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矿井火灾,第十章 火灾防治,第一节 概述,火灾与矿井（煤田）火灾的概念火灾违背人们意愿而发生的非控制性燃烧。矿井（煤田）火灾在矿井或煤田范围内发生，威胁安全生产、造成一定的资源和经济损失或者人员伤亡的燃烧事故。,第一节 概述,火灾的类型及其特性按引火原因分类：内因火灾、外因火灾消防分类（根据物质及其燃烧特性）：A类火灾煤炭、木材、橡胶、棉、毛、麻等含碳固体可燃物质燃烧B类火灾指汽油、煤油、柴油、甲醇、乙醇、丙酮等可燃液体燃烧C类火灾指煤气、天然气、甲烷、乙炔、氢气等和可燃气体燃烧D类火灾像钠、钾、镁等可燃金属燃烧形成的火灾（火源温度高）其他分类方法按火源特性分为原生火灾与再生火灾；按火源产生的位置分为井上火灾和井下火灾。,第一节 概述,防灭火研究的内容“一个目标三个问题”一个目标：防止矿井火灾发生，对于已发生的火灾要防止 其扩大并最大限度地减少火灾中的人员伤亡和经济损失。三个问题：1）火灾是如何发生的？2）如何防止火灾发生？3）火灾发生后如何进行及时而有效地控制和 处理？,第二节 外因火灾及其预防,物质燃烧的充要条件必要条件有充足的可燃物有助燃物存在具有一定温度和能量的火源充分条件燃烧的三个必要条件同时存在，相互作用可燃物的温度达到燃点，生成热量大于散发热量煤矿常见外因火源：1）电能热源 2）摩擦热 3）违规爆破 4）液压联轴器喷油着火 5）明火,第二节 外因火灾及其预防,外因火灾的预防我国的消防方针“预防为主，消防结合”防火对策“3E”技术（Engineering）对策灾前：防止起火；防止已发生的火灾扩大灾后：报警；控制；灭火；避难教育(Education)对策包括知识、技术和态度三方面管理(法制Enforcement)对策,第二节 外因火灾及其预防,预防外因火灾的技术措施防止火灾产生防止失控的高温热源产生和存在尽量不用或少用可燃材料，使用时与潜在的热源保持安全距离防止产生机电火灾防止摩擦引燃：1）防止胶带摩擦起火；2)防止摩擦引燃瓦斯防止高温热源和火花与可燃物相互作用防止火灾蔓延在适当的位置建造防火门，防止火灾事故扩大每个矿井地面和井下都必须设立消防材料库每一个矿井都必须在地面设置消防水池，在井下设置消防管路系统主要通风机必须具有反风系统，反风设置，并保持其状态良好,第三节 煤炭自燃理论基础,煤炭自燃机理煤的自燃是氧化过程自身加速发展的结果煤的氧化特性煤的氧化规律1）所有品种煤在常温下都吸氧，但吸氧速度不同，取 决于煤的分子结构和物理化学性质2）煤的吸氧速度与所在空气中的氧浓度成正比3）在温度不变条件下，吸氧速度常数随时间按指数规 律衰减4）吸氧速度常数与煤自身温度之间符合幂函数关系5）煤在氮气中加热后再冷却可以使它的活性增加，并 有重新恢复 到原有活性的可能6）吸氧速度常数与粒度之间成复杂关系,第三节 煤炭自燃理论基础,自燃发火与自燃发火期自燃发火：有自燃倾向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，出现发火和冒烟的现象。1、煤炭自燃出现明火、火炭和烟雾现象；2、由于煤体自热而使煤体、围岩或空气温度升高至70以上；3、由于煤炭自热而分解出CO、C2H4或其他指标气体，在空气中的浓度超过预测指标并呈逐渐上升趋势。煤层自燃发火期：从煤层被开采破碎、接触空气之日起，至出现上述定义的自燃现象或温度上升到自燃点为止，所经历的时间。煤层自燃发火期取决于煤的内部结构和物理化学性质、被开采破坏后的堆积状态参数、裂隙或空隙度、通风供氧、蓄热和散热等外部环境因素。,第三节 煤炭自燃理论基础,煤炭自燃充分必要条件有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状态，堆积厚度大于0.4m有较好的蓄热条件有适量的通风供氧，氧浓度大于15%时，煤炭氧化方可较快进行上述三个条件共存的时间大于煤的自燃发火期,第三节 煤炭自燃理论基础,影响煤炭自燃发火的因素,第三节 煤炭自燃理论基础,煤的自燃过程及其特点,图中虚线为风华进程线，潜伏期与自热期之和为煤的自燃发火期。,第四节 火灾预测与预报,预测方法实验室确定自燃倾向等级根据已有资料确定自燃发火期煤层自燃倾向的鉴定方法双气路气相色谱仪吸氧鉴定法自燃发火期的估算及其延长途径估算方法：1）统计比较法 2）类比法延长途径：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 火灾预测与预报,外因火灾预测,Your Text,调查可燃物,划分危险区,调查火源,第四节 火灾预测与预报,火灾的预报依靠人的生理感觉预报，包括嗅觉、视觉和感（触）觉。气体成分分析法指标气体及临界指标具备条件：灵敏性、规律性和可测性常用指标气体一氧化碳Graham系数乙烯其他,第四节 火灾预测与预报,采样点设置原则已封闭火区的出风侧密闭墙内，入墙1m以上有发火危险的工作面的回风巷内潜在火源的下风侧，距离火源适当温度测点在传感器有效范围之内测点随采场变化和火情变化而调整,第四节 火灾预测与预报,连续自动检测系统束管系统（图10-4-2)采样系统控制装置气样分析数据贮存、显示和报警矿井火灾监测与监控,第五节 开采技术防火措施,自燃火源的分布规律采空区煤柱巷道顶煤断层和地质构造附近开拓开采技术防火要求：1）提高回采率2）消除自燃供氧条件3）控制风量和限制时间措施合理布置巷道1）服务时间长的巷道采用岩石，在煤层中采用宽煤柱护巷（图10-5-1）2）区段巷道分采分掘（图10-5-2、3）3）推广无煤柱开采技术提高回采率，加快回采速度合理化通风系统坚持自上而下的开采顺序防止上下采空区联通,第五节 开采技术防火措施,第六节 灌浆与阻化剂防灭火,灌浆防火机理：抑制煤低温时的氧化速度，延长自燃发火期系统：制浆、输浆和灌浆浆液制备性能要求：浓度适当，渗透能力强浆材选取：1）不含或少含可燃和自燃物质 2)不含催化剂 3）粒度不大于2mm 4）相对密度为2.52.6 5）浓度为25%30%6）塑性指数911制备工艺：自然成浆图（10-6-1）和人工制浆（10-6-2、3、4）浆液输送压力（分为静压、加压输送）和倍线（在38之间）采用临界管径管道和钻孔替代干管,第六节 灌浆与阻化剂防灭火,第六节 灌浆与阻化剂防灭火,第六节 灌浆与阻化剂防灭火,第六节 灌浆与阻化剂防灭火,第六节 灌浆与阻化剂防灭火,灌浆防火方法：预防性：采前预灌、随采随灌和菜后注浆目前采用：1）钻孔灌浆 2）埋管灌浆 3）工作面撒浆4）综采工作面插管灌浆,第六节 灌浆与阻化剂防灭火,阻化剂防灭火评价指标及其影响因素阻化率：阻化寿命：选择目前常用：氧化钙、氯化镁、氯化铵及水玻璃等防火工艺主要方法：表面喷洒、压入煤煤体和雾化喷射 处理高温和灭火：打钻圈定范围，逐步压注溶液降温,第七节 均压防灭火,调压设施均压防灭火的原理调节风窗调压的原理（图10-7-1）,第七节 均压防灭火,调压设施均压防灭火的原理风压调节的原理（图10-7-2）,第七节 均压防灭火,调压设施均压防灭火的原理风窗-风机联合调压原理（图10-7-3）,第七节 均压防灭火,生产工作面采空区自燃火源或高温点的调压处理并联漏风（图10-7-4）火源或高温点处于自燃带II（图10-3-1）中后部时，降低漏风压差：1）在工作面进风或回风中安设调节风窗或稍稍开启与工作面并联风路中的风门d；2）在工作面下端设风障或挂风帘高温点位于自燃带的前部或工作面的下部采空区时，也采用在工作面下端挂风帘,第七节 均压防灭火,生产工作面采空区自燃火源或高温点的调压处理角联漏风（图10-7-5）角联漏风采空区内有部分漏风与其他风巷发生联系调压：在风路中适当位置安装风门和风机等调压装置，降低漏风源的压能，提高漏风汇的压能。,第七节 均压防灭火,调压气室-连通管调压防灭火的原理与应用双调压气室-连通管调压原理布置方式（图10-7-8）调压原理：辅助密闭墙增加火区的漏风风阻，降低火区的漏风风差；连通管与火区并联，起到并联分风和降压的作用。火区动态观察（图10-7-9）,第七节 均压防灭火,调压气室-连通管调压防灭火的原理与应用单调压气室-连通管调压原理布置方式（图10-7-10）调压原理：火区动态观测（图10-7-11）,第七节 均压防灭火,调整通风系统调节漏风压差调整通风系统的原则增加火区或采空区的并联风路；或减少火区并联分支的风阻或风量增加火区所在分支或其漏风流经路线上其他分支的风阻；在非漏风流经的路线上减阻当火区的漏风源漏风汇分别处于进回风井附近时，应设法降低主要通风机负压降低火区漏风源的压能，增加其漏风汇的压能,第七节 均压防灭火,调整通风系统调节漏风压差通风构筑物的合理位置若在有并联漏风的风路上设置风窗等增阻型通风构筑物时，其位置不应选择在漏风的源与汇之间（图10-7-12),第七节 均压防灭火,调整通风系统调节漏风压差通风构筑物的合理位置在有漏风源或漏风汇附近的风路上安设增阻型通风构筑物时，应将其设在漏风源的上风侧，或漏风汇的下风侧（图10-7-13）,第七节 均压防灭火,调整通风系统调节漏风压差通风构筑物的合理位置风门、调节风门和密闭墙等控制风流的设施设置后，应使采空区或火区同处于进风或回风测，以降低其漏风压差。,第八节 惰气防灭火,惰气系指不可燃气体或窒息性气体，主要包括氮气、二氧化碳以及燃料生成的烟气等氮气防灭火氮气防灭火原理：降低氧浓度，降温吸热及抑爆作用制取和输送制取工艺：一是深冷空分法；二是碳分子筛变压吸附法；三是膜分离法输运困难：大型槽车运至井口，管道输送至井下生产工作面采空区注氮防火压管注氮打钻注氮注氮处理封闭火区向封闭火区注氮，提高效果定向注氮，目标惰化（图10-8-1）提高效果的途径：适当增加密闭墙的气密性，限制漏风量；增大注氮强度和保持注氮连续性；选择合适的注氮口位置,第八节 惰气防灭火,湿式惰气灭火湿式惰气燃料油与一定比例的空气混合在惰气发生装置内经充分燃烧后产生的烟气原理烟气中基本上是惰性气体或不可燃气体，将其压入火区后，可起到惰化火区、窒息火源的作用；压入正在密闭的火区可起到阻爆作用。,第九节 火灾时期通风,火风压及其计算方法火风压：火灾时高温烟流流过巷道所在的回路中的自燃风压发生变化量（图10-9-1）计算方法火风压的特性出现的位置：产生于烟流流过的有高差的倾斜或垂直巷道中作用：相当于在高温烟流流过的风路上安设系列辅助通风机作用方向总是向上,第九节 火灾时期通风,火灾时期风流紊乱规律及防治紊乱形式旁侧支路风流逆转（图10-9-2）主干风路烟流逆退（图10-9-3）火烟滚退（图10-9-4）紊乱原因、规律及防治上行风路下行风路风流逆退的原因、规律及其防治,第九节 火灾时期通风,火灾时期风流紊乱规律及防治主干风路烟流逆退（图10-9-3）火烟滚退（图10-9-4）,第九节 火灾时期通风,灾变时期风流控制维持正常通风，稳定风流适用条件：1）烟流范围大，人员分布广 2）网路复杂的高瓦斯矿井，采用其他制度有危险时 3）火源位于独头掘进巷道内，不能停运局部停风机 4）火源位于采区或主回风巷，维持原风向有利排烟 5）减少向火源供风抑制火势发展停风机适用条件：1）火源位于进风井口或进风井筒，不能进行反风 2）瓦斯浓度已超爆炸上限 3）主要通风机已成为通风阻力时反风：全矿、区域和局部（图10-9-7）风流短路火源位于矿井的主要进风系统，不能进行反风时，打开联络巷中的风门，使烟流短路，直接流入总回风减少流入采区烟流,第九节 火灾时期通风,灾变时期风流控制局部反风（图10-9-7）,第十节 矿井火灾处理与控制,灭火原理灭火：破坏燃烧三个条件同时存在和消除燃烧三个条件（之一、之二或全部）的过程灭火实质：吧正在燃烧体系内的物质冷却，将其温度降低到燃点之下，使燃烧停止灭火原理：冷却隔离和窒息稀释中断链反应灭火方法：直接灭火、隔离灭火和联合灭火,第十节 矿井火灾处理与控制,直接灭火常用灭火剂及其使用方法水：包括水射流和水幕两种形式不宜扑灭：1）电气火灾；2）轻于水和不溶于水的液体和油类火灾；3）遇水能燃烧的物质火灾；4）精密仪器设备、贵重文物、档案等火灾；5）硫酸、硝酸和盐酸等火灾泡沫：（图10-10-1）化学泡沫灭火剂高倍空气泡沫灭火剂（图10-10-2）,第十节 矿井火灾处理与控制,直接灭火常用灭火剂及其使用方法干粉常用灭火剂：钠盐干粉、氨基干粉和以磷酸盐为基料的干粉原理干粉灭火剂可以扑灭A、B、C、D类和电气火灾，常见灭火器有：灭火手雷（图10-10-3）喷粉灭火器（图10-10-4）卤代烃灭火剂（图10-10-5）用氟、氯、溴取代甲烷和乙烷中的氢而成砂子和岩粉,第十节 矿井火灾处理与控制,第十节 矿井火灾处理与控制,直接灭火消除可燃物：煤矿常用方法是挖除火源用凝胶处理高温点和自燃火源凝胶组成：基料（硅酸盐）+促凝剂（碳酸氢铵等盐类）+水（90%左右）凝胶的性能指标成胶时间：灭火或处理高温点3050s较好；堵漏防火510min为宜热稳定性：稳定性越好，防灭火效果越好胶的强度：防火时3%6%，灭火时6%9%灌浆灭火井下常用方法：1）井下巷道打钻灌浆2）在火区密闭墙上插管灌浆3）地面钻孔灌浆关键：判断火源位置,第十节 矿井火灾处理与控制,隔绝灭火密闭墙的结构和种类临时密闭墙（图10-10-6、图10-10-7）永久密闭墙（图10-10-8）防爆密闭墙（图10-10-9）密闭墙的位置选择：密、小、少、快封闭火区的顺序先进后回进回同时,第十节 矿井火灾处理与控制,临时密闭墙,第十节 矿井火灾处理与控制,采煤工作面,