煤矿爆炸火灾防治与救灾

煤矿爆炸火灾防治与救灾第一章特大瓦斯爆炸、火灾事故回顾及教训一、陈家山矿瓦斯爆炸事故

2004年11月28日07时10分井下四泵房安检员韩朝云汇报听到爆炸声、巷道烟雾大，随之安子沟抽放泵站电话汇报，安子沟风井防爆门被摧毁，有黑烟冒出。四采区发生爆炸事故，波及四采区下山至回风井所有区域，涉及415回采工作面系统、416掘进工作面系统、417掘进工作面、采区下山系统、安子沟回风系统等，死亡166人，受伤45人。

2004年12月2日3:25、6:15、7:45、10:53又发生4次爆炸，没有再造成人员伤亡。

2事故发生经过

2004年11月23日10:20～10:30

415上隅角起爆松动顶煤，上隅角采空区发生瓦斯爆燃，83#～89#架后溜槽处发现明火，并有大量青烟。

2004年11月24日415上隅角再次发生瓦斯爆燃，53#支架出现明火；采取注氮、注浆、注凝胶，只割煤不放顶煤，加快推进速度2004年11月28日07时10分井下四泵房听到爆炸声、巷道烟雾大，安子沟抽放泵站电话汇报，安子沟风井防爆门被摧毁，有黑烟冒出；事故死亡166人，。2004年12月2日3:25、6:15、7:45、10:53相继发生4次爆炸，没有造成人员伤亡。

415面爆源点415运顺415回风巷415高位巷1号联络巷四总回四皮下四轨下415灌浆巷415工作面注水、注浆、注凝胶

24日16时起加快工作面的推进度,事故发生前推进27m。28日7时06分,下隅角尾梁后部强制放顶放炮引起瓦斯爆炸.24日12时10

分,上隅角再次爆燃。

23日10时40分,上隅角放炮引起爆燃23日10时50分,85架附近发现明火。

24日12时14分53号尾梁着火,经洒水火灭。

工作面推进煤矿重大灾害虚拟现实重现系统

基于VC++和Vega平台，建立显示各种灾害的发生、发展和救灾过程的虚拟现实系统，为防治措施的合理性检验，救灾决策、事故场景重现，事故原因和性质分析汇报以及安全培训提供有力的显示工具。巷道火灾(视点在巷道内)巷道火灾(视点在巷道外)陈家山煤矿特别重大瓦斯爆炸事故经过上隅角放炮引起瓦斯爆燃上隅角瓦斯爆燃引起明火人员救灾下隅角瓦斯爆炸

虚拟现实系统需借助专用软件显示三维动态灾变过程，因展示条件所限，本图仅以二维静态图形显示虚拟现实场景，虽然显示效果差，但也较清楚地显示出下隅角瓦斯爆炸的原因。所开发的虚拟现实系统能真实显示三维动态灾变过程，为事故调查和分析提供了有力的分析工具。

爆炸性气体混合带采空区冒落带1号联络巷交叉口瓦斯流煤层炮眼新鲜风下工隅作角面陈家山煤矿特别重大瓦斯爆炸事故原因分析图

二、唐山市开平区刘官屯煤矿“12.7”瓦斯煤尘爆炸事故（死亡108人）

该矿系低瓦斯矿井事故发生于2005年12月7日15时14分；其爆源位于1193（下）工作面切眼。回风下山风门打开风流短路，工作面瓦斯积聚，回柱火花引爆瓦斯，煤尘参与爆炸。三、宁夏白笈沟煤矿火灾、爆炸灾害事故教训开拓布置、采掘计划不遵循“合理通风规律”所致四、xxxx集团xx煤矿瓦斯爆炸事故（一）概述3月29日21时56分，xx集团xx矿发生瓦斯爆炸事故，死亡36人，受伤12人。4月1日10时12分，xx矿再次发生瓦斯爆炸事故，死亡17人，受伤8人，直接经济损失6695.4万元。两事故共造成包括集团总工，总经理助理、矿总工，矿生产指挥中心主任、四名副主任、矿安监处长、三名救护中队队长书记的53人遇难，其中救护队员26人遇难（二）.存在问题1）“3.29”事故存在问题：自燃防治问题（1）预警不力：29日8:30～14:30，-250石门6～13，峰值达16、28，未引起足够重视，到14:56:30上升至峰值56后才警觉而处理，贻误及时处理自燃的时机（1300）；（2）客观条件复杂：该矿急倾斜煤层区段煤柱（6）未能做到有效隔离，致使上下阶段采空区相连，且该区采用水采工艺，采空区通风，增大了自燃危险和爆炸隐患。（3）主观努力不够：自燃急倾斜煤层，在注浆防灭火难度大的条件下，未能有效落实作业规程规定的注氮综合防灭火措施和老空区密闭维护和监测，导致采空区自燃的发生。救灾方面的问题（1）应急处置不当。在28-16时、29-15和19-30，采空区自燃引爆的极大危险性认识不足；投入大量人力时间构筑难度大的5密闭封闭采空区时，未能提供当时力所能及的安全措施；地面救灾指挥薄弱，对监控系统数据未能及时沟通、反应、决策。因此，在正头（230）于19-37-12302时，未能引起警觉而采取撤人措施，21-56发生爆炸。违反《规范》

“5.2.3封闭火区时……做到边检测、边通风、边密闭；5.2.4密闭过程中必须严格掌握火区气体的爆炸危险趋向，采取正确的通风措施。”的规定；对245“封闭火区时，……指定专人检查瓦斯、氧气、一氧化碳、煤尘及其他有害气体和风向、风量的变化，还必须采取防止瓦斯煤尘爆炸和人员中毒的安全措施”的规定执行不到位。2）“4.1”事故救灾存在问题与教训：（1）“3.29”事故发生后，违反决定，擅自派人下井冒险处理灾区，又造成17人死亡的重大事故。（2）对5.2.4密闭过程中必须严格掌握火区气体的爆炸危险趋向”，245“封闭火区时，……指定专人检查瓦斯、氧气、一氧化碳、煤尘及其他有害气体和风向、风量的变化，还必须采取防止瓦斯煤尘爆炸和人员中毒的安全措施”等规定执行不到位。“3.29”事故已对4.1附近区域人员造成伤亡，但仍对该区域危险性认识不足，31日新设的O2、CH4、CO传感器布置离爆源点的位置，难以反映4.1爆源点状态变化和爆炸危险性。（3）在28、29采空区三次，29的自燃诱发爆炸事故，“4.1”

前的一个多小时，发现-315m以里150m浓烟，能见度5m以下的情况下，不全部撤人，21下井风障减风，未发生爆炸也实属十分冒险。（4）深刻的教训，面对短短几天内连续发生的多起越来越严重的隐患和事故，面对“4.1”事故发生前出现的井下越来越严重的灾情，采空区自燃封闭引起爆炸的小概率事件已成为大概率事件。

立足于不顾客观可能的冒险来保护矿井的主观动机很可能导致生命和矿井双输的客观后果。。（三）教训和建议：1.自燃防治：1）理念的转换

（1）采空区、巷道高冒区自燃处置危险，次生爆炸灾害严重，因此必须树立“不能让采空区着火”的预防为主的理念；（突出、不能短兵相接）（2）确定三个时间节点：

A采用预防性防灭火措施;B进行自燃火区封闭;C人员撤退（范围）。

煤炭自燃过程（3）在特殊情况下必须有更严格的安全技术管理多种客观不利条件+各种主观努力不足（时空叠加——重大事故。客观：自燃、急倾斜煤层（煤柱隔离）水采（通风）等多种客观不利条件叠加，增大了自燃危险和爆炸隐患。主观：水采合理通风，行之有效的综合预防自然发火措施，实施效果严格检查；2）注意自燃防治薄弱环节（1）提高采空区自燃预警能力人工每班检测+监控系统连续监测+（束管）定期取样检测确定本矿条件的自燃预警指标气体、浓度及其变化趋势自燃预警限——排除风量和环境因素对气体浓度的影响。自燃预警限的误区。（2）强调自燃防治措施的预防性实施，重视与生产工作面采空区相连的已采区段采空区的密闭维护和持续监测预警；

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容易自燃、自燃煤，须对采空区等采取预防性灌浆或全部充填、喷洒阻化剂、注阻化泥浆、注凝胶、注惰性气体、均压等措施；法规是否执行到位的考察。

24ppm自燃限无N健康限N24ppm自燃限无Y健康限Y24ppm自燃限无Y健康限Y（3）对生产工作面采空区特别是自燃隐患严重的采空区必须强化综合预防自然发火措施，并加强对其实施效果的检查。（4）采煤工作面收作后必须立即封闭，并以安全可靠的原则，确定采空区密闭的位置、数量，提高密闭施工质量，改善封闭效果，加强已封闭采空区自燃状况的长期检查。（四）、中美重大灾害事故救灾的理念（救护人员救灾安全与灾区待救人员安全的矛盾）美方：强调在首先保障救援人员的安全前提下，开展救援。由于要由地面打钻孔测定灾区气体，了解灾区危险性，使救援时间大大滞后，致使救出的人员极少，也会引起对救护队伍在挽救生命中所起作用的置疑。我国煤矿救援理念上，也逐步强调保障救援人员的安全，其程度较美方弱，但冒一定的危险救出的人员相对较多。保障救援人员安全，既是防止次生事故的必须，但影响遇险人员的抢救，而成为双刃剑。根据我国国情（瓦斯爆炸、火灾远较美国多），强调保障救援人员的安全，综合我国和美国应急救援的理念。美方专家对中国煤矿救护队的人员总量、专业救护大中小队数量及配备人数、大中队的建筑、配备的装备、器材产生了深刻印象。美国仅在三个地区有六支专业救护队，对其余各矿建立的矿工兼职救护队提供指导，并在火灾、爆炸等严重灾害、有人员遇险待营救时出动。当然、这与美国发生特别重大的火灾、爆炸灾害极少有重要关系，但也与救护人员在火灾爆炸灾害条件下救出人员比例太小有关。第二章

煤矿重大灾害救灾一、“应急救援”的内涵应急－提高应对突发事件的能力；救援－提高应对煤矿灾害的救灾能力。在原发性灾害、突发事件发生的第一时间的应对能力：

1）有限时间从有限信息——判定事故性质、影响范围和程度、可能诱发的灾害；

2）提出和实施防范措施（两害相权取其轻）

3）随时酌情调整和应对情况变化继续监测、分析和应对，加强电话联系能力(理念：安全技术管理措施的正负面影响

“两害相权取其轻”的辩证决策观)河南陕县水灾河南平顶山瓦斯突出陕西铜川陈家山瓦斯爆炸河北冀中张家口宣东煤矿火灾爆炸救灾恢复矿井通风系统，了解爆炸有无火情，恢复矿井通风系统的安全性分析窒息环境与爆炸环境二、应急救援预案和事故预防和处理计划由于我国各行业、特别是煤矿重大事故频发，在事故应急决策和救援中，面对着比西方发达国家更为复杂、危险和严重的局面。

煤矿重大事故应急救援具有时间紧迫性、决策依据信息模糊性、灾变状态动态复杂性的特点，因此，应急救援决策与救灾比面对正常生产状态的事故防治更为复杂而艰巨，需要更强的技术装备支持。成功的煤矿重大事故应急救援不仅可以减少原发性灾害的损失，防止或减小继发性灾害的发生，且在制定有针对性的应急救援预案时，也可以发现并弥补重大事故防治方案中存在的漏洞，完善重大事故防治体系。

我国绝大多数矿井虽然制定了矿井应急救援预案和灾害预防处理计划，但都存在针对性不强、内容不具体、不具备可操作性的缺点。无法对重大事故应急救援决策提供技术支持和参考。

灾害应急救援预案未能考虑应急救援演练，事故预防处理计划未能考虑火灾与爆炸等重大灾害相互转化以及瓦斯异常涌出等突发事件的防治。制定具体、可操作性强的应急救援预案，可以提前以充裕的时间分析对比各种救灾方案的可靠性和可操作性，可以通过安全教育培训使职工实施救灾、自救、控风、撤人等各项措施，从而，有助于救灾决策的实施。否则，事故发生后，开关风门等救灾控风措施将无人实施。灾害应急救援预案和事故预防处理计划的三大作用：（1）提高事故防治水平；（2）减少原发性灾害的损失；（3）减少或避免继发性灾害的损失。重大事故的应急响应的三阶段：（1）事故发生的第一时间（几十分钟）（2）事故发生后的1～2天（3）领导和专家到达现场后

大部分煤炭企业负责人和安全管理人员缺乏特别重大事故应急救援技术和经验，需提高应急救援相关管理、技术和经验水平。重大灾害破坏效应及其影响的动态模拟距100号节点800米发生火灾5分钟到达抽排泵站11分钟到达

潘三西二运输巷火灾控风前烟流迅速威胁到抽排泵站、1782（1）工作面、采区下部变电所和1481（3）工作面等工作地点。打开风门潘三西二运输巷火灾控风后

烟流直接进入回风巷道，不再威胁工作地点，为人员的撤退及继发性灾害控制提供支持。

用MFIRE软件对火灾、爆炸、突出等事故进行动态模拟，定量分析灾害威胁范围及可能的继发性灾害，为灾害预防与处理计划及救灾决策提供技术支持，发挥控制原发性灾害、避免继发性灾害的作用。2004－2009，是1960年以来我国死亡百人煤矿特别重大事故的高发期1、2004.10.206郑州大平矿难死亡148人（突出引起进风区瓦斯爆炸）；2、2004.11.284

铜川陈家山矿难死亡166人（下隅角强制放顶瓦斯爆炸）；3、2005.2.141阜新孙家湾矿难死亡214人（冲击地压引起原低瓦斯风道瓦斯爆炸）；4、2005.8.7梅州大兴水灾死亡121人5、2005.11.273

七台河东风矿瓦斯爆炸死亡171人（煤仓放炮引起煤尘爆炸）；6、2005.12.7唐山刘官屯矿瓦斯爆炸死亡108人。（低瓦斯乡镇矿井）；

7、2007.8.17山东新汶华源矿水灾

2

死亡181人(定性为自然灾害)。

8、2007.12.5山西洪洞瑞之源煤矿瓦斯爆炸瓦斯爆炸死亡105人。（低瓦斯乡镇矿井）

9、2009.11.21黑龙江鹤岗新兴煤矿瓦斯爆炸（突出逆流引起卸煤仓进风区域瓦斯爆炸）死亡108人。上述特别重大事故，显示一个共同规律：煤矿低瓦斯“安全“区域存在重大隐患的危险区域特别重大事故突发事件原发性灾害安全区域人们更容易违章应对煤矿突发事件存在薄弱环节（未能及时发现、正确分析及及时应对）（状态动态变化）因此，需要适应煤矿高度集中化生产的发展趋势，为其提供高可靠性安全保障，高可靠性安全保障不仅包括人们熟知的原发性灾害的防治，含高瓦斯区域的重点防治，而且包括人们容易忽视的“安全”区域转化为“危险”区域的动态致灾可能性的预警和防治，以及原发性灾害转变为更大的继发性灾害的预防和防治。三、正确分析突发事件即灾变信息注意气样浓度反映灾情的局限性在分析灾区状态变化时，必须注意有害气体浓度是一种受风量影响十分大的参数。注意较普遍存在的灾害预警误区：瓦斯浓度——能直接判断灾区的瓦斯爆炸危险性，因为瓦斯爆炸危险性直接与瓦斯浓度相关；一氧化碳浓度——不能直接判断火区的燃烧状态，必须加上风量，才能了解火区生成量，因为浓度会被风流稀释以上隅角为例，上隅角采空区的瓦斯浓度与上隅角附近回风风流中瓦斯，一氧化碳浓度相差可达100倍以上。风量为2000M3/Min回风流中的20ppm的一氧化碳浓度往往使人容易忽视，实际上，它与采空区漏风量为20M3/Min的漏风风流中的2000ppm的一氧化碳浓度同样严重。

20M3/Min2000ppm2000M3/Min20ppm四、正负压通风对自燃严重（或漏风大）矿井的影响负压通风→回风道CO浓度高、易发现正压通风→不易发现、易造成突发性火灾均压通风、进风区安全性、上隅角回风巷co浓度、取样位置案例黑龙江省鹤岗市富华煤矿通风系统示意图五、氧气浓度低对气体浓度测定准确性的影响：氧气浓度太低，便携式电子(光学）检测仪表误差大，氧气浓度需大于17％。救灾失误案例贝勒煤矿“8.21”火灾（瓦斯爆炸）事故处理经过

2006年8月21日2时27分，贵州贝勒煤矿1501首采面发生火灾。

23日救护队在准备建挡水墙待料时，突然发生爆炸，造成8名救护队员牺牲，2名指战员受重伤和1名指挥员受轻伤的事故。

(1)、事故矿井概况该矿设计能力15万吨/年。矿井采用斜井开拓，分区通风。西风井安设BDK54-6-NO19轴流风机2台；东风井安设BDK54-6-NO17风机2台，矿井安设安全监测监控系统一套，设有高低负压瓦斯抽放系统一套。

1501回风巷与西风井下山口交岔点以西2m处瓦斯浓度为15％、一氧化碳浓度为0.012％、温度为32℃、氧气浓度为18.5％、二氧化碳浓度为0.26％；往西100m处瓦斯浓度为40％、一氧化碳浓度为0.21％、温度为48℃、氧气浓度为13.1％、二氧化碳浓度为0.3％；往西180m处瓦斯浓度为41％、一氧化碳浓度为0.32％、温度为62℃、氧气浓度为4.9％、二氧化碳浓度为1.2％；由于温度太高无法继续往前侦查；

1501机巷低洼处瓦斯浓度为13.2％、二氧化碳浓度为0.2％，水已开始往外流。

六、矿井反风注意事项矿井反风注意事项遵守《煤矿安全规程》规定。反风演习应注意井下各区域的供风量变化、瓦斯浓度以及对火区和采空区气体的影响。注意反风后影响区域人员的通讯联系和撤退。平常对井下人员进行反风知识的教育。反风-撤人-侦察-直接灭火的正确顺序。七、高温、高压对瓦斯爆炸限的影响美国矿业局两个高温高压瓦斯对爆炸影响计算公式相近似，即（1）式中：P为煤层气压力，atm；L上为1个大气压（0.1Mpa）时的爆炸上限。（2）式中：P为煤层气压力，MPa。以上两式计算结果与其他计算结果或表列数据比较，属于确定值较高一类，即安全系数较大一类。基于美国矿业局所作大量实验验证，并从安全性考虑，以美国矿业局计算公式为依据。取进气压力为1MPa，代入式（1）温度影响校正：设进气温度200℃1+0.000721×（200-25）=1.126.因此。

八、瓦斯爆炸的重要参数1。瓦斯爆炸的能量

来源于瓦斯与氧的燃烧反应，瓦斯爆炸的化学反应过程

CH4+2O2=CO2+2H20+882.6KJ/mol

在氧气不足的情况下：

CH4+O2=CO+H2+H20瓦斯完全燃烧放出的热是882.6/16=55MJ/kg，普通炸药的爆炸热为5MJ/kg;但是，瓦斯和炸药的能量密度却差别很大。典型梯恩梯炸药的密度为1600kg/m3，能量密度为1600*5=8000(MJ/m3)。浓度为9.51%的瓦斯空气混合气体，瓦斯密度为0.68kg/m3，能量密度为0.68*55=37.4(MJ/m3)，只有炸药的0.5%;1M3瓦斯爆炸相当于7.5kg炸药爆炸放出的热量。对于井下巷道半封闭系统，能量释放率一般可达50％－70%。

2。爆炸源能量释放速率燃烧速度是可燃气体燃烧锋面向未燃区域扩展的速度，可以衡量爆炸能量释放的速率。瓦斯空气混合气体的层流燃烧速度约为0.5m/s，发生在井下的爆炸绝大多数属于爆燃，据已有的实验测定结果燃烧速度不超过150m/s。爆炸火焰传播的速度是相对于某固定位置火焰锋面的速度，实验中比较容易测量，也常用来表征爆炸反应的快慢。典型梯恩梯炸药的爆轰速度为6900m/s，而实验获得的井下瓦斯爆炸最大火焰传播速度为1500m/s，通常的值都在100m/s－400m/s之间。由此可见，瓦斯爆炸能量的释放速率比炸药爆炸要小的多。

3、爆炸产生冲击波的压力静压和冲击动压。静压在所有方向上的作用力相等，由高温气体膨胀和沿巷道流动产生，并推动冲击波面的前进。动压是冲击波作用使波面经过的局部区域空气高速流动产生的，具有方向性。静压主要会破坏联络巷道的密闭或风门，动压摧毁巷道的障碍物并在巷道转弯造成强烈的破坏。爆炸产生的最大静压就是实验室中使用封闭球体测定的定容爆炸压力，10.1%的瓦斯空气混合气体测定得到的定容爆炸压力大约为7－8atm。1952年在美国一个废弃矿井进行了两次瓦斯浓度9.5％、积聚区域300m的大型爆炸实验，爆炸测得峰值压力10atm，火焰传播速度接近1000m/s。其它实验矿井进行的9.5％瓦斯36m3、58m3实验，获得了2.24atm、3.6atm的压力，火焰传播的最大距离约为初始距离的5倍。在重庆分院实验巷道进行的爆炸实验，瓦斯浓度8.6％，体积50m3，测得的最大压力约为0.65atm；浓度9.5%，体积100m3，测得的最大压力1.8atm；200m3，9.5%的瓦斯测得的最大压力为4.5atm。爆炸产生的动压使用来计算，其中v为爆炸波的速度。4.瓦斯爆炸产生的有害气体不同浓度的瓦斯空气混合物爆炸产生的有害气体浓度不同，下表2给出了三种浓度下瓦斯爆炸产生的气体成分。由表可见，混合气体中瓦斯浓度超过当量比浓度（约9.5%）时，生成气体中一氧化碳的量大幅度增加。需要注意的是，瓦斯爆炸灾害调查时由于各种因素的影响，很难获得灾后气体的样本，且煤尘的参与等也会显著改变灾后气体的成分。

瓦斯浓度％爆炸后的气体组份％COCO2H2CH4O2N2Ar809.200.033.886.01.090.510.70.30.20.586.81.0128.05.98.50.40.575.80.9九、树立正确的救灾决策理念:

两害相权取其轻-----(辩证分析)河南陕县水灾河北金牛张家口宣东煤矿火灾爆炸救灾恢复矿井通风系统，了解爆炸有无火情，恢复矿井通风系统的安全性分析窒息环境与爆炸环境陕西铜川陈家山瓦斯爆炸第三章、矿井火灾防治与救灾为什么火灾救灾难度和危险性最大？为什么有的火灾诱发爆炸，有的却不会？为什么下山火灾风流流向反复变化？如何分析所取气样可靠性？如何注意直接灭火的安全保障？分析火灾隐患时如何排除环境影响？如何判断火源位置？如何分析封闭火区燃烧状态？为什么掌握计算机风流模拟技术比定性分析方法还简单？如何进行有效的火灾现场勘察分析？一、矿井火灾领域的十大疑问矿井火灾隐患侦知供氧—风流状态—风压分布和漏风火源—电气、自燃、摩擦、撞击、爆破等燃料—煤、木材、塑料（了解其燃烧特性）监察火灾隐患—预警---靠风流气体成分的分析矿井火灾防治的技术支持火灾事故防治措施检查各易着火区火灾怎么办？火灾预防处理计划正确性和可操作性—技术保障 反风、短路、控风、撤退路线及措施实施顺序。火灾及时报警保障（监测、技术）直接灭火的器材、供水、人员组织控风设施的完好—风门、风机矿井火灾救灾火灾风流紊乱现象—

风流模拟及控制直接灭火的相关技术—灭火的有效性和安全性火区封闭与开启技术火区燃烧状态的逻辑推理火灾事故的调查----事故现场勘察分析火灾现场不同部位的燃烧状态和痕迹推测火源点、可燃物和原因推测火灾形成基本过程（发生、蔓延、传播、破坏、熄灭）二、火灾防治技术、

1.燃烧的基本概念*燃烧的特征(p9)放热、发光和生成新物质。电灯：钨丝放热、发光，但未生成新物质。金属生锈，动物呼吸：放热、生成新物质，但无发光现象。所以，以上两种现象均非燃烧。*燃烧的条件(p9)燃烧三角形氧气链式反应可燃物热源燃烧四面体氧气可燃物热源*燃烧的形式(p10)扩散燃烧（气体可燃物燃烧）可燃气体从管道孔口，或巷道流出，在与空气的交界面燃烧。分解燃烧（固体和部分液体燃料燃烧）可燃物遇热分解－其产物氧化反应－火焰燃烧矿井火灾时期，着火带中燃烧带燃烧。表面燃烧（固体燃料燃烧的后期）固体燃料热分解后，剩余的焦炭与空气的接触表面燃烧。固体燃料呈红热表面，但没有火焰。矿井火灾时期，着火带中的焦化带燃烧。*预混燃烧（气体可燃物燃烧）可燃气体与空气预先充分混合的燃烧。燃烧在混合气体分布空间快速蔓延，在一定条件下会转变为爆炸。矿井火灾引起的爆炸事故往往由预混燃烧引起。有时因分解燃烧生成大量富余可燃挥发性气体，与空气混合形成预混气体，在一定条件下点燃而发生预混燃烧。在上述四燃烧形式中，预混燃烧范围最大。

*燃烧源高温

*高温有毒烟流（中毒、爆炸）

*风流紊乱、逆转加剧上述危害火灾的特点特性危害*高温烟流的长期、大范围影响—火灾

*高温高压烟流的瞬间大范围影响—爆炸

*高压气-固流的瞬间局部范围影响—突出

*高压液-固流瞬间局部范围影响—水灾

*地压作用下固体的瞬间局部影响—顶板灾害2.*火灾的特点及治理难点(p2)沼气的燃烧和爆炸特性沼气的燃烧和爆炸限（着火）均为5～16％，燃烧－－爆炸（可燃气体的集聚量）

含沼气5％以下的空气:

进入正燃烧的火源仍可以燃烧，但不会在该类大气中蔓延。安全灯的原理

含沼气16％以上的气体:

在与空气的接触面上燃烧3.煤的自燃特征的描述（1）、煤自燃倾向性（内因）

煤的自燃倾向性是反映煤自然发火危险性自身特征的首要指标，它表征了煤层开采之前自然发火的可能程度，反映了煤自身的物理化学性质与其自然发火特性之间的关联性。

煤的自燃倾向性的影响因素煤化程度、煤中水份、煤岩成份煤的含硫量、煤的孔隙度与脆性（3）煤层最短自然发火期（内因＋外因）有自燃倾向性煤层揭露后，要经一定的时间才会自然发火。这一时间间隔叫做煤层自然发火期，是煤层自燃危险在时间上的量度。自然发火期愈短煤层,其自燃危险性愈大。从理论上讲，煤层的自然发火期定义为：从发火地点的煤层被揭露(或与空气接触)之日起到发火所经历的时间。煤层最短自然发火期是指在最有利于煤自热发展的条件下，煤炭自燃需要经过的时间。（以月计）

发展迅猛

—

比内因火灾更迅速的预警、救灾持续时间长—

较纯爆炸、突出等更危险长期、大范围风流紊乱—

控风技术应用有效、但难度大技术推广的难点—

外因火灾几率小，控风设施日常维修、购置费用大外因火灾治理难点和控风有效性在救灾过程中发现的难以解释的实践问题：为什么低瓦斯区域火灾会引起瓦斯爆炸；为什么鸡西矿业集团公司一条巷道两端是煤巷，中间60米是岩巷、无可燃物的情况下，火从左端煤巷蔓延至右端煤巷；解释了为什么一个火区会出现多个火源的现象。4.矿井外因火灾燃烧特性4.1*富燃料燃烧和富氧燃烧(p14)

*高温(1000℃)、大量高温气体流向下风侧

*形成再生火源（跳蛙现象）

*产生爆炸隐患

*引起风流紊乱(逆转、形成爆炸预混气体)4.2富燃料火灾的危险、燃烧条件及控制控制富燃料火灾条件危险液体燃料、量大、供氧不足（停、减风，巷塌）、空气预热温度高、断面小*减少火势：及时灭火、下风侧洒水*一般不能停风、减风，特别是忽然停、减风*条件许可时注惰气4.3

为什么富燃料燃烧引起再生火源和爆炸?下列情况直接灭火时，能否减少风速？5.矿井火灾预警0.01～0.12%0.02～2.6%17～20%0.1～0.5%3~5%15~18%少量H2少量H2COCOCO2CO2O2O2煤木材5.1矿井火灾燃烧生成产物富氧燃烧富燃料燃烧较少出现2～5%5～8%18~20%2%H2COCO2O2煤木材

*火风压--节流作用和上浮作用（定义）

*低、微风的火源--烟流逆向蔓延

*火源的顺风蔓延：井下风速下，火源蔓延速度与风速成正比5.2煤吸附氧气的能力—启封火区复燃*煤→常温吸附氧

*封闭火区→大气和煤堆内氧浓度→阴燃现象5.3矿井火灾燃烧蔓延特征1500100IDLH（立即威胁生命）40025STEL（短期）505TLV（8小时无危害）COppmHCl

ppm5.4*输送机胶带燃烧特性及产物-特殊危险性(p57)传感器选择（p60）燃烧三阶段煤升温出现冒烟燃烧煤与胶带混合燃烧阶段煤明火燃烧初期阶段必须及时报警*危险性大燃烧初期，HCl比CO更早出现HCl比CO的毒性大10倍以上胶带火灾常发生在进风区5.5CO的毒性

1).特性：CO＋血红蛋白－－－碳氧血红蛋白

结合易－－比与o2容易240倍分解慢－－在大气中减少50%需4h

在高压氧仓减少50%需30~40Min

2).危害：引起肺部感染－－呕吐物进入支气管、肺部注意：co中毒宜侧放，引起严重脑缺氧－－脑水肿（2~4h）6.*火灾风流紊乱现象(p30)

不可压缩风流与稳定风流（p29）风流逆转浮力＋节流>机械风压，巷道全断面风流反向风流逆退浮力＋节流→巷道纵横断面温度和压力差。新风顺风向从巷底流入，热烟流沿巷顶流出。风流滚退由节流、温度和压力差引起浮力作用方向朝上；节流作用与风流流向相反，一般情况下，节流作用比浮力作用小得多。浮力作用节流作用机械风压上山浮力作用节流作用机械风压下山（1）风向浮力作用节流作用机械风压下山（2）风向*上、下山火灾风流逆转情况不同(p33)上山火灾—风向一般不变下山中小火灾—风流逆转后风向变化频繁火势大的下山火灾—风流逆转后风向较稳定火源位置对下山风流方向影响7.直接灭火的实用技术7.1CO对灭火人员身体状况的影响*防止烟流滚退的最小风速(p110)巷道高度（m)最小风速（m/s)倾角（0°）倾角（5.7°）倾角（11.3°）1.21.01.221.521.81.231.471.832.41.431.702.133.01.601.902.397.2防止烟流滚退风帘遮挡巷道下半部—提高风速巷道左右侧同时喷水反光镜的应用自关风门7.3*火源下风侧洒水的控风保护(p108)注意打开联络巷和设置风幛的顺序（例1）联络巷处于危险漏风状态（例2）下巷着火在上巷火源下风侧设置风幛隔墙开缺口存在的负面影响顶板垮塌的影响（例3）倾斜上山着火（例4：倾角5.7）上山着火对风流状态的影响倾斜下山着火（例5：倾角5.7

）直接灭火人员的撤退路线保护A－具有安全避灾路线；B－不具有安全避灾路线；C-灭火人员避灾路线被截断；D－保护避灾路线的控风措施。7.4氧气浓度低对气体浓度测定准确性的影响：氧气浓度太低，便携式电子(光学）检测仪表误差大，氧气浓度需大于17％。用水直接灭火

*水流方向(p102)水与风流应在同一方向流动。避免巷道垮塌破坏水管或高温破坏橡胶垫圈，引起漏水。管路系统供水管道应由进风井进入，消防栓接头盖应用塑料。应采用能清楚显示开关状况的阀门。供水量应充足高倍泡沫灭火适宜于距采煤工作面或未封闭采空区较远的巷道着火。不适宜于倾角大于11.3°下山或大于5.7°上山火灾。不适用于熄灭煤体深部火灾和巷道死头。进入成泡机的风流不含烟流或是只含少量烟流，因烟流妨碍泡沫形成。发泡作业一旦开始，不能间歇作业若必须暂停发泡作业，应停止供水，并保持通风机运行，稀释并带走可燃气体。如何判断泡沫流动走向和灭火效果应注意分析泡沫旁路而不能流入着火带泡沫是否有足够含水量故须监测分析回风巷及泡沫灭火机附近大气状况。泡沫栓前进的两个信号泡沫机隔墙两端压差逐渐增高。回风巷可燃气体浓度增加。泡沫栓旁侧流失或过着火带压差停止增高。可燃气体浓度停止增高。如何判断泡沫栓旁侧流失或过着火带呢？若泡沫栓过着火带呢泡沫栓暂停延长，压差稳定一段时间后，又继续增加，若泡沫含水充足，回风巷水蒸气和湿度增加。否则，泡沫栓旁路，从旁侧巷道流失。若回风巷可燃物浓度增加一段时间又开始降低说明火势得到抑制。

高倍泡沫灭火的缺点：泡沫栓难以充填整个巷道断面，巷道顶部火灾不易扑灭。泡沫栓难以通过垮塌严重区域。泡沫栓阻塞进风，在打了隔墙情况下，可能形成富燃料燃烧。或瓦斯积聚，并被推向着火带。在火源上风侧瓦斯浓度大或有旁侧巷道进风时，必须考虑瓦斯爆炸的危险。下山火灾注泡沫，因火风压上浮作用，可能阻止泡沫下流。8.火区状态分析(火区封闭顺序（p129））8.1火区内瓦斯爆炸性变化趋势分析(注惰气等防治措施的效果）O2浓度（%）211612

50t1t2t3t(h)CH4O20～t3O2浓度在爆炸限t1～t2CH4浓度在爆炸限0t1t2(t3)

t(h)0～t3O2浓度在爆炸限t1～t2CH4浓度在爆炸限O2浓度（%）211612

5CH4O20

t1t3t2t(h)O2浓度（%）211612

5CH4O20～t3O2浓度在爆炸限t1～t2CH4浓度在爆炸限0

t1t3t2t(h)O2浓度（%）211612

5CH4O20～t3O2浓度在爆炸限t1～t2CH4浓度在爆炸限0

t1t3t2t(h)O2浓度（%）211612

5CH4O20～t3O2浓度在爆炸限t1～t2CH4浓度在爆炸限0

t1t3t2t(h)O2浓度（%）211612

5CH4O20～t3O2浓度在爆炸限t1～t2CH4浓度在爆炸限0

t1t3t2t(h)O2浓度（%）211612

5CH4O20～t3O2浓度在爆炸限t1～t2CH4浓度在爆炸限0

t3t1t2t(h)O2浓度（%）211612

5CH4O20～t3O2浓度在爆炸限t1～t2CH4浓度在爆炸限结论1.注惰气、阻漏风等措施，不仅有助于灭火，而且有助于避免形成爆炸性大气—使O2曲线变陡，CH4曲线变缓，两危险时间段不重叠。2.火区漏风—矛盾影响

利—冲淡瓦斯、延缓瓦斯浓度增加，瓦斯曲线变缓。

弊—渗入空气，延缓氧浓度下降，氧气曲线变缓

利弊分析：O2相对密度1.1，CH4相对密度0.55

漏风易与火区大气混合，较难与火区内瓦斯层混合。所以应注意火区内瓦斯分布的不均匀性，局部积聚瓦斯层，流经火源，易发生爆炸。3.在火区内存在多个火源点情况下，局部积聚瓦斯层流经火源概率增大，更易发生爆炸。4.为什么近年来，封闭火区易发生瓦斯爆炸？

①开采强度增加，瓦斯涌出量增大，瓦斯曲线变陡，其危险区易落在O2危险区内，而易形成爆炸性大气。

②沿空留巷及放顶煤开采等采煤方法，使漏风增加，氧气曲线变缓，增加O2危险范围。8.2确定所取气样是否可靠？特里克特比率Tr〉1.6，气样不可靠燃烧类型判别Tr<0.4无燃烧或已熄灭0.4<Tr<0.5甲烷燃烧0.5<Tr<1.0煤、油类、胶带、塑料等0.9<Tr<1.6木材爆炸类别判断Tr＝0.5左右，瓦斯爆炸Tr＝0.87，煤尘爆炸Tr＝0.5～0.87，瓦斯与煤尘爆炸8.3爆炸三角形计算法Y(轴值)＝CH4(%)＋0.4＊CO(%)＋1.25H2(%)（以CH4为基准的等效可燃气体总体积浓度）X(轴值)＝富余N2（%）＋1.5CO2（%）(以富余N2为基准的等效惰性气体总体积浓度)富余N2(%)＝N2（%）—O2(%)＊(79.04/20.93)应用实例：一井下气体试样：CH4

8%，CO

5%，H2

3%，O2

6%和N2

68%，CO2

10%，PT=8%＋5%＋3%＝16%，确定混合气体组分点Y（轴值）＝8＋0.4＊5＋1.25＊3＝13.75（%）X（轴值）＝45.3＋1.5＊10=60.3（%）根据R=8%/16%=0.5,在图中确定爆炸三角形根据（X、Y）值确定混合气体组分点。看是否在爆炸三角形外，若是无爆炸性。简便算法：用最小助燃氧浓度确定爆炸性最小助燃氧浓度，MO2=5.0＋7R本例MO2=5.0＋7＊0.5=8.5%〉6%所以无爆炸性。注意，若混合气体O2浓度〉MO2.应作上述计算。最小助燃氧浓度与R的关系8.4不同燃料燃烧的标志气体SO2CH4煤、油类HCL胶管输送机胶带甲醛HCHO，甲酸H2CO2乙酸(醋酸)CH3COOH未经处理的木材*火区启封的规定：《安全规程》230条“方可认为”；《执行说明》“方可认定”(p141)CO2↑燃烧（火势增强），酸性水与酸性盐反应，缓慢氧化（吸收反应），煤岩自然涌出CO2↓火势减弱，溶于酸性水（风速大、碱性大），为炭黑、焦炭吸附CO↑燃烧（火势增强）、缓慢氧化CO↓火势减弱，木材为真菌分解，湿煤吸收，为炭黑、焦炭吸附H2↑燃烧，水煤气反应，湿木材为真菌式厌氧类细菌分解C2H4↓C3H6↓燃烧，气样操作失误O2↑煤层原吸附氧气（使一些煤层本身含较多氧气）O2↓燃烧，缓慢氧化，煤或木材吸收或吸附O28.5*井下环境对所取气样成分的影响很大(p54)8.6如何正确分析火区状态：煤类火灾气体产生顺序：CO→H2→C2H4(乙烯)→C3H6(丙烯)→C2H2(乙炔)火区状态的逻辑分析法:排除非火灾因素影响量化分析前提—气样中各气体的变化速率（气体百分比浓度）—即下图曲线斜率：式中：x’、x”—分析期间时间初、末值

r’、r”—对应于时间x’、x”的气体百分浓度8.7、矿井火灾标志性气体的选择：

CO、H2、C2H4(乙烯)、C3H6(丙烯)、C2H2(乙炔)、CH4C2H6(乙烷）C3H8（丙烷）等；各具有优缺点，

CO产生：燃烧＋环境，但产生早，便于预警。*火区启封的规定：《安全规程》230条“方可认为”；《执行说明》“方可认定”(p141)CO2↑燃烧（火势增强），酸性水与酸性盐反应，缓慢氧化（吸收反应），煤岩自然涌出

CO2↓火势减弱，溶于酸性水（风速大、碱性大），为炭黑、焦炭吸附CO↑燃烧（火势增强）、缓慢氧化CO↓火势减弱，木材为真菌分解，湿煤吸收，为炭黑、焦炭吸附H2↑燃烧，水煤气反应，湿木材为真菌式厌氧类细菌分解C2H4↓C3H6↓燃烧，气样操作失误O2↑煤层原吸附氧气（使一些煤层本身含较多氧气）O2↓燃烧，缓慢氧化，煤或木材吸收或吸附O2

井下环境对所取气样成分的影响很大1、煤类火灾气体产生顺序：（1）烯烃和炔烃类气体tCO→H2→C2H4(乙烯)→C3H6(丙烯)→C2H2(乙炔)

60.00050000120.0265.001000

190.65.012.004.00302501.95.008.01.0040

(2)不同温度烷烃类气体浓度和相对比例的关系.2、煤自燃熄灭程度的标志性气体：（1）、一氧化碳、乙烯（C2H4）、丙烯（C3H6）、乙炔(C2H2)浓度下降；（2）、煤温较高（150以上）乙炔趋于消失；煤温下降（90以上）乙烯、丙烯趋于消失；上述气体浓度下降呈线性变化性质，变化速率较高（3）、CO浓度下降呈指数变化性质，将保持较长时间才绝迹

3、减少单一co浓度值判断火区状态的误差浓度差值法—排除环境因素影响

CO