矿井火灾危害分析及其防治技术

矿井火灾危害分析及其防治技术安全07—2孙博摘要:矿井火灾是威胁煤矿安全生产、危害职工生命安全的五大灾害之一。通过分析矿井火灾发生的基本要素、矿井火灾的分类和矿井火灾的危害等,从外因火灾防治和自然发火防治两个方面提出了防治矿井火灾的技术途径。矿井瓦斯燃烧事故破坏性强，一旦发生难以扑救，而且易发展扩大为更大的火灾，甚至引发爆炸，造成这一后果的主要原因是由其灾害特点所决定的，对灾害特点的分析必将有助于针对此类事故的防治理论及方法的研究。关键词:矿井;火灾;危害;防治1、矿井火灾矿井火灾又叫矿内火灾或井下火灾。是指发生在煤矿井下巷道、工作面、硐室、采空区等地点的火灾。能够波及和威胁井下安全的地面火灾,也属矿井火灾。矿井火灾一旦发生,轻则影响安全生产,重则烧毁煤炭资源和物资设备,造成人员伤亡,甚至引发瓦斯、煤尘爆炸。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均为矿井火灾。如地面井口房、通风机房失火或井下输送带着火、煤炭自燃等都是非控制燃烧。煤矿井下瓦斯燃烧事故频发并易发展成为大范围火灾，在一定条件下能够转化为高强度的瓦斯爆炸，严重威胁井下工作人员和煤矿财产安全通过对大量瓦斯燃烧事故案例的分析与总结，结合可燃气体燃烧基本原理、瓦斯流体动力学理论、煤矿火灾热动力学原理以及矿井火灾防治技术相关知识，从发生条件发展过程应急处理手段与瓦斯爆炸事故的转化等几个方面分析了矿井瓦斯燃烧事故的灾害特点从而为开展针对此类事故的防治理论及方法研究提供参考与借鉴。2、矿井火灾的分类1)根据不同引火热源,矿井火灾可分为外因火灾和内因火灾。外因火灾是由于外部热源引起的火灾。煤矿常见的外部热源有电能热源、摩擦热、各种明火(如液压联轴器喷油着火、吸烟、焊接火花)等,多发生在井筒、井底车场、石门及其他有机电设备的巷道内。内因火灾是由于煤炭等易燃物质在空气中氧化发热并积聚热量而引起的火灾。它不存在外部引燃的问题,因此,又称自燃火灾。自燃火灾多发生在采空区,特别是丢煤多而未封闭或封闭不严的采空区、巷道两侧煤柱内及煤巷掘进冒高处等。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。3、煤矿矿井产生火灾的原因矿井火灾事故主要有外因火灾（外源火灾）、内因火灾（自燃火灾）。和所有的物质燃烧一样,导致矿井火灾发生的三个基本要素为:热源、可燃物和空气。1)热源。具有一定温度和足够热量的热源才能引起火灾。煤的自燃、瓦斯或煤尘爆炸、放炮作业、机械摩擦、电流短路、吸烟、电(气)焊以及其他明火等都可能成为引火的热源。2)可燃物。煤本身就是一种普遍存在的大量的可燃物。另外,坑木、各类机电设备、各种油料、炸药等都具有可燃性。3)空气。燃烧就是剧烈的氧化现象。实验证明,在氧浓度为3%的空气环境里,燃烧不能维持;空气中的氧浓度在12%以下,瓦斯就失去爆炸性;空气中氧浓度在14%以下,蜡烛就要熄灭。火灾的三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3.1、外因火灾产生的主要原因（1）存在明火。井下工作人员吸烟,带火种,(如火柴、打火机）等下井，电焊，氧焊，喷灯焊，使用电炉，灯泡取暖等。（2）出现明火。主要是由于电气设备性能不良，管理不善，引起电火花，继而引燃可燃物。（3）放炮火焰。不按放炮规定和放炮说明书放炮，导致引燃可燃物而发火。（4）瓦斯、煤尘爆炸引起火灾。（5）机械摩擦及物体碰撞产生火花引燃可燃物，进而引起火灾。（6）地面火引入井下引起的火灾。3.2发生内因火灾的原因（1）有易自燃的煤炭存在。（2）有含氧量较高的空气流过。（3）风速适当，煤氧化生成的热量能不断积聚。上面的3个必备条件同时存在且保持一定时间，才会发生内因火灾。4、矿井火灾的危害4.1内因火灾的危害内因火灾多发生于采空区和“三线二巷”(切眼线、停采线、煤柱线、运输巷、回风巷),以及输送机尾、溜煤眼、断层破碎带等处。空气进入破碎煤体，煤中固定碳被氧化放出热量，煤体积热发生隐燃，经潜伏期、形成火灾。同时产生大量的一氧化碳等有毒、有害气体，甚至引起瓦斯或煤尘爆炸，以致造成人员重大伤亡和财产损失，对矿井安全生产造成严重威胁。4.2外因火灾的危害发生外因火灾可烧坏厂房、设备、设施和支架烧伤人员，火灾还能产生大量有毒、有害气体，造成人员伤亡和财产损失，在一定的条件下，火灾也可引发瓦斯、煤尘爆炸，造成重大灾害。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。当煤矿井下发生火灾以后,煤、坑木等可燃物质燃烧,释放出有害气体,此外,火灾诱发的爆炸事故还会对人员造成机械性伤害(冲击、碰撞、爆炸飞岩砸伤等)。2)矿井生产接续紧张。井下火灾,尤其是发生在采空区或煤柱里的内因火灾、往往在短期内难以消灭。在这种情况下,一般都要采取封闭火区的处理方法,从而造成大量煤炭冻结,矿井生产接续紧张。对于一矿一井一面的集约化生产矿井,这种封闭会造成全矿停产。我国“七五”期间前4年,累计火区240多处,冻结煤量超过7000万t。3)巨大的经济损失。有些矿井火灾火势发展很迅猛,往往会烧毁大量的采掘运输设备和器材,暂时没被烧毁的设备和器材,由于火区长时间封闭和灭火材料的腐蚀,也都可能部分或全部报废,造成巨大的经济损失。另外,白白烧掉的煤炭资源、矿井的停产都是巨大的经济损失。4)污染环境。矿井火灾产生的大量有毒、有害气体,如CO、CO2、SO2、烟尘等,会造成环境污染。特别是像新疆等地的煤层露头火灾由于火源面积大、燃烧深度深、火区温度高以及缺乏足够资金和先进的灭火技术,使得火灾长时间不能熄灭,不但烧毁了大量的煤炭资源,还造成大气中有害气体严重超标,形成大范围的酸雨和温室效应。5、矿井火灾防治的技术措施及办法5.1、外因火灾防治的技术措施外因火灾是由外部火源引起的火灾。外因火灾的发生和发展都比较突然和迅猛,并伴有大量烟雾和有害气体,如处理不当或不得其法,贻误战机,还可能引爆瓦斯、煤尘,造成人员伤亡和财产损失。目前,我国煤矿中的外因火灾所占矿内火灾总数的比重虽然很小(4%～10%),但近几年随着机械化程度的提高,所占比重有上升趋势。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。按《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。2)预防外因火灾蔓延,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,并保持其状态良好。5.2、自燃发火防治的技术措施煤炭自燃发火的防治较为复杂。根据煤炭自燃发火的机理和条件,通常从开采技术、通风措施、介质法灭火三个方面采取措施进行预防。1)开拓开采技术预防自燃发火的措施。①提高回采率,减少丢煤,即减少或消除自燃的物质基础。②限制或阻止空气流入和渗透至疏松的煤体,消除自燃的供氧条件。对此,可从两方面着手:一是消除漏风通道;二是减小漏风压差。③使流向可燃物质的漏风,在数量上限制在不燃风量之下,在时间上限制在自燃发火期以内。2)通风措施预防自燃发火的措施。通风措施防治自燃发火的原理就是通过选择合理的通风系统和采取控制风流的技术手段,以减少漏风,消除自燃发火的供氧条件,从而达到预防和消灭自燃发火的目的。①据通风阻力定律,漏风区域的漏风量随漏风风阻的增大而减少。因此,通过增加漏风阻力减少漏风,从而起到防灭火作用。②压防灭火,又称为调压放灭火。是利用风窗、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,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。3)介质法预防自燃发火的措施。介质法是防治自燃发火的直接技术,其基本出发点:一是消除或破坏煤自燃发火基本条件中的供氧条件,降低煤自燃氧化的供氧量;二是吸热降温作用,延缓和彻底阻止煤自燃发火的进程。这类技术种类较多,主要有灌浆防灭火、惰化防灭火、阻化防灭火、凝胶防灭火以及泡沫防灭火等技术。5.3、现有煤矿防灭火技术及手段煤矿井下现有防灭火技术及手段主要有均压灌浆、注氮、冲水及快速推进等等，这些手段在矿井火灾的防治过程中发挥了重要的作用，但对于瓦斯燃烧这种特殊的火灾，却存在着灭火效果不佳的问题。均压防灭火主要是借助各种调压手段，改变通风系统内的压力分布，从而减少漏风，达到抑制和熄灭火势的目的8开区均压侧重于减少向采空区漏风，对于发生在工作面上的瓦斯燃烧，其窒息灭火效果将大大降低闭区均压方式需要在所控区域封闭的条件才能发挥作用，但如果封闭火区将会大大增加瓦斯爆炸的可能性灌浆所用浆液作为一种固液两相流体，在重力的作用下，其流动趋向于低位、在标准状态下甲烷的密度为0.77kg/m3，小于空气同状态下的1.29kg/m3，所以形成的火焰处于高位，浆液在这种情况下难以发挥作用水是一种天然的灭火剂但煤矿井下现有的水枪式喷水灭火方式对气体火的抑制作用不够，特别是对于具有漂移特点的瓦斯燃烧，甚至还会在水的冲击作用下促使火焰向周围进行蔓延。注氮防灭火技术存在着降温效果差、火区需较好封闭的缺点，在很多情况下难以扑灭瓦斯燃烧火灾。快速推进的防灭火作用主要体现是使自然发火的煤炭快速进入窒息带，但对于瓦斯这种气体燃烧，着火点会随着采掘作业的推进而移动，难以发挥灭火作用。除了矿井现有灭火技术在瓦斯燃烧事故处理过程中效果不佳的情况外，初始阶段应急处理的有效性和科学性还有待提高工人由于恐惧心理和缺乏必要的防灭火知识培训，往往会第一时间撤离现场即使能够及时进行扑救，但就现阶段井下的消防设施来讲，对于瓦斯燃烧的扑救效果不佳，在很多时候不能在初期消灭火灾，从而失去了扑灭火灾的最佳时机2002年2月6日淮南矿业集团潘二矿1122(8)工作面降压巷在掘进过程中，放炮火焰引燃工作面瓦斯，初始阶段现场人员用水灭火无效一个多小时后，温度达到50℃，能见度就只有0.5m被迫采取封闭措施。5.4、瓦斯燃烧事故在一定条件下可转化为瓦斯爆炸。瓦斯燃烧与爆炸在本质上都是甲烷与氧发生的氧化反应，两者之间最大的区别就是危害程度不同，相对于燃烧，爆炸的反应速度更快，产生的能量释放的更加猛烈，形成的冲击波超压更大造成这种区别一个最主要的原因是反应发生的外界条件不同，也就是说外界环境的变化会引起瓦斯燃烧事故向爆炸灾害的转化煤矿井下发生瓦斯燃烧进而形成火灾后，将会在所释放的热量和燃烧产物的作用下对原有的环境产生很大的影响，为向爆炸灾害的转变提供了条件根据瓦斯燃烧事故特点和现有应急处理策略，这种转变可以分为火区未封闭和火区封闭后两种情况。6、结语为了防治矿井火灾,保证煤矿安全生产,我们必须结合矿井生产实际,通过对矿井火灾的发生、发展及形成的机理和规律做更进一步的研究和探索,开发使用先进的火灾防治技术和设备,使矿井火灾在预防、监测和扑救等方面得到有效的综合防治。7参考文献：[1]李崇山宋阳谭允祯.煤巷自燃非线性流固热耦合研究2004[2]宋长忠骆仲泱.方梦祥等火灾可燃物热解动力学及着火特性分析2006[3]友臣郑衡张.煤矿矿井火灾事故树评价分析（M）2010[4]杨永斌王德明韩方位.矿井瓦斯燃烧事故灾害特点分析(M)2010[5]王德明.矿井火灾学中国矿业大学出版社2008[6]程远平李增华.消