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1,,矿井火灾及其防治,矿井灾害防治技术与理论,2,4.1.1矿井火灾基本知识,,矿井火灾及其防治4.1矿井火灾基本知识,※1火灾由于失火造成的灾害。※2矿井火灾在矿井、巷道、硐室等构筑物中，因失火造成的灾害。※3引火源足以引起燃烧的热源。如矿井或地面火灾的引火源主要有电气系统短路热源或火花、静电火花、摩擦热源或火花、人工热源等。※4可燃物燃烧过程中发生化学反应，维持燃烧过程，并释放出能量的物质。矿山经常遇到的可燃物有胶带、油料、木材、编织物，炸药、煤尘、含硫矿物等。※5助燃剂燃烧过程中与可燃物发生化学反应，维持燃烧过程继续，但不产生能量的物质。矿山常见助燃剂有氧气和氯气。※6烟流一氧化碳、二氧化碳、硫化物气体及其他有毒有害气体等，这些统称为烟流。※7矿井火灾发生有四个基本条件①具有一定能量的引火源；②可供火灾继续的可燃物；③可供火灾继续的助燃剂；④适当的环境或场所。,3,4.1.2火灾三要素,,矿井火灾及其防治4.1矿井火灾基本知识,图4.1火灾三要素,4,4.1.3矿井火灾与分类,,矿井火灾及其防治4.1矿井火灾基本知识,,根据发生的地点,5,4.1.3矿井火灾与分类,,矿井火灾及其防治4.1矿井火灾基本知识,矿井火灾与分类,由于煤炭或其它可燃物自身受到某些化学或物理化学作用而发展起来的火灾，称为内因火灾或自然发火。自然发火发生的决定性因素是发火地点存在易于低温氧化的粉煤、碎煤或其它可燃物质，向它供有足够的氧气和它氧化时有蓄热准备条件。它大都发生在煤矿井下的采空区、煤巷冒顶和被压出现裂隙或破碎的煤柱内。但是，由于煤层的地质赋存条件、煤炭本身的物理化学特性和采掘因素以及管理因素的不同，各个国家和矿区内因火灾所占的比重是完全不一样的。,某种外在高温热源引起可燃物质燃烧造成的火灾称为外因火灾。煤矿井下使用明火（明火矿灯、电焊、气焊、火炉、电炉等）、电气设备和机械设备安装运转不良、沼气爆炸、火药爆破等都可能导致这种火灾。这种火灾发生都比较突然，发展也之较快，常常出乎人的意料之外，并无预兆可查。防止这种火灾的根本措施，就是避免出现上述种种高温热源，严格规章制度和加强管理等。,,,,,,内因火灾,外因火灾,,根据发生的原因,,6,4.1.3矿井火灾与分类,,矿井火灾及其防治4.1矿井火灾基本知识,矿井火灾与分类,可燃气体发生的火灾。C类火灾不宜直接用水灭火，在扑灭c类火灾时，应该特别注意扑灭火灾与切断可燃物供给的途径，如果在没有切断可燃物时就使燃烧终止，是十分危险的。,在可燃金属中或表面发生的火灾。控制和扑灭D类火灾必须采用专门的技术和专用的灭火剂或灭火设备。,,,,,,B类火灾,D类火灾,,在易燃液体表面发生的火灾。如汽油、石油、溶剂与空气的接触面燃烧的火灾属于B类火灾。B类火灾燃烧不完全的烟流具有爆炸性，燃烧后留下残渣很少。,,,C类火火,含碳固体可燃物的火灾。如木材、纸张、煤炭等一些普通可燃物燃烧发生的火灾都属于A类火灾。A类火灾燃烧不完全的烟流具有爆炸性。该类火灾可燃物燃烧后留下的产物是灰或灰渣。,,,A类火灾,按可燃物的性质,,7,4.1.3矿井火灾与分类,,矿井火灾及其防治4.1矿井火灾基本知识,8,4.1.4矿井火灾的危害,,矿井火灾及其防治4.1矿井火灾基本知识,9,4.1.5矿井火灾过程1发展阶段火灾初期，火势不断增大，烟流最高温度不断升高的过程。火灾发展阶段时间较短。2稳定阶段火灾经发展阶段后，火势基本稳定，烟流最高温度变化很小的过程。稳定阶段时间因可燃物的量的不同差别很大。3衰减阶段火势不断减小，烟流最高温度不断下降的过程。衰减阶段时间则较长。,,矿井火灾及其防治4.1矿井火灾基本知识,10,4.1.6矿井火灾污染状态（1）非污染区域火区燃烧上风侧，是不能被火灾污染的一系列井巷的的集合，也称安全区域。该区域的风流结构和气体组分不受火灾的影响，风流速度、温度、密度和静压等也有所变化，但变化量很小。该区域是灭火和救灾的安全区域。（2）火区有可能燃烧的井巷和火焰已经达到的井巷的集合，也称为燃烧区。在火区，火灾前的风流状态与火灾时期的烟流状态不同，烟流温度升高，密度降低，一氧化碳和二氧化碳、硫化物等有毒有害气体浓度升高。人员，如果误入火区，会被烧伤、中毒和窒息。（3）污染区域已经被火灾烟流污染的井巷的集合。该区烟流温度升高、密度下降、有毒有害气体浓度升高。烟流流动过程中其温度、密度、速度、气体组分和浓度等不断变化。（4）可能污染区域火区下风侧，尚未被烟流污染的井巷的集合。该区域的风流温度、气体组分和浓度等变化较小。,,矿井火灾及其防治4.1矿井火灾基本知识,11,4.1.7外因火灾发生的主要原因,,矿井火灾及其防治4.1矿井火灾基本知识,12,4.1.8采空区自燃“三带”第Ⅰ带散热带，风速大，无积热升温条件；第Ⅱ带自燃带，满足自燃条件，具有自燃危险；第Ⅲ带消火带，漏风极小，供氧不足，不会发生自燃，且随着工作面的推进，逐渐取代原第Ⅱ带的位置，对其中火源有消火作用。根据现场经验，自燃带宽度约为25～60m，采空区漏风越大自燃带越宽，煤炭在自燃带中停留的时间越长，就越容易自然发火。,,矿井火灾及其防治4.1矿井火灾基本知识,4.2,13,4.2.1气体分析法所谓气体分析法，就是定点、定期采取井下空气试样进行分析，检测矿井空气中的CO、O2等气体的变化规律，并根据它们的变化规律来判断有关地点是否出现煤炭自燃的一种预测预报方法。4.2.1.1煤炭自燃的标志气体根据实验室分析结果，可选一氧化碳、烯烃和链烷比用来作为标志气体。1一氧化碳标志气体实验证明CO发生速率与煤的自热温度之间有比较明确的关系在煤温达60℃以上时，CO发生速率随煤温增加而增加。对不同的煤种，CO增加的起点和速率不同，煤的煤化程度愈低，起点温度愈低，且增加的速度较快。作为煤炭自燃的一个标志气体，用它进行自然发火的预测预报时，不同煤种的预报温度值是不同的，褐煤、长焰煤和气煤的预报温度值在70100℃比较合适，其它煤种在100150℃较为恰当。2烯烃标志气体煤在升温过程中可以释放出乙烯C2H4和丙烯C3H6等气体。一般认为，乙烯与煤温之间的关系较为明确、简单，不同煤种出现乙烯的临界温度位在80150℃之间，况且环境条件对乙烯产生的影响较小。因此，乙烯也是一种比较理想的预报煤炭自燃的标志气体。,,矿井火灾及其防治4.2煤炭自燃的预测预报,,14,4.2.1气体分析法4.2.1.2一氟化碳预报法1根据一氧化碳含量预报这是煤矿生产现场长期以来总结出来的经验方法。如果在井下某处的空气中检测出CO气体,且其存在是经常性的，其含量又有逐渐增加的趋势，则必定是煤炭自燃的征兆，可以据此预报有关地点发生了煤炭自燃。2根据一氧化碳绝对发生量预报式中H自然发火预报指标，m3／min；C观测站气样中的CO浓度，；Q观测站的风量，m3／min。这种预测预报方法在平庄矿务局古山矿被采用。古山矿的自然发火的临界值为H＜0.0049m3／min无煤炭自燃发生H≥0.0059m3／min预报自然发火。,,矿井火灾及其防治4.2煤炭自燃的预测预报,,15,4.2.1气体分析法4.2.1.2一氟化碳预报法3格雷哈姆火灾系数法是英国学者格雷哈姆火灾系数由煤的氧化过程CO浓度的增加量与O2浓度的减少量之比。计算公式如下（4）键烷比预报法根据链烷比的变化，可以预报煤炭自燃的发展阶段,这比单独根据CO进行预报又前进了一步。六枝局根据丙烷C3H8/乙烷C2H6的比值,按如下标准对煤炭自燃的发展阶段进行预报链烷比为0.020.06时，煤炭处于正常状态；链烷比为0.100.12时，煤炭进入自然发火危险阶段；链烷比为0.150.18时，煤炭进入自燃阶段。,,矿井火灾及其防治4.2煤炭自燃的预测预报,,16,4.2.2束管监洲系统目前，装备条件较好的大、中型矿井，一般都装备有安全和环境监测系统，该监测系统可以连续监测CO、CO2和O2等环境参数，为煤炭自燃的预测预报工作提供重要的参考依据。但是，对这一工作最为有效的还是束管监测系统。束管监测系统，是计算机技术和气体分析技术的有机结合，是用抽气泵通过束管多孔塑料软管抽取各取样点的气体、用专用分析仪器分析气体的成分、用计算机对气体分析数据进行处理并作出预测预报的系统。已在国内多个矿井装备和使用，对于及时发现自燃隐患、防止发生自燃火灾事故效果十分显著。,,矿井火灾及其防治4.2煤炭自燃的预测预报,,4.3,17,4.3.1煤的自燃倾向性主要决定因素1煤的变质程度各种煤部有发生自燃的可能，但是在褐煤矿井，煤化程度低的一些煤层自然发火次数要多得多。烟煤矿井以开采煤化程度最低的长焰煤和气煤自燃的危险性较大，贫煤就较小。在煤化程度高的无烟煤矿井自燃火灾较为少见。所以可以认为煤化程度愈高的煤自燃倾向性愈小。但是决不能以煤的煤化程度作为判定自燃倾向性大小的唯一标志。因为生产实践中人们发现，煤化程度相同的煤有的具有自燃特性，有的就不自燃。2煤的水份煤的含水量是影响其氧化进程的重要因素，在煤的自热阶段，由于水份的生成与蒸发必然消耗相当的热量。煤体中外在水份没有全部蒸发之前温度很难上升到106℃，这就是水份含量大的煤炭难以自燃的原因。一定含量的水份有利于煤的自燃，而湿度过大，则会抑制煤的自燃。3煤岩成份在组成煤炭的四种煤岩成份中，暗煤硬度也最大，占比重最大，难以自燃。镜煤与亮煤脆性大、易破裂，而且在其次生的裂隙中常常充填有黄铁矿，开采中局碎裂为微细的颗粒。细粒状的煤粒或黄铁矿都有较高的自燃性，因它的氧化接触而积大，着火温度低。丝煤结构松散，着火点温度低，仅为190－270℃，正是由于它的微孔松散结构决定了它的吸氧性能特强。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,18,4.3.1煤的自燃倾向性主要决定因素4煤的含硫量我国许多高硫矿区如贵州的六枝，四川的中梁山、江西的萍乡、英岗岭，湖南的杨梅山，宁夏的石炭井均届自燃发火比较严重的矿区。硫在煤中有三种存在形式硫化铁即黄铁矿FeS2、有机硫以及硫酸盐。对煤的自燃起主导作用的是硫化铁，它的比热小，它与煤吸附相同的氧量而温度的增值比煤大三倍，黄铁矿的分解产物氧化Fe2O3比煤的吸氧性更强，能将吸附的氧O2转让给煤粒使之发生自燃，所以虽然不能象黄铁矿作用学说那样解释是煤炭自燃的发生根源，但它对煤的自燃过程起加速的作用则是无疑的。5煤的粒度完整的煤体一般不会发生自燃，一旦受压破裂，呈破碎状态存在，其自燃性能将显著提高。这是因为破碎的煤炭不仅与氧相接触的表面积增大，而且着火温度明显降低。根据波兰的试验，当烟煤粒度直径为1.52mm时，其着火点温度大多在330360℃；粒度直径小于1mm以下时，着火温度可能低到190－220℃。因此，在矿井里最易发生自燃火源的地方都是碎煤与煤粉集中堆积的地点，如采空区的四周边缘地带，特别是工作面运煤巷链板运输机尾煤粉堆集的地方，受压破裂的煤柱和垮塌的煤壁，充满煤粉与碎煤的煤壁裂隙以及煤巷局部冒高，在棚梁上形成浮煤堆积的地方。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,19,4.3.2煤的自燃倾向性分类,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,20,4.3.3煤的自燃征兆及其早期发现1煤炭自热期的初期阶段征兆煤炭自燃过程的准备期结束之后便进入了自热期的初期阶段。在此阶段的征兆有1煤温有所升高，但在临界温度60－80℃以下；2空气中的氧浓度降低；3空气中的相对湿度增大；4出现CO2、CO气体。但是在并下通风良好的地区，上述诸种征兆极难凭直观感觉发现。比较可靠的是在井下采取气样进行成分分析，以判断煤炭自燃是否发生。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,21,4.3.3煤的自燃征兆及其早期发现2煤炭自热期的后期阶段煤炭自热超过临界值60－－80℃，但是尚未达到着火温度出现明火的期间，称之为自热期后期阶段。在此阶段内，煤温可升高到100℃以上，火源点附近煤炭水分蒸发，开始了干馏现象，生成多种碳氢化台物，出现的征兆有；1火源点附远的空气湿度增大，出现雾气，煤壁挂水珠，类似“出汗”现象。2出现煤炭氧化和干馏的产队如一氧化碳CO、二氧化碳CO2、甲烷CH4、乙烷、乙烯、丙烯、乙炔以及苯、荼等。3煤温、水温、空气的温度都可能升高；4出水酸度增大。芳香族的碳氢化合物气味煤油味是井下自然发火最可靠的征兆。这种气味在距火源一定距离之外更为显著，因为芳香族气体在冷却之后才会发生浓郁的香味。在日本来用捡知管检定乙烯C2H4作为早期顶报自燃的指标。在煤炭自热的后期阶段由于氧化、馏留的作用产生多种有毒有害气体使并下工人有头疼、疲倦等不舒适的感觉，有人提出可以作为判定自燃的根据。其实人的直观感觉带有很大的主观随意性，并与人的健康和精神状态有关，因此仅能作判定自燃的参考。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,22,4.3.4预防自燃火灾4.3.4.1开采技术措施4.3.4.1.1合理地进行开拓布置1．尽可能采用岩石巷道开采有自燃倾向性的煤层、特别是自燃厚煤层的矿井、应尽可能采用岩石巷道布置，以减少煤层切割量．降低自然发火的可能性。对于阶段运输大巷、阶段回风大巷、采区上山和采区下山I等服务年限长的巷道，一般均应设在稳定的岩层中；对于厚煤层分层开采或近距煤层群开采，通常在煤层底板岩层中开掘区段运输集中巷和区段回风集中巷，用联络斜巷和留煤眼与各分层或煤层区段平巷联系。在这种区段巷道布置方式下，有时随着采煤工作因的推进，超前掘进分层煤层区段平巷，以减少煤炭与空气接触的时间。2．减少煤体破碎采掘工作要破坏岩层的原始应力状态，产生应力集中，即矿山压力。矿山压力作用于煤层上、会使煤体破碎，增加煤炭自燃的危险性。所以，在巷道布置中，应设法避开矿山压力峰值，避免煤壁受压破碎。在采用留煤柱护巷的区段巷道布置方式时，这一问题尤其重要，要切实搞清矿压规律，选择合适的区段煤柱尺寸。采区上下山如果设在煤层中，也要合理地选择上下山煤柱尺寸。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,23,4.3.4预防自燃火灾4.3.4.1开采技术措施4.3.4.1.1合理地进行开拓布置3推广无煤柱护巷方式采用留煤柱护巷时，不但浪费煤炭资源，而且遗留在采空区中的煤柱也为自然发火创造了条件。采用无煤柱护巷时，取消了煤柱，也就消除了由此带来的煤炭自燃隐患。但是，沿空侧的巷道容易向相邻采空区特别是其停采线漏风，所以应采用省效措施封堵漏风通道，以防引起相邻采空区煤炭自燃。4分层巷道垂直重叠布置厚煤层分层开采时，如果分层区段平巷采用倾斜布置内错式或外错式，则容易给自然发火留下隐患，因此，各分层巷道应采用垂直重叠方式布置，这种布置方式特别适用于近水平厚煤层开采，其优点是可以减小甚至取消煤柱，即消除区段平巷处浮煤自燃的基本条件。另外，在采用这种布置方式时，区段巷道受支承压力的影响较小，维护比较容易。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,24,4.3.4预防自燃火灾4.3.4.1开采技术措施4.3.4.1.2合理地选择采煤方法从降低煤层自然发火的可能性、提高矿井抵抗煤炭自燃的能力出发，应从如下几个方面着手，合理地选样采煤方法①充分考虑防灭火工作的需要，合理地进行采区巷道布置；②减少煤炭损失，提高回采率；③根据矿山压力规律，减少煤柱破裂；④回来工作中避免过分破碎煤体；⑤采用合理的回采顺序；⑥加快工作面推进速度；⑦及时封闭采空区和废弃的旧巷；⑧避免采区回风巷过分受压或长期在煤柱中维护。从以上各个方面综合考虑，壁式采煤法走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法对防止自然发火是有利的，应尽量选用。落垛式、仓储式等非正规采煤方法不利于防火工作，应避免采用。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,25,4.3.4预防自燃火灾4.3.4.1开采技术措施4.3.4.1.3正规地进行开采工作开采工作中要设法加快工作面推进速度，提高采煤机械化程度，采用一切可能的措施提高回采率，及时封闭采空区，避免留下自然发火的隐患。要坚持正规回采，避免在采空区中留下任何不必要的煤柱，特别是要避免将一个走向长壁工作面沿走向在其小中部开切眼、形成两个工作面同时回采的不规范做法。否则，在开采过程中会向前部工作面采空区大量漏风，开采结束后会在采空区留下孤岛煤柱。同时，要按照合理的回采顺序进行开采。煤层间采用下行式采用特殊防火措施的除外；区段内一般采用后退式；区段间一般采用下行式，下山采区则采用上行式。要尽量避免将一个区段的四周采空而形成孤岛工作面。所有这些措施，都是为了避免在开采过程中向附近采空区漏风而引起采空区内浮煤自燃。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,26,4.3.4预防自燃火灾4.3.4.2预防性灌浆预防性灌浆是预防煤炭自燃火灾的传统措施，也是应用最为广泛，且最有成效的措施。4.3.4.2.1预防性灌浆的作用①泥浆中的沉淀物将碎煤包裹起来，隔绝其与空气的接触；②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；同时，浆可以加速形成再生顶板，从而有利于下部分层的开采；③泥浆对已经自热的煤炭有冷却散热作用。④浆液还可以增加煤的外在水分，减缓其氧化进程。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,27,4.3.4预防自燃火灾4.3.4.2预防性灌浆4.3.4.2.2浆液材料的选择预防性灌浆的防火效果及其经济合理性，在很大程度上取决于浆液材料的选择。浆液中的固体材料应满足下列要求①不含可燃或助燃成分；②粒度不大于2mm，粒度小于1mm的细小颗粒所占比例要达到75％；③收缩量尽可能小，含砂量也不越过30％；④易于加水制成泥浆；⑤易于脱水，同时还具有一定的稳定性。煤矿应用最多的灌浆材料是黄土，但大量应用黄土也会使农田遭到破坏，有的矿区无土可取。因此，也采用如下代用材料制成泥浆破碎后的页岩、破碎后的矸石、热电厂的炉灰等。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,28,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.2预防性灌浆4.3.4.2.3灌浆量的确定灌浆量为灌浆所需土量和水量之和，主要根据灌浆区的容积、采煤方法和灌浆形式等因素确定。对于采前预灌和采后封闭停采线灌浆，一般以充满灌浆空间为准；向采空区灌浆随采随灌时，则按如下公式计算灌浆用土量为式中QS灌浆用土量，m3；M煤层开采厚度，m；L灌浆区的走向长度，m；H灌浆区的倾斜长度，m；C回采率，％；K灌浆系数，即泥浆中的固体材料体积与灌浆区的容积之比，需根据现场具体情况确定该系数的数值。灌浆用水量为式小Qw浆用水量，m3；Kw考虑冲洗管路和跑浆的水量备用系数，一般取1.101.35；S泥浆的水土比,一般取25。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,29,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法1．采前预灌采前预灌，即在工作面尚未回采之前先行对其开采区域进行灌浆。这种泥浆方法主要应用于开采范围内老窑多的情况。对于开采老窑多、易燃厚煤层进行采前预，充填老窑虚空，可消灭蓄火、降温和粘结浮煤，并起到除尘和排挤有害气体的作用，以实现老空的安全复采。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,30,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法1．采访预灌,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,4.4,31,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法4.3.3.4.1采访预灌,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,4.5,32,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法4.3.3.4.2随采随灌随采随灌即在工作面推进的同时、向采空区灌注泥浆。随采随灌能及时将冒顶线后的采空区灌足泥浆，有效地防止采空区中遗留的浮煤自燃。同时，它还能起到降温、防尘和胶结冒落岩石、形成再生顶板的作用。在开采自然发火期较短的厚煤层时，随采随灌是一项必需的防火措施。根据巷道布置方式和采空区岩石冒落状况的不同，随采随距方法又可分为钻孔灌浆、埋管灌浆和洒浆三种。1钻孔灌浆钻孔灌浆即利用已有的巷道或专门开凿的浆巷道，向采空区打钻灌浆。2埋管灌浆埋管灌浆即沿回风巷在采空区内预先铺设灌浆管，放顶后立即开始灌浆。浆管应埋入采空区内1520m，并随工作回的推进，用回柱绞车向外牵引。3洒浆洒浆即用胶管沿倾斜方向向采空区均匀地喷洒泥浆。洒浆通常作为埋管灌浆的一种补充措施，以便使整个采空区、待别是其下半段也能灌到足够的泥浆。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,33,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法1钻孔灌浆钻孔灌浆即利用已有的巷道或专门开凿的灌浆巷道，向采空区打钻灌浆。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,4.6,34,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法1钻孔灌浆,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,4.7,35,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法1钻孔灌浆,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,4.8,36,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法2高位钻孔灌浆,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,,4.9,37,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法3埋管灌浆与洒浆,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,,4.10,38,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法3埋管灌浆与洒浆,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,,4.11,39,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法4.3.3.4.3采后灌浆采后灌即在工作面采完封闭后灌浆。采后灌浆充填封闭的采空区、特别是最易自然发火的停采线，可防止发生自燃火灾。采后灌浆的最大优点是在时间上和空间上都不会和回采工作互相影响。采后灌浆可以在封闭停采线的上部密闭墙上插管灌浆，也可以由邻近巷道向采空区上、中、下三段分别打钻灌浆。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,40,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法4.3.3.4.3采后灌浆,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,4.12,41,4.3.3预防自燃火灾4.3.3.4预防性灌浆方法4.3.3.4.3采后灌浆,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,4.13,42,4.3.4通风系统优化合理的矿井通风系统，可以减少甚至避免采空区等处的漏风，即消除煤炭自燃的通风供氧条件。所以，优化通风系统，就可大大降低自燃火灾的危险性。总结近些年来的防灭火实践并加以理性分析，人们更加清楚地认识到了这一问题。对于开采有自燃发火倾向危险煤层的矿井，通风系统的优化是防止自然发火的一项基础性措施。4.2.4.1通风系统优化的目标①矿井通风网路结构合理，采区和采煤工作面均采用分区通风；⑦降低矿井主要通风机的风压；③尽量降低采区进、回风和工作面进、回风的通风压差；④矿井风压分布合理；⑤减少采空区、煤柱裂隙和火区的漏风压差；⑥通风构筑物布置合理；⑦有利于采空区和火区的调压；⑧开采自然发火严重的采区或工作面，应建立局部反风系统。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,43,4.3.4通风系统优化4.3.4.2煤层有自燃倾向性的矿井的通风系统1．矿井通风方式煤层有自燃倾向性的矿井的通风方式，应满足低风压、小漏风、风网结构简单、风流易于控制等要求。因此，应采用两翼对角式、分区对角式或中央分列式，以降低风压，并便于调节封闭采空区的压力；若矿井主进风流发火，也易于进行通风控制。中央并列式不利于防灭火，自燃矿井一般不宜采用。2采区通风系统采区应为分区通风，即每一采区均应为一独立通风系统，各采区通风系统应是并联的；采区内各工作面亦应独立通风，即采区内应采用并联风路。3工作面通风系统开采易燃煤层工作面的通风系统应力求降低采空区两侧的压差，常用的有D型通风系统和w型通风系统，需根据具体情况选用。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,,44,4.3.5均压防火均压是指均衡漏风通道进、出风两侧的风压，以减少或杜绝漏风的措施。均压技术也叫风压调节或调压技术。均压技术是50年代由波兰发展起来的，60年代各主要采煤国竞相采用。我国也从60年代开始试验均压技术，七八十年代大范围推广应用了这一技术，并在实践中发展了这一技术。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,,45,4.3.5均压防火4.3.5.1调节风门均压,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,,,4.14,46,4.3.5均压防火4.3.5.2调压风机与调节风门联合均压,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,这种调压措施主要应用在相邻区段向工作面后部采空区漏风的情况下。采用这种均压措施后，可以提高工作面处MN的风压值，从而阻止相邻区段向来空区漏风。,4.15,47,4.3.5均压防火4.3.5.3调压风机与风筒联合均压,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,这种调压措施主要应用在相邻区段向工作面后部采空区漏风的情况下。采用这种均压措施后，可以提高工作面处MN的风压值，从而阻止相邻区段向来空区漏风。,4.16,48,4.3.5均压防火4.3.5.3改变工作面通风系统,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,4.17,49,4.3.5均压防火4.3.5.4闭区均压闭区均压是对已经封闭的区域采取均压措施。对有可能发生煤炭自燃的已封闭区域采取均压措施可以防止发生火灾，称为闭区均压防火。对已经因火灾而封闭了的区域采取均压措施可以加速火区的熄灭，称为闭区均压灭火。两者的作用机理是相同的，具体措施也是类似的。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,50,4.3.5均压防火4.3.5.4闭区均压4.3.5.4.1调压气室在火区密闭墙的外侧再建一个辅助密闭墙，则在密闭培和辅助密闭墙之间形成了一个气室，通过设置调压装置，可以调节气室内的空气压力，以减少甚至消除密闭堵两侧的压差，达到防止漏风、窒息火区的目的。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,4.18,51,4.3.5均压防火4.3.5.4闭区均压4.3.5.4.2调压风机调压风机即用于调节调压气室内的空气压力的局部通风机。调压风机可作压人式运转，形成正压调压气室，亦可以作抽出式运转，形成负压调压气室．如图所示。,,矿井火灾及其防治4.3煤炭自燃与自燃火灾,,4.19,52,4.4.1阻化剂及其种类阻化剂亦称阻氧剂，是具有阻止氧化和防止煤炭自燃作用的一些物质。煤矿中常用的阻化剂多为无机盐类化合物，如氯化钙CaCl26H2O、氯化镁Mg6H2O、氯化铵NH4Cl2、碳酸氢铵NH4CO3和水玻璃xNa2OySiO2等。某些工厂的废液及副产品,如酿酒厂的废液、造纸厂的废液、炼镁糟渣和化工厂的硼酸废液等，也常作为阻化剂使用。4.3.２阻化剂技术参数阻化率煤样在阻化处理前后放出的CO数量的差值与未经阻化处理时放出的CO数量的百分比称为阻化率E．即式中E阻化率，％；A煤样在未经阻化处理时，在温升100试验中通入净化干燥空气160m1／min时放出的CO浓度，PPm；B煤佯经阻化处理后，在上述相同条件下、放出的CO浓度，ppmo阻化率越大，该阻化剂阻止煤炭氧化的能力越大。煤炭经阻化处理后，阻止氧化的有效口期称为阻化衰退期，又称阻化剂的阻化寿命。阻化剂的阻化寿命越长，其阻化率下降的速度越慢。,,矿井火灾及其防治4.4阻化剂防火,,53,4.4.3阻化剂防火工艺4.4.3.1喷洒阻化剂喷洒阻化剂即在采煤工作面向采空区喷洒阻化剂溶液。为此，需建立喷洒系统。喷洒系统分为三种形式临时性喷洒系统、半永久性喷洒系统和永久性喷洒系统。其中，半永久性喷洒系统用得最多（如图）。,,矿井火灾及其防治4.4阻化剂防火,,4.20,54,4.4.3阻化剂防火工艺4.4.3.2压注阻化剂压注阻化剂，是向可能发生自燃或已经开始氧化发热的煤壁打钻孔，通过钻孔向煤壁中压注阻化剂溶液、可分为短钻孔压注和长钻孔压注两种。适用于工作面停采线、开切眼和煤层巷道的防灭火处理，一般用煤电钻打眼深23m，直径42mm，用橡胶封孔器封孔，再用3D5/40型往复式拉杆泵压注。压注工作到煤壁见药液即可停止，需要时可重复压注23次。4.3.3.3雾化阻化剂将阻化剂溶液雾化，然后借助漏风风流将雾化阻化剂带到采空区中。其具体方法是，在采煤工作面的进风口处，即向工作而后部采空区漏风的人口处，用发容器将阻化剂雾化，出漏风风流将阻化剂溶液微粒带入工作面后部采空区，落入采空区遗留的浮煤上，阻止其氧化自燃。,,矿井火灾及其防治4.4阻化剂防火,,55,4.5.1惰性气体及其类别惰性气体简称惰气。矿井防灭火所用的惰气与化学上的惰气在概念上有所区别，是指不能助燃的气体，常用的有氮气、二氧化碳和湿式惰气等。其中，氮气在防灭火工作中应用最多。4.5.2惰气的防灭火作用与特点①惰气可以充满任何形状的空间并将氧气排挤出去，从而使火区中因氧含量不足而将火源熄灭，或者使采空区中因氧含量不足而使遗煤不能氧化自燃；②在含瓦斯和火灾气体爆炸危险的火区内，注入惰气能使可燃性气体失去爆炸性；③直接使用液氮或固态CO2灭火时，可以吸收大量热量，降低火区温度；④向采空区或火区中大量注入惰气后．可以使其呈现正压状态，致使新鲜空气难以漏入；⑤在惰气灭火过程中，不会损坏或污染机械设备和井巷设施，火区可较快恢复生产；⑥惰气防灭火必须与均压和其它防漏风措施配合应用。否则，如果注入惰气的采空区或火区漏风严重，惰气必然随漏风流失，难以起到防灭火作用。,,矿井火灾及其防治4.5惰性气体防灭火,,56,4.5.3氮气的制取4.5.3.1深冷空分利用深冷空分原理制取氮气的基本过程是通过压缩、膨胀循环,,矿井火灾及其防治4.5惰性气体防灭火,,421,57,4.5.3氮气的制取4.5.3.2变压吸附利用变压吸附方法制取氮气的基本原理是通过分子筛对氧气加压吸附排氮，减压脱附排氧，从而将氮、氧分离。变压吸附制氮的工艺流程如图所示。变压吸附制氮装置存在着产氮效率低、单位氮气能耗大、设备体积大、运转和维护费用高等问题。目前，变压吸附制氯装置仅有地面固定或移动式，巳国内应用很少。,,矿井火灾及其防治4.5惰性气体防灭火,,4.22,58,4.5.3氮气的制取4.5.3.3膜分离就是利用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位能差为推动力，对双组分或多组分的气体、溶质、溶剂进行分离、分级、提纯和富集的过程。氮气和氧气在分离膜中分离，可以用“溶解扩散”理论来解释。该理论认为，气体在膜壁中透过，是因为气体首先在膜中溶解，再在外界能量的推动下，从膜的一侧解析而透过膜。不同气体在膜中透过的速率不同，透过快的称之为“快气”，透过慢的称之为“慢气”。单位时间内“快气”透过的多，“慢气”透过的少，从而使“慢气“滞留于膜的一侧，“快气”富集于膜的另一例，使气体得以分离。,,矿井火灾及其防治4.5惰性气体防灭火,,59,4.5.3氮气的制取4.5.3.3膜分离,,矿井火灾及其防治4.5惰性气体防灭火,,4.23,60,4.5.3氮气的制取4.5.3.3膜分离,,矿井火灾及其防治4.5惰性气体防灭火,,技术指标产氮量350m3/h气纯度97氮气压力＞0.7MPa功率132kw冷却水量5t/h总重量8t,4.24,61,4.5.4气氮防灭火4.5.4.1工作面后部采空区注氮当自然发火的危险主要来自生产工作面的后部采空区时，应该采取向本工作面后部采空区注入氮气的防火方法。对于采用U型通风方式的采煤工作面，应将注氮管道铺设在进风顺槽中，注氮释放口开设在后部采空区中的进风顺槽一侧，以利用通风压力使氯气流入采空区中（如图）。,,矿井火灾及其防治4.5惰性气体防灭火,,4.25,62,4.5.4气氮防灭火4.5.4.1工作面后部采空区注氮,,矿井火灾及其防治4.5惰性气体防灭火,,4.26,63,4.5.4气氮防灭火4.5.4.1工作面后部采空区注氮,,矿井火灾及其防治4.5惰性气体防灭火,,4.27,64,4.5.4气氮防灭火4.5.4.2工作面相邻采空区注氮工作面在生产过程中、当自然发火的危险不是来自其后部采空区，而是其相邻区段的采空区时，则应对其相邻采灾区注氮防火，以保证本工作而的安全回采。当本工作面是推进速度比较快的综放或综采工作面、与之相邻的又是综放工作面采空区时，往往就是这种情况。对生产工作面相邻的采空区注氮即所谓旁路注氮方式，其方法比较简单，就是在生产工作面与采空区相邻的顺槽中打钻，然后向已封闭的采空区插管注氮。注氮数量的确定原则是充分惰化靠近生产工作面一侧的采空，在靠近生产工作面的采空区侧形成一条与工作面推进方向平行的惰化带。注氮工作可以连续进行，也可以间断进行，根据对采空区气体成分的检测结果而定。,,矿井火灾及其防治4.5惰性气体防灭火,,65,4.5.5液氮防灭火液氮防灭火．即利用地面氮气厂制成的液态氮进行防灭火工作，且液氮主要用作灭火。液氮在大气压力101325Pa下的容重为808kg/m3。在这一压力下，液态氮受热汽化成0℃的气态氮时，其体积将膨胀643倍；汽化成25℃的气态氮时，将膨胀700倍。液氮防灭火有两种方式，一是直接向采空区或火区中注入液氮防灭火，二是先将液氮汽化后，再利用气氮防灭火。4.4.5.1直接利用液氮灭火液氮可由制氮厂铺设管道送到矿井，也可用专用运输设备液氮槽车运到矿井。直接利用液氮灭火时，有下面几种方法①从地面经井筒或专用钻孔向井下敷设管道．将液氮送到使用地点，再将其注入密闭的火区。输氮管道应采取防止冷缩和冷脆的措施，以防管路破裂。②在地面将液氮装入矿车型槽车中，将其送入井下火区附近，再按上较短的管路，将液氮直接喷入火区。③当火区接近地表时，可由地面直接向火区打钻，从地面通过钻孔向火区灌注液氮。,,矿井火灾及其防治4.5惰性气体防灭火,,66,4.5.5液氮防灭火4.5.5.2液氮气化后防灭火相对于直接利用液氮防灭火来讲，先将液氮气化，然后再利用气氮防灭火用得更为普遍。实际应用时有下面两种具体方法1在地面将液氮注入蒸发器，液氮在蒸发器中被加热气化成283K10℃或稍高温度的气态氮，然后通过管道将气氮送到井下，并用于井下防灭火工作。并下防灭火的具体方法和工艺与气氮防灭火相同。气化液氮用的蒸发器有多种形式和规格，常用的有蒸汽加热的蒸发器、丙烷加热的水浴蒸发器和油加热水浴蒸发器等。2在地面将液氮装入矿车型槽车中，然后送到井下的使用地点，将液氮注入气体灭火装置的扩散型冷却器中。在冷却器中，氮与气体灭火装置产生的惰性气体相混合，最后，由喷嘴将含有氮气的混合惰气喷射到火区中。,,矿井火灾及其防治4.5惰性气体防灭火,,67,4.6.1外因火灾的产生一切能够产生高温、明火、火花的设备以及用可燃材料制成的器材，如使用不当都可能引起外因火灾，电气失火、爆破起火、电焊引火、气焊引火、胶皮摩擦起火、瓦斯燃烧或爆炸以及吸烟和其它点火工具引火等，都是常见的外因火灾形式。在机械化程度较高的大型矿井中，绝大多数外因火灾是由于机电设备质量不高、安装不良，又不能及时地检修和维护，长期带病运转而引起，对于机械化程度较低的中小型煤矿，外因火灾事故则大多由于爆破和明火引起。4.6.1外因火灾事故的预防预防外因火灾事故，主要应从防止失控的高温热源和尽量采用不燃或耐燃材料两个方面着手进行。在煤矿井下，能够造成外因火灾的失控高温热派有①电器过负荷运转、短路产生的电弧、电火花；②不正确的爆破操作形成的爆破火焰③机械设备运转不良造成的过热或摩擦火花等；④违章吸烟、使用电炉或用大灯泡取暖、电焊、气焊以及瓦斯、煤尘爆燃或爆炸。,,矿井火灾及其防治4.6外因火灾的预防,,68,4.6.3矿井灭火的常规方法4.6.3.1直接灭火法1．挖除可燃物除可燃物．就是将已经燃烧或发热的煤炭以及其它燃烧物挖掉、清除并运出井外，这是扑灭矿井火灾最有效、最彻底的方
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