矿井火灾防治技术火区封闭、管理与启封.doc

第五章 火区封闭、管理与启封 第五章 火区封闭、管理与启封 火区是指因火灾而封闭的采矿区域。火区封闭后，火源往往不能很快彻底熄灭。由于防火墙变形受损、密封材料失效等原因往往还会造成火区复燃，因此封闭的火区仍然存在潜在的火灾威胁。进一步采取措施、加强管理，促其尽快熄灭，安全启封恢复火区及其附近区域的正常生产，防止因火区复燃或火区启封造成新的事故，是矿井防灭火工作中又一个重要环节。 第一节 火区密封技术 当防治火灾的措施失败或因火势迅猛来不及采取直接灭火措施时，就需要及时封闭火区，防止火灾势态扩大。火区封闭的范围越小，维持燃烧的氧气越少，火区熄灭也就越快，因此火区封闭要尽可能地缩小范围，并尽可能地减少防火墙的数量。 一、 防火墙及其位置的选择 防火墙的建立及其位置的选择应遵循以下原则 （一）防火墙要选用不燃性材料构筑。如因时间紧迫无法构筑不燃性防火墙时，可以采用木板等可燃性材料构筑临时防火墙，并在其表面喷涂水泥浆、聚氨脂等进行密封，然后在临时防火墙外再建立不燃性防火墙； （二）低瓦斯火区的防火墙位置应尽可能地接近火区，以缩小火区封闭范围；高瓦斯火区应根据具体情况而定，具有瓦斯爆炸危险时，可适当扩大火区封闭范围； （三）构筑防火墙的位置应尽可能地设在坚实的岩石巷道内，当岩石巷道离火区较远时，可将防火墙设在煤巷或无裂隙的矿体上，但是要把防火墙周围巷道壁加固、喷涂加以严密的封闭； （四）防火墙应构筑在新鲜风流能够到达的地方，便于日后火区观测，以免形成“盲巷”，防火墙距新鲜风流的距离应在5-10m； （五）防火墙要设立在运输巷附近，便于运料施工，以免引运输不便而延误时间，使火势扩大。 二、 防火墙的布置及封闭顺序 用隔绝法扑灭火灾时，要求封闭的空间尽量缩小，防火墙的数量尽量少，构筑密闭的时间则尽可能地快。这些条件在很多情况下是相互制约的，因此，灭火时防火墙的布置应根据上述原则灵活掌握。为此，每个矿井在自己防火措施计划中，都应预先设计灭火时建立防火墙的位置，只有这样才能避免临时慌乱而延误时机。 关于火区封闭的顺序，各国有着不同的观点和做法。对于瓦斯浓度较低的火灾区域来说，在入风侧构筑防火墙比回风侧要容易一些，只要封闭了进风侧的防火墙，进入火区的风流就会大大减少，促使火势下降，同时下风侧涌出的烟雾也会减少，这些都有利于排风侧防火墙的建立。因此，为了便于隔离火区，应首先封闭或关闭进风侧的防火墙，然后再封闭回风侧，同时，还应优先封闭向火区供风的主要通道（或主干风流），然后再封闭那些向火区供风的旁侧风道（或旁侧风流）。 绝大多数国家的矿井都是采用上述的原则封闭火区的。对于低瓦斯矿井或低瓦斯区域，此种封闭顺序不会有什么疑问。然而，对于高瓦斯矿井或高瓦斯区域的火灾，不论是封闭的顺序，还是防火墙距火区的距离等问题上，迄今仍难有一个统一的看法。 对于高瓦斯矿井或高瓦斯区域的火灾，如果前一个防火墙是建立在进风侧，而且这个防火墙与火源之间有采空区存在，在构筑防火墙的过程中，流向火源的风量将逐渐下降，与此同时，在负压的作用下，从采空区涌出瓦斯量将增多，此时流向火源的风流里瓦斯浓度就容易达到爆炸危险的限度，具有瓦斯爆炸的危险。由此可见，在高瓦斯区防火墙和火源之间有瓦斯源存在时，封闭进风侧的防火墙更危险一些。这种情况下，首先封闭回风侧防火墙更好一些。因为它能够在火区内造成正压，对采空区瓦斯的涌出具有一定的抑制作用。目前许多国家都是这样做的，我国也基本遵循这一原则。 关于防火墙距火区的距离，也有不同观点。大多数人认为，不管是有无瓦斯均应设在距火源尽可能近的地点。因为封闭的空间越大，爆炸的可能性越大。 从爆炸的角度看，最危险的时期是建立最初几个防火墙的时候。这是因为在建立防火墙的过程中，流向火源的风量逐渐减少，瓦斯浓度增加，已形成爆炸性混合气体，而且此时也有利于促成风流发生逆转而流经火源造成爆炸。 从风流逆转的角度考虑，如果在封闭区内存在风流逆转的条件，则不管是低瓦斯矿井还是高瓦斯矿井，也不管构筑防火墙的顺序如何，都应预先估计风流逆转和造成瓦斯爆炸的可能性，防止在建立防火墙的过程中发生风流逆转和瓦斯爆炸。 如果由于某种原因必须大面积封闭时，防火墙内的风流不可避免地要发生逆转，而且也有大量的瓦斯涌出，我们应估计到发生瓦斯爆炸的可能。在构筑密闭墙上应留有通风孔，当一切就绪时立即关闭，并迅速撤离。从风流逆转到形成爆炸气体与火源接触，以及瓦斯浓度上升到爆炸界限，都需要一定的时间，掌握这个规律后，可以做到安全封闭火区。 三、 火区快速封闭技术 当火灾火势迅猛而无法采取直接灭火措施而必须封闭时，如何能够快速有效地将火区封闭起来，无论对于火区的封闭、管理，还是今后火区的启封都是至关重要的。 轻质膨胀型封闭堵漏材料聚氨酯是一种新型的具有独特性能的快速封闭材料，配合其专用设备JP-1型泡沫塑料喷涂机可实现火区快速封闭。 聚氨酯材料以多元醇和异氰酸酯为基料聚合而成，具有气密性好、粘结力强、可发泡膨胀、耐高温、防渗水隔潮等特点，已广泛地应用于各行各业。煤矿井下主要用于建立快速密闭时的喷涂密封、煤壁喷涂堵漏风等。 聚氨酯的配置分A、B两组药剂。利用计量泵将两组药剂按一定比例混合，经过高压气体的强力搅拌，通过喷枪均匀地喷涂在目标物体表面上，即可在短时间内发生化学反应，几秒钟后由液态变成固态成型，连续喷涂即可形成密封性能好的轻质膨胀型喷层。其喷涂工艺如图4-5-1-1所示。 近年来，通过对配方的不断改进，不但降低了药剂的成本，增加了泡沫材料的粘结力，还使其阻燃性能有了很大提高。虽然这种泡沫材料遇明火可以燃烧，但离开火源马上熄灭。新型聚氨酯材料的主要性能如表4-5-1-1所示。 表4-5-1-1 新型聚氨酯喷涂密封材料主要性能指标 项目 气泡时间 s 粘结力 kPa 倍数 闭孔率 吸水率 容重 g/cm3 热导系数 kg/m.h℃ 抗压强度 抗拉强度 指标 8-15 650-875 15-23 15-19 92 0.03-0.12 0.045-0.076 0.015 第二节 火区管理技术 火区封闭以后，虽然可以认为火势已经得到了控制，但是对矿井防灭火工作来说，这仅仅是个开始，在火区没有彻底熄灭之前，应加强火区的管理。火区管理技术工作包括对火区所进行的资料分析、整理以及对火区的观测检查等工作。 一、绘制火区位置关系图、建立火区卡片 火区位置关系图应表明所有火区和曾经发火的地点，并注明火区编号、发火时间、地点、气体组分、浓度等。 对于每一个火区，都必须建立火区管理卡片，火区卡片包括以下内容 （一）火区登记表 火区登记表中应详细记录火区名称、火区编号、发火时间、发火原因、发火时的处理方法以及发火造成的损失，并绘制火区位置图。火区登记表样式如表4-5-2-1所示。 表 4-5-2-1 火区登记表 火区名称 火区编号 发 火 时 间 年 月 日 时 分 发火地点与标高 （标背面附火区位置图） 发 火 原 因 发 火 时 的 情 况 火灾处理方法及经过 处理延续时间 （h） 火灾波及范围 封闭巷道总长度（m） 封闭工作面个数（个） 防火墙数量 临时密闭个数（个） 永久密闭个数（个） 注入水量 （m3） 注入河砂、泥浆量 （m3） 注入惰气量 （m3） 火 灾 造 成 损 失 影响生产的时间 （h） 影响产量 （t） 冻结煤量 （t） 设备 损失 封闭 （台、件） 烧毁 （台、件） 煤 层 性 状 厚度 （m） 倾角 （） 煤层自 燃参数 自燃倾向性等级 最短自然发火期 （d） 采煤方法 采掘起止时间 （二）火区灌注灭火材料记录表 详细记录向火区灌注黄泥浆、河砂、粉煤灰、凝胶、惰泡、惰气以及其它灭火材料的数量和日期，并说明施工位置、设备和施工过程等情况，如表4-5-2-2所示。 表4-5-2-2 火区灌注灭火材料记录表 火区名称 火区编号 钻孔编号 钻孔位置 打钻 起至日期 钻孔参数 套管 灭火材料 备 注 直 径mm 深 度m 设计 终孔 位置 钻孔岩性 回水温度 ℃ 直 径mm 长 度m 名 称 配 比 用 量 （三）防火墙观测记录表 说明防火墙设置地点、材料、尺寸以及封闭日期等情况，并详细记录按规定日期观测到的防火墙内气体组份的浓度、防火墙内温度、防火墙出水温度以及防火墙内外压差等数据，如表4-5-2-3所示。 表4-4-2-3 防火墙观测记录表 防火墙编号 火区编号 防火墙 基本 情况 地点 封闭日期 年月日 厚度 m 断面积 m3 构筑材料 施工负责人 观测 日期 防火墙内气体浓度（） 密闭墙内温度 ℃ 密闭墙出水温度 ℃ 密闭墙内外压差 Pa 发现情况 O2 CO C2H4 C2H2 CO2 CH4 N2 H2 火区管理卡片是火区管理的重要技术资料，对做好矿井防灭火工作意义重大。火区管理卡片由矿通风管理部门负责填写，并永久保存。 二、火区检查观测与日常管理 在火区日常管理工作中，防火墙的管理占用重要的地位，因此必须遵循以下原则 （一）每个防火墙附近必须设有栅栏、提示警标，禁止人员入内，并悬挂说明牌。说明牌上应标明防火墙内外的气体组分、温度、气压差、测定日期和测定人员姓名等； （二）定期测定和分析防火墙内、外的气体成分、温度和压差以及防火墙的破损变形情况等，应每天至少检查一次，发现防火墙内外气体成分、温度、压差有异常变化时，每班至少检查一次； （三）所有测定和检查结果都必须记入防火记录本中，并及时绘制随时间变化的曲线图。这些数据和图表，矿通风部门负责人要按时审阅，发现问题必须采取措施，及时处理，并报矿有关领导。 第三节 火区启封技术 火区封闭以后，由于火区防火墙内外压差的存在，即使封闭很严，火区仍然会存在很长时间，有时甚至长达几十年之久。因此火区封闭以后，不但要严格管理，还要创造有利于火区熄灭的条件，采取一些措施加速火区的熄灭。 一、加速火区熄灭的技术 众所周知，减少向封闭火区的漏风量是促使火区尽快熄灭的最基本的技术途径。其基本方法有两种，即增阻和均压。另外，如果火区封闭面积较小，距相邻巷道较近时，也可采取打钻压注惰气、惰气泡沫、灌注黄泥浆等方法尽快熄灭火区。 （一）火区均压技术 关于降低向封闭火区漏风，生产现场很多同志都把主要精力放在增阻上，即采用向密闭内灌注黄泥浆、粉煤灰等方法，当然采取这些方法是有效的，但是泥浆、粉煤灰等灭火材料很难填满整个火区，即使充填得很严实，由于密闭周围裂隙的存在，也很难保证不向火区漏风。导致向火区漏风的最根本的原因是火区内外压差的存在，因此，只有采取措施使火区内外压差降至最小或趋于平衡时，才能取得事半功倍的效果。 有关均压技术前面已经作过较详细的叙述，这里仅就图4-5-3-1所示的典型示例进行简要分析，有关详细内容请参阅本篇四章。 对于如图4-5-3-1 所示的封闭火区，可采取的均压措施主要有 1、减小联接火区进、回两端的并联巷道阻力 如果在入风侧防火墙T1和出风侧防火墙T2之间，有一并联巷道ABC，且该巷道的通风阻力较大，或者B处有风门存在，则T1、T2之间就有较大的压差，那么流经火区之间漏风也就难以避免。此时我们可以采取拆除风门、清除巷道内堆积物、刷大巷道断面等方法，降低巷道ABC阻力，减小火区两端压差，实现均压的目的。但这种方法可能造成风流短路，使用风点F处风量减少，为此在拆除B处风门的同时，应该在AD之间或CE之间新建一道调节风门。 2、建立连通管均压气室 如果在B处有一个用风点，为了保证用风量，不能在AD或CE之间建立调节风门，且AC之间的压差较大时，可在火区两端或单侧建立均压调压气室，通过连通管调节两端压差，如图4-5-3-1中虚线所示。 （二）惰气及惰气泡沫灭火技术 惰气具有质轻（与空气相比）、容易输送、灌注和可扩散到火区的任何空间等特点。因此向火区内充注惰气，不但能降低火区氧含量、窒息火区，而且能使火区内的压力提高，抑制向采空区漏风。 惰气泡沫以具有质轻、发泡倍数高（100-200倍）、稳定（1/2破泡时间为18-72h）、堆积性好、亲润性强、扩散性好等特点，尤其是在后续泡沫的推动下，可以沿巷道向前推移，从而充满整个巷道，起到堵漏风、隔绝氧的作用。因此，惰气泡沫是一种理想的加速火区熄灭的措施。 其它措施如向火区注黄泥浆、向火区打钻压注防灭火材料等也是加速火区熄灭常用的方法。 二、判别火区熄灭程度的标志气体 关于火区启封的条件，我国煤矿安全规程作了明确的规定，这一规定已经沿用了数十年。这一规定的主导思想是建立在以CO为主要气体指标的基础之上的，尽管这种观念和规定具有比较深厚的理论和实践基础，但不可否认在实践中也常常会出现十分矛盾的现象和判断失误的场合。有的火区尽管较长时间CO已降至规定的程度，从现象上看已经达到启封的条件，可启封后发现火源并没有熄灭或仍在阴燃；另外一种情况则正好相反，尽管CO浓度尚未降至规定要求的程度，然而经启封后证实火源已经熄灭。 前面我们已经探讨了预报煤自然发火的标志气体，那么在火灾熄灭过程中是否也具有相似的规律呢答案是肯定的。 煤自然发火熄灭过程中CO气体产物随煤温变化曲线如图4-5-3-2所示。由图中可以看出，煤自然发火后，无论是在7氧浓度的缺氧条件下熄灭，或是99氮气近乎无氧条件下趋于熄灭，其氧化自燃阶段所产生的气体产物亦有类似于自燃过程的规律，只是此时与自燃过程相比呈一逆变化规律。 首先，CO在自然发火熄灭过程中，起始浓度以较快的速率下降，而后趋于缓慢，而且往往要持续相当长的时间后才能消失，其变化规律呈现一逆指数函数关系。而C2H4和C2H2随煤温的下降也呈下降的趋势，它们都在较高的温度下消失，但总体规律为C2H2在较高的温度下首先消失，C2H4在低于C2H2的温度下消失，CO则要持续相当长的时间。 由此可见，CO、C2H4和C2H2作为标志气体也可用于自然发火熄灭过程中。在实际应用中，如果被检测封闭火区内气样中虽然没有C2H2存在，但仍有C2H4和CO时，就意味着煤的燃烧已经停止，没有明火存在；如果气样中没有C2H2和C2H4，但仍有较高的CO存在时，则意味着煤的激烈氧化受到有效地抑制，处于缓慢氧化阶段，熄灭程度高于前两者。这样，把这三种气体指标综合应用于判断火区内火灾状态或火区熄灭程度，无疑比单纯使用CO唯一指标具有更高的可靠性和适应性，同时还可根据火区内火灾状态，采取进一步的加速火区熄灭的技术措施。 【实例分析】抚顺矿务局老虎台矿507采区煤自燃形成封闭火区，为监测火区内火灾的状态，在-530m集中回风巷消火道的消火钻孔内采集气样分析。气体分析结果如表4-5-3-1所示。 从表中数据可以看出，火区气体中没有C2H2气体，说明火区内的燃烧已经停止，明火已经得到控制。但至1991年1月12日前，一直有C2H4气体存在，说明火源仍未真正熄灭，但其浓度总体呈下降趋势，则火区内的火势正在继续减弱。在C2H4存在的同时，CO浓度并未表现出十分高的状态，有时甚至呈现相当微量的状态，如果单从CO判断火取得熄灭程度，势必做出盲目乐观的判断。至1991年1月12日后，火区气体已经检测不出C2H4的痕迹，CO则处于极微量的状态下，后经一个多月的观察，最后做出了火区已经熄灭的判断。经启封后证实，原来火源位置不再有自燃征兆，作相应处理后恢复了生产。 三、判别火区熄灭的条件 我国煤矿安全规程规定封闭火区，只有经取样化验分析证实，同时具备下列条件时，方可认为火区已经熄灭，方准启封 （一）火区内温度下降到30℃以下，或与火灾发生前该区的空气日常温度相同； （二）火区内的氧气浓度降到5以下； （三）火区内空气中不含有乙烯、乙炔，一氧化碳在封闭期间内逐渐下降，并稳定在0.001以下； （四）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； （五）以上四项指标持续稳定的时间在1个月以上。 现场应用时要注意以下几个问题 （一）火区内空气的温度、氧气浓度、CO浓度，都应在大气压力稳定或下降期间于回风侧防火墙内或钻孔中测取，并以最大值为准； （二）火区的出水温度应以火区所有出水的防火墙或钻孔中出水的最大温度为准； （三）在上述地点侧得的指标，应保持连续测定时间不少于30d，每d不少于3次。 需要说明的是，上述判断火区是否熄灭的条件，是过去几十年一直沿用的基本条件，实际应用时往往不是如此简单，因此要结合前面所述的火区熄灭程度的标志气体指标综合分析，也就是说在启封前,火区内不应有C2H4和C2H2气体。另外，由于受火区漏风、火区内瓦斯涌出等其它因素的影响，虽然火区熄灭的上述条件都满足，但火区却未真正熄灭。因此，在火区启封的过程中，要做好预防意外事故的措施，启封后应仔细巡查火情，只有在原火源点回风侧的气温、水温、CO浓度连续3d以上无上升趋势，方可认定火区已经熄灭。 四、火区启封 经过长期地观测和综合分析，确认火区已经熄灭的情况下，就可以正式启封火区了。 启封火区前，无论是高瓦斯矿井还是低瓦斯矿井，必须做好一切应急准备，做好启封火区后火灾重新复燃而重新封闭的准备工作。 火区启封可以采取锁风启封和通风启封的方法。 （一）锁风启封火区 锁风启封火区也称分段启封火区，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。 具体做法是先在火区进风密闭墙外5～6m的地方构筑一道带风门的临时密闭，形成一个过渡空间，习惯上成为“风闸”，并在这两道密闭之间储备足够的水泥、砂石和木板等材料，然后，救护队员佩带呼吸器进入风闸内，将风门关好，形成一个不通风的封闭空间。这时，救护队员可将原来的密闭打开，进入火区探查。确认在一定距离的范围内无火源后，再选择适当的地点（一般可距原密闭100～150m，条件允许时也可到300m）构筑新的带风门的密闭，新密闭建成后，就可将原来的密闭打开，恢复通风、处理和恢复巷道。如此重复一段一段地打开火区，逐步向火源逼近。 锁风启封火区时，一定要确保火区一直处于封闭、隔绝状态。 启封的过程中，应当定时检查火区气体、测定火区气温，如发现有自燃征兆，要做出及时处理，必要时应重新封闭火区。 （二）通风启封火区 通风启封火区也称为一次性打开火区。适用于火区范围较小并确认火源已经完全熄灭的情况下。启封前要事先确定好有害气体的排放路线，撤出该路线上的所有人员。然后，选择一个出风侧防火墙，首先打开一个小孔进行观察，无异常情况后再逐步扩大，直至将其完全打开，但要严禁将防火墙一次性全部打开。 打开进、回风侧防火墙后，应采用强风流向火区通风，以冲淡和稀释火区积存的瓦斯，防止发生瓦斯爆炸。为确保安全，启封火区时，应将工作人员撤出，待1～2小时后，若未发生爆炸和其他异常情况，准备好直接灭火工具，选择一条最短、维护良好的巷道进入发火地点，进行清理、喷水降温、挖除发热的煤炭等工作。 通风启封火区的过程中，应经常检查火区气体，如有异常情况应及时处理。 79 表4-5-3-1 抚顺矿务局老虎台矿507采区火区气样分析结果 采 样 日 期 1号钻孔 2号钻孔 3号钻孔 总管 CO C2H4 C2H2 CO C2H4 C2H2 CO C2H4 C2H2 CO C2H4 C2H2 90.12.18 17.46 ── 0.00 17.05 11.96 0.00 21.79 8.15 0.00 ── ── ── 90.12.22 41.66 10.76 0.00 77.88 7.91 0.00 84.18 6.94 0.00 ── ── ── 90.12.25 10.18 6.61 0.00 17.50 0.00 0.00 47.58 12.48 0.00 ── ── ── 90.12.29 3.27 0.00 0.00 13.39 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ── ── ── 91.01.05 42.93 45.35 0.00 ── ── ── 1.76 29.34 0.00 ── ── ── 91.01.08 16.22 0.00 0.00 ── ── ── 3.44 0.00 0.00 ── ── ── 91.01.12 90.72 0.00 0.00 43.10 0.00 0.00 63.36 24.94 0.00 ── ── ── 91.02.02 ── ── ── ── ── ── ── ── ── 0.29 0.00 0.00 91.02.05 ── ── ── ── ── ── ── ── ── 1.63 0.00 0.00 91.02.09 ── ── ── ── ── ── ── ── ── 0.17 0.00 0.00 91.02.23 ── ── ── ── ── ── ── ── ── 4.57 0.00 0.00 备 注 1． 表中气体浓度单位10-6； 2． 表中“──”表示未取样。