第九章+火灾防治

安徽理工大学能源与安全学院安全工程系《通风安全学》第九章火灾防治本章主要内容第一节概述第二节矿井外因火灾及其预防第三节煤炭自燃的理论基础第四节矿井火灾预测和预报第五节开采技术防火措施第六节灌浆与阻化剂防灭火第七节均压防灭火第八节惰气防灭火第九节矿井火灾时期通风第十节矿井火灾处理与控制第一节概述一、火灾与矿井或煤田火灾的概念在矿井或煤田范围内发生，威协安全生产、造成一定资源和经济损失或者人员伤亡的燃烧事故，称之为矿井或煤田火灾。二、矿井火灾的类型及其特性１、按引火原因分类（1）内因(自燃)火灾自燃物在一定的外部（适量的通风供氧）条件下，自身发生物理化学变化，产生并积聚热量，使其温度升高，达到自燃点而形成的火灾称之为内因火灾。（2）外因火灾可燃物在外界火源(明火或高温热源)的作用下，引起燃烧而形成的火灾叫外因火灾第一节概述２、消防分类从选用灭火剂的角度出发，消防上根据物质及其燃烧特性对火灾进行如下分类:Ａ类火灾:煤炭、木材、橡胶、棉、毛、麻等含碳的固体可燃物质燃烧形成的火灾称为A类火灾。Ｂ类火灾：指汽油、煤油、柴油、甲醇、乙醇、丙酮等可燃液体燃烧形成的火灾。第一节概述Ｃ类火灾：指煤气、天燃气、甲烷、乙炔、氢气等和可燃气体燃烧形成的火灾。Ｄ类火灾：象钠、钾、镁等可燃金属燃烧形成的火灾。其特点是火源温度高。３、其它分类方法除上述两种常用分类方法外，还有按火源特性，可分为原生火灾与再生火灾；按火源产生的位置，可分为井上火灾与和井下火灾等。第二节矿井外因火灾及其预防一、物质燃烧的充要条件１、必要条件（1）有充足的可燃物；（2）有助燃物存在。凡是能支持和帮助燃烧的物质都是助燃物。常见的助燃物是含一定氧浓度的空气。（3）具有一定温度和能量的火源。２、充分条件（1）燃烧的三个必要条件同时存在，相互作用；（2）可燃物的温度达到燃点，生成热量大于散发热量。第二节矿井外因火灾及其预防煤矿常见的外因火源主要有以下几种：（1）电能热源：电(缆)流短路或导体过热；电弧电火花；烘烤（灯泡取暖）静电等。（2）摩擦热。（3）放明炮、糊炮等。（4）明火（高温焊碴、吸烟）。第二节矿井外因火灾及其预防二、外因火灾的预防1、我国的消防方针消防工作实行“预防为主，消防结合”的方针。2、防火对策矿井火灾的防治可以采取下列三个对策：（1）技术(Engineering)对策技术对策是防止火灾发生的关键对策。它要求从工程设计开始，在生产和管理的各个环节中，针对火灾产生的条件，制定切实可行的技术措施。第二节矿井外因火灾及其预防（2）教育（Education）对策教育对策包括知识、技术和态度教育三个方面。（3）管理（法制(Enforcement））对策制定各种规程、规范和标准，且强制性执行。这三种对策简称“三Ｅ”对策。前两者是防火的基础，后者是防火的保证。三、预防外因火灾的技术措施预防火灾发生有两个方面：一是:防止火源产生；二是:防止已发生的火灾事故扩大，以尽量减少火灾损失。第三节煤炭自燃的理论基础一、煤炭自然机理一百多年来，先后提出阐述煤炭自燃机理学说有多种，其中主要的有黄铁矿作用学说、细菌作用学说、酚基作用学说以及煤氧化合学说等。二、煤的氧化特性１、所有品种煤在常温下都吸氧，但吸氧速度不同。２、煤的吸氧速度与所在空气中的氧浓度成正比，即dm/dτ＝ＵＣ３、在温度不变条件下，吸氧速度常数随时间按指数规律衰减，即:Ｕ＝Ｕ1τ—H４、吸氧速度常数Ｕ与煤自身温度之间符合幂函数关系第三节煤炭自燃的理论基础５、煤在氮气中加热后再冷却可使它的活性增加，并有重新恢复到原有活性的可能。６、吸氧速度常数Ｕ与粒度之间成复杂关系。三、自燃发火与自燃发火期自燃发火：有自燃发火的煤层被开采破碎后在常温下与空气接触发生氧化，产生热量使其温度升高，出现明火和冒烟的现象。自燃发火期：煤层被开采破碎、接触空气之日起，至出现自燃现象或温度上升到自燃点为止，所经的时间。以月或天为单位。第三节煤炭自燃的理论基础四、煤炭自条件1、具有自燃倾向的煤被开采后呈破碎堆积状态.2、有较好的蓄热条件。3、有适量的通风供氧。4、上述三条件共存的时间大于煤的自燃发火期。第三节煤炭自燃的理论基础五影响煤炭自然发火的因素1、煤的自燃性能（1）煤的分子结构。（2）煤化程度。煤的自燃倾向性随煤化程度增高而降低。（3）煤岩成分。各种单一的煤岩成分具有不同的氧化活性，其氧化能力按镜煤＞亮煤＞暗煤＞丝煤的顺序递减。（4）煤中的瓦斯含量。它类似用惰性气体稀释空气对氧化发生的影响。（5）水分。既有加速氧化的一面，也有阻滞氧化的因素。第三节煤炭自燃的理论基础（6）煤中硫和其它矿物质。煤中含有的硫和其它催化剂，则会加速煤的氧化过程。2、开采技术矿井的开拓方式、采区巷道布置、回采方法和回采工艺、通风系统和技术管理等开采技术和管理水平，对自然发火起决定性影响。（1）矿井开拓方式和采区巷道布置。（2）回采方法和回采工艺，但其决定的因素是回采率和工作面推进速度。第三节煤炭自燃的理论基础3、影响采空区自燃的因素（1）采空区三带划分对于后“U”通风系统(一源一汇)的采空区，按漏风大小和遗煤发生自燃的可能性采空区可分为三带：•散热带Ⅰ：宽度为L1＝5~20m•自燃带Ⅱ：宽度为L2＝20~70m•窒息（不自燃）带Ⅲ。IIIIIIL1L2IIIIIIL1L2第三节煤炭自燃的理论基础划分三带的指标有三种：①采空区漏风风速VV0.9m/s为散热带；0.9≥V≥0.02m/s为自燃带,∨＜0.02m/s为自窒息带。②采空区氧浓度（C）分布认为C＜8%为窒息带，C≥8%为自燃带。③采空区遗煤温升速度（dt1℃/d为自燃带）。由于缺少深入的理论研究和试验结果，此指标目前尚难以应用。第三节煤炭自燃的理论基础（2）采空区遗煤自燃的条件及其影响因素设自燃带的最大宽度为L1+L2，工作面的推进速度为V，自然发火期为τS，在自燃带内煤暴露于空气的最长时间为τ(月)，则τ＝(L1+L2)/V当:τS≤τ时，可能发生自燃。4、漏风在煤炭氧化过程的热平衡关系中，漏风起两方面的作用：一是：向煤提供氧化所必须的氧气，促进氧化发展二是：带走氧化生成的热量，降低煤温，抑制氧化过程发展第三节煤炭自燃的理论基础5、地质因素（1）倾角。（2）煤层厚度。（3）地质构造。在有地质构造的地区，自燃危险性加剧。（4）开采深度。六、煤的自燃过程１、潜伏（自燃准备）期自煤层被开采、接触空气起至煤温开始升高止的时间区间称之为潜伏期。第三节煤炭自燃的理论基础２、自热阶段温度开始升高起至其温度达到燃点的过程叫自热阶段。自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化生成热量逐渐积累、温度自动升高的过程。３、自燃阶段煤温达到其自燃点后，若能得到充分的供氧（风），则发生燃烧，出现明火。4、熄灭潜伏期自热期燃烧风化时间温度／℃TbTc第四节矿井火灾预测和预报根据煤田地质勘探或在矿井开采的过程中，所采集的煤样的分析化验结果和自然发火的统计资料，判定待开采煤层的自燃严重程度及其在空间上的分布规律，为有针对性制定防灭火措施提供可靠的依据。一、煤层自燃倾向性的鉴定方法1992年版的《煤矿安全规程》执行说明规定采用吸氧量法。煤的自燃倾向性分类自燃自燃30℃常压条件下煤吸氧量(cm3／g.干煤)等级倾向性褐煤、烟煤类高硫煤、无烟煤类Ⅰ容易自燃≥0.8≥1.00全硫(sf，%)2.00Ⅱ自燃0.41～0.79≤1.00”2.00Ⅲ不易自燃≤0.40≥0.80”2.00第四节矿井火灾预测和预报二、煤层自然发火期的估算方法及其延长途径1、煤层自然发火期的估算（１）统计比较法。（２）类比法。２、延长煤层自然发火期的途径其途径有：（１）减小煤的氧化速度和氧化生热。（２）增加散热强度，降低温升速度。第四节矿井火灾预测和预报三、矿井外因火灾预测矿井外因火灾预测是，通过井巷中的可燃物和潜在火源分布调查，确定可能产生外因火灾的空间位置，及其危险性等级。四、矿井火灾的预报根据火灾发生和发展的规律，应用成熟的经验和先进的科学技术手段，采集处于萌芽状态的火灾信息，进行逻辑推断后给出火情报告。第四节矿井火灾预测和预报主要有：1、利用人体生理感觉预报自然发火依靠人体生理感觉预报矿井火灾的主要方法有：（1）嗅觉（2）视觉（3）感（触）觉2、气体成分分析法（1）指标气体及其临界指标能反映煤炭自热或可燃物燃烧初期阶段特征的、并可用来作为火灾早期预报的气体叫指标气体。第四节矿井火灾预测和预报(2）常用的指标气体•一氧化碳（ＣＯ）•Graham系数ＩCO用流经火源或自热源风流中的CO浓度增加量与氧浓度减少量之比作为自然发火的早期预报指标。•乙烯。•其它指标气体。国外有的煤矿采用烯炔比（乙烯和乙炔（C2H2）之比）和链烷比（C2H6/CH4)来预测煤的自热与自燃。五、连续自动检测系统1、束管系统２、矿井火灾监测与监控第五节开采技术防火措施一、矿井自燃火源的分布规律1、采空区。（采空区火灾占50％以上。）2、煤柱。3、巷道顶煤。4、断层和地质构造附近。二、开拓开采技术防火措施开拓开采技术防止自燃发火总的要求是：1、提高回采率。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。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。第五节开采技术防火措施主要技术措施有：（1）、合理地进行巷道布置（2）、选择合理的采煤方法和先进的回采工艺，提高回采率，加快回采进度。（3）、选择合理的的通风系统。（4）、坚持自上而下的开采顺序。（5）、合理确定近距离相邻煤层和厚煤层分层同采时两工作面之间的错距，防止上、下之间采空区连通。第六节灌浆与阻化剂防灭火一、灌浆防火灌浆就是把粘土、粉碎的页岩、电厂飞灰等固体材料与水混合、搅拌，配制成一定浓度的浆液，借助输浆管路注入或喷洒在采空区里，达到防火和灭火的目的。1、灌浆防灭火的机理机理：充填煤岩裂隙及其孔隙的表面，增大氧气扩散的阻力，减小了煤与氧的接触和反应面；浆水浸润煤体，增加煤的外在水份，吸热冷却煤岩；加速采空区冒落煤岩的胶结，增加采空区的气密性。第六节灌浆与阻化剂防灭火2、灌浆系统灌浆系统由制浆、输浆和灌浆三部分组成。（1）、浆液的制备•浆液性能。对浆液性能的基本要求是，浓度适当，渗透能力强。•浆材的选取浆材必须满足一定的基本要求。•浆液的制备工艺。（2）、浆液的输送①输浆压力与输浆倍线输送浆液的压力有两种：静压输送和加压输送第六节灌浆与阻化剂防灭火静压输送－是利用浆液自重及浆液在地面入口与井下出口之间高差形成的静压力进行输送。加压输送－是当静压不能满足要求时应采用。输浆倍线：表示输浆管路阻力与压力之间关系，用N表示。静压输送时：N＝L／H加压输送时N＝L／(H＋h)倍线一般控制在3～8之间。过大时，应加压；过小时,容易发生裂管跑浆事故可在适当的位置安装闸阀进行增阻。第六节灌浆与阻化剂防灭火②灌浆管道的选择当管道中浆液恰好处于无沉积的悬浮状态时的流速，称为临界流速(vc)时，也叫不淤流速。③灌浆钻孔3、灌浆防火方法按与回采的关系分，预防性灌浆有：（1）、采前预灌（2）、随采随灌（3）、封闭灌浆236004CmCdQVCmCVQd301或第六节灌浆与阻化剂防灭火二、阻化剂防灭火在化学上，凡是能减小化学反应速度的物质皆称为阻化剂(inhibitors)。1、作用机理：（1）增加煤在低温时的化学惰性，或提高煤氧化的活能（2）形成液膜包围煤块和煤的表面裂隙面；（3）充填煤柱内部裂隙；（4）增加煤体的蓄水能力；（5）水分蒸发吸热降温。实质是降低煤在低温时的氧化速度，延长煤的自然发火期。第六节灌浆与阻化剂防灭火2、阻化剂的评价指标及其影响因素（1）阻化率按下式计算阻化率:E=100(A-B)A，%式中:E--煤的阻化率，%;A，B--分别为原煤样和阻化煤样在规定的实验条件下氧化5小时放出的CO(pmm)或SO2(mg)。阻化率越大，说明阻化剂对煤氧化的阻止作用越大。（2）阻化剂的阻化寿命阻化剂喷洒至煤体表面后，从开始生效至失效所经过的时间叫阻化剂寿命。单位为月。阻化剂的寿命可用下式表示：τ＝Ｅ／Ｖ第六节灌浆与阻