐增大，如果氧化生成的热量来有及散发时，积热煤体温 度将逐渐升高。在这一阶段煤的温度每升高10C

14、氧化速度 就增加23倍。自热阶段煤温可达120 C150 C.燃烧阶段：经过自热期，当煤体温度上升达到着火温度时，煤就会燃烧起来而进入燃烧阶段。煤进入燃烧期就出现了一般的着火现象。空气中出现烟雾和浓烈的火灾气味，甚 至出现明火。还有一氧化碳、二氧化碳以及各种可燃气体。 着火温度因煤种而异，无烟煤为400C、烟煤320C380C、 褐煤小于3O0C。火源中心处的煤温可高达1000C2000C。 煤温达到燃点后，供氧不足，只产生烟雾而无明火，煤发生 干馏或阴燃(主要特点是温度低、一氧化碳多)。(6)影响煤炭自燃的因素 煤层赋存情况及地质因素。煤层埋藏越深、厚度越大、 倾角越大，自燃危险性越大，越容

15、易自燃。据统计，8 0% 的自燃火灾是发生在厚煤层的开采中。顶板岩石坚硬且裂隙 发育，冒落后块度大，难以密实地充填采空区而采空区漏风 大，供氧条件好；或底板坚硬，护巷煤柱受压大，易破碎则 有利于自燃。煤层中地质构造比较发育的地方，自燃比较频 繁。煤层中的瓦斯能降低煤的吸氧量，但瓦斯逸出后，煤的 孔隙增加，使煤的自燃倾向性增加。研究表明，煤中剩余的 瓦斯含量大于5m3/t时，煤炭自燃就难以发生。 开拓、开采条件。选择合理的开拓系统和开采方法, 能减少煤层的切割量和遗煤量，从而降低自燃危险性。合理 的采煤方法是巷道布置简单、推进快、煤炭回收率高，采区 漏风少。 通风条件：主要指漏风问题，漏风风流流动的速度及数量对自然而然发火往往起主导作用。采空区