第二章-矿井火灾防治(改)

第二章矿井火灾防治

目录第一节基本概念和理论概述第二节开采技术预防自燃发火第三节通风措施防治自燃发火第四节介质法防灭自燃发火第五节矿井火灾处理

复习题

问题思考第一节基本概念和理论概述

主要内容一、矿井火灾发生的基本要素

二、矿并火灾的分类

三、煤炭自燃发火

四、矿井火灾的危害五、火风压六、矿井火灾防治的技术途径一、矿井火灾发生的基本要素热源可燃物空气二、矿并火灾的分类

根据不同燃烧物根据不同引火热源外因火灾内因火灾根据不同发火地点井筒火灾巷道火灾采煤工作面火灾煤柱火灾采空区火灾硐室火灾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煤炭自燃火灾三、煤炭自燃发火

1.煤的氧化自燃过程其过程如图图2-1-1所示。（1）潜伏期。（2）自热期。（3）自燃。图2-1-1煤自燃发展过程示意图

2．煤炭自燃的条件三、煤炭自燃发火

(1)煤炭具有自燃的倾向性，并呈破碎状态堆积存在而增大

(2)连续的通风供氧维持煤的氧化过程不断地发展

(3)煤氧化生成的热量能大量蓄积，难以及时散失3．煤的自燃发火期煤炭自燃发火要经过潜伏期、自热期和燃烧期三个阶段。具有自燃倾向性的煤层被揭露后，要经过一定的时间才会自燃发火。这一时间间隔叫做煤层的自燃发火期。

三、煤炭自燃发火

4．影响煤炭自燃发火的因素三、煤炭自燃发火

煤的自燃倾向性煤层的赋存地质条件煤的变质程度煤岩成分煤中硫和其他矿物质煤的孔隙率和脆性煤的水分煤中的瓦斯含量煤层越厚与倾角煤层埋藏深度地质构造围岩的性质（3）开拓系统（4）采煤方法（5）漏风条件（如图2-1-2）图2-1-2采空区散热、自燃、窒息三带分布示意图三、煤炭自燃发火

四、矿井火灾的危害人员伤亡矿井生产接续紧张污染环境巨大的经济损失五、火风压

图2-1-31、火风压的计算方法如图2-1-3所示。2、火风压的特性（l）产生于烟流流过的有高差的倾斜或垂直巷道中；（2）作用相当于在高温烟流风路上安设了辅助通风机；（3）作用方向总是向上。图2-1-4旁侧支路风流逆转图2-1-5主干风路烟流逆退3、风流的紊乱形式（1）旁侧支路风流逆转。如图2-1-4所示。（2）主干风路烟流逆退。如图2-1-5所示。

五、火风压（3）火烟滚退。如图2-1-6所示。图2-1-6火烟滚退示意图

五、火风压六、矿井火灾防治的技术途径（一）外因火灾防治的技术途径

一是防止火灾产生

二是防止已发生的火灾事故扩大1．预防外因火灾产生的措施六、矿井火灾防治的技术途径

(1)防止失控的高温热源产生和存在

(2)不得不用可燃材料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

(5)防止高温热源和火花与可燃物相互作用2．预防外因火灾蔓延的措施

六、矿井火灾防治的技术途径

①在适当的位置建造防火门

②地面和井下都必须设立消防材料库

③地面设置消防水池，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第二节开采技术预防自燃发火

主要内容一、井下易于自燃的区域二、开拓开采技术预防自燃发火的措施

一、井下易于自燃的区域采空区煤柱断层和地质构造附近巷道顶煤二、开拓开采技术预防自燃发火的措施开拓开采技术总要求提高回采率减少丢煤消除自燃的供氧条件将破碎煤体氧化自燃的时间限制自燃发火期以内合理确定开拓方式选择合理的采煤方法尽可能采用岩石巷道分层巷道垂直重叠布置分采分掘布置区段巷道推广无煤柱开采技术长壁式采煤对于防止自燃发火有利合理的顶板管理方法合理的回采工艺及其参数防止上、下采空区之间连通合理的开采顺序图2-2-1上下区段分采同掘l—工作面运输巷；3—联络巷2—下区段工作面回风巷；图2-2-2上下区段分采分掘1—工作面运输巷掘进头；2—下区段工作面回风巷掘进头二、开拓开采技术预防自燃发火的措施第三节堵漏措施防治自燃发火

主要内容一、选择合理的通风系统二、增阻减少漏风防灭火三、均压减少漏风防灭火一、选择合理的通风系统1）选择合理的矿井及采区通风系统。（见图2-3-1）图2-3-1通风的系统选择(a)—前进式；(b)—后退式图2-3-2U型通风系统

图2-3-3W型通风系统（2）实行分区通风。（3）选择合理的工作面通风系统。如采空区漏风较为严重工作面，工作面较短时可采用后退式U型通风系统(图2-3-2),工作面较长时可采用后退式W型通风系统(图2-3-3)。一、选择合理的通风系统图2-3-4二、增阻减少漏风防灭火

1、合理确定通风构筑物的位置例如，图2-3-4的巷道AB间煤柱内有裂隙ced，构成漏风通路。2、堵漏措施（1）沿空巷道挂帘布。（2）利用飞灰充填带隔绝有空区。（3）利用水砂充填带隔绝采空区。（4）喷涂空气泡沫防止漏风。（5）凝胶堵塞漏风。（1）风窗上风侧风流压能增加，下风侧风流压能降低；A点风流压能增加，B点风流压能降低，其增加和降低的幅度取决于风窗的阻力和该分支在网路中所处的地位；（2）因风量减小，风窗前后风路上的压力坡度线变缓。

图2-3-5调节风窗调压的原理（一）不同调压设施局部调压的原理1、调节风窗调压的原理如图2-3-5(a)所示，对比两者可见：三、均压减少漏风防灭火2、风机调压的原理图2-3-6风机调压的原理

三、均压减少漏风防灭火3、风窗-风机联合调压的原理（1）风窗——风机增压调节。所谓增压调节是指使两调压装置中间的风路上风流的压能增加。为此，风机安装在风窗的上风侧。图2-3-7(a)、（b）分别表示风量不变和风量减少时压力分布变化特点。（2）风窗——风机联合降压调节。做降压调节时，风窗安装在上风侧，风机安装在下风侧。调压前后压能变化规律可根据上图分析做类似分析。

图2-3-7风窗一风机联合增压调节三、均压减少漏风防灭火图2-3-8采空区并联漏风(二)均压防灭火的方法1、开区均压1）并联漏风的开区均压如图2-3-8。

三、均压减少漏风防灭火图2-3-9工作面下端挂设风帘后三带分布（1）当自燃高温火点处于如图2-1-2所示的自燃带Ⅱ中后部（靠近窒息带）时，则可用降低漏风压差（工作面通风阻力）的方法，减小漏风带宽度，使窒息带覆盖高温点。其措施有：①在工作面进风或回风中安设调节风窗，或稍稍启开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（如图2-3-9）。这种方法对于减少采空区的瓦斯涌出也是有利的。

三、均压减少漏风防灭火（2）高温点位于自燃带的前部（靠近散热带附近）时，采用减小风量的方法不能使其被窒息带覆盖时，一般也可采用在工作面下端挂风帘的方法来减小火源所在区域内的漏风，同时加快工作面的推进速度，使窒息带快速覆盖高温点。

（3）如果高温点位置不好判断时，可以在工作面进风或回风中安设调节风窗，或稍稍启开与工作面并联风路中的风门。

三、均压减少漏风防灭火2）角联漏风的调压采空区内除存在并联漏风外，还有部分漏风与其他风巷或工作面发生联系，这种漏风叫角联漏风。如图2-3-10（a）所示。图2-3-10采空区角联漏风三、均压减少漏风防灭火图2-3-10采空区复杂漏风3）复杂漏风图2-3-10为从不明区域漏入,消除这类漏风，抑制采空区遗煤自燃，通常的做法是在回风巷安设调节风门，提高工作面空气的绝对压力，为了不减少工作面的供风量，可在工作面进风巷安设风机。三、均压减少漏风防灭火

图2-3-11调压风窗对火区影响示意图

2、闭区均压1）风门、风窗调节法如图2-3-11，在并联网路中一个分支有火区存在，可以在如图2-3-11a所示的1-2分支上或如图2-3-11b所示的3-4分支上安设调压风窗来减少火区两侧的压差。三、均压减少漏风防灭火2）风筒风机调节法如图2-3-12所示图2-3-12风筒风机调节法示意图三、均压减少漏风防灭火3）调压气室均压（1）连通管调压气室。（图2-3-13示）图2-3-13连通管调压气室示意图1一调压管；2一辅助密闭；3一密闭；4一压差计三、均压减少漏风防灭火（2）风机调压气室。（图2-3-14）图2-3-14风机调压气室示意图1一风机；2一气室密闭；3一永久密闭；4一压差计

三、均压减少漏风防灭火第四节介质法防灭自燃发火

主要内容一、灌浆防灭火二、凝胶防灭火三、阻化剂防灭火四、惰气防灭火五、泡沫防灭火一、灌浆防灭火（一）灌浆防灭火的机理隔绝或减小煤与空气的接触和反应面减缓其氧化进程减少漏风（二）灌浆系统灌浆系统由制浆设备、输浆管道和灌浆钻孔三部分组成。1．浆液的制备（1）浆材必须满足下述基本要求：(1)不含或少含可燃和自燃物质；(2)不含催化物质；(3)粒度一般不大于2mm，而且细小颗粒应占大部分。粒度小于1mm的细小颗粒所占比例要达到75％；(4)易于加水制成泥浆；(6)收缩量尽可能小，含砂量也不超过30％。（2）浆液的制备工艺。一、灌浆防灭火2．浆液的输送（1）输浆压力与输浆倍线。静压输送时：加压输送时：（2-4-1）（2-4-2）倍线一般控制在3～8之间。一、灌浆防灭火（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），也叫不淤流速。在这个流速下输送浆液，既能保证不淤积、不堵管，而且消耗的能量又最小。因此，临界流速是一重要参数。与临界流速对应的管径叫临界管径dc，两者的关系为：

（2-4-3）

（3）灌浆钻孔一、灌浆防灭火（三）灌浆防火方法1、采前预灌2、随采随灌（1）钻孔灌浆。如图2-4-2所示图2-4-2钻孔灌浆示意图1—底板消火道；2—回风道；3—钻孔；4—工作面进风巷一、灌浆防灭火（2）小巷钻孔灌浆。如图2-4-3所示。

图2-4-3小巷道钻孔灌浆示意图1—底板消火道；2—钻窝巷道；3—钻孔；4—回风道；5—工作面进风巷一、灌浆防灭火（3）埋管灌浆。（4）洒浆。(5)综采工作面插管灌浆。（见图2-4-4）图2-4-4综放面插管灌浆一、灌浆防灭火3、采后灌浆（四）预防性灌浆注意事项一、灌浆防灭火123经常观察水情灌浆后应清洗管道设置滤浆密闭4防止地表水流入井下5灌浆区下部采掘二、凝胶防灭火

（一）特点：吸热降温堵漏风保水阻化成本低廉（二）凝胶防灭火工艺1．双箱双泵工艺如图2-4-5所示。图2-4-5凝胶防灭火双箱双泵工艺原理示意图二、凝胶防灭火2．双箱单泵工艺其工艺流程如图图2-4-6所示。图2-4-6凝胶防灭火双箱单泵工艺原理示意图二、凝胶防灭火凝胶注浆设备目前已经有系列产品出现，如图2-4-7所示图2-4-7井下轻便型移动式注胶工艺流程二、凝胶防灭火（三）凝胶配方存在的问题和改进二、凝胶防灭火配方存在的问题改进型配方污染井下空气，危害工人健康影响堵漏风效果凝胶成本较高无氨味凝胶配方分子结构型膨胀凝胶粉煤灰胶体三、阻化剂防灭火（一）阻化防火机理增加煤在低温时的化学惰性形成液膜包围煤块和煤的表面裂隙面充填煤柱内部裂隙增加煤体的蓄水能力水分蒸发吸热降温

（2）注液量其计算公式如下：

T=KDV（2-4-4）式中T―日注液量，t;K―吨煤用液量，t/t;D―实体煤容重，t/m3;V―注液控制煤体体积，m3;（三）阻化剂材料和浓度选择（1）阻化材料选择。（2）药液浓度。（四）阻化防火工艺

1.压注阻化剂（1）压注工艺三、阻化剂防灭火

2.汽雾阻化（1）汽雾阻化系统如图2-4-8所示图2-4-8采空区喷送雾状阻化剂系统1—阻化剂溶液箱；2—输液泵；3—自动过滤；4—高压软管；5—支架；6—漏风方向；7—雾化发生器三、阻化剂防灭火

（2）喷雾量喷雾量的大小与采空区丢煤量成正比。其计算公式如下：T=KADLHS/R（2-4-5）式中

T―日喷雾量，t;R―雾化率，%;K―吨煤用液量，t/t;D―实体煤容重，t/m3;L―工作面长度，m;H―工作面采高，m;S―日进尺，m;A―丢煤率，％。三、阻化剂防灭火3.喷洒阻化剂图2-4-9喷洒阻化剂工艺系统l-供水管；2-永久溶液池；3-水泵；4-压力表；5-铁管；6-阀门；7-胶管；8-喷枪；9-流量计三、阻化剂防灭火四、惰气防灭火（一）氮气防灭火技术1.氮气防灭火机理与惰化指标1)氮气防灭火机理(1).抑制或减缓遗煤的氧化放热速度(2).减少空气与煤炭直接接触的机会(3).减缓煤升温的速度和降低周围介质的温度(4).爆炸范围逐渐缩小

2)注氮防灭火惰化指标四、惰气防灭火1一般氧含量应小于7％～10％2惰化灭火氧浓度指标不大于3％3惰化抑制瓦斯爆炸氧浓度指标小于12％膜分离变压吸附2、制氮方法四、惰气防灭火深冷空气3.注氮防灭火工艺1)开放式注氮四、惰气防灭火埋管注氮（1）拖管注氮（2）3.注氮防灭火工艺2)封闭式注氮四、惰气防灭火插管注氮旁路注氮钻孔注氮墙内注氮4.防止采空区氮气泄漏的措施四、惰气防灭火直接堵漏措施均压措施5.日常管理应注意的事项（1）注氮量的多少，应根据采空区中的气体成分来确定;（2）合理设置监测传感器，加强对采空区、工作面和回风槽中02、N2和CO的监测;（3）注入氮气的纯度不得低于97％;（4）注意检查工作面及回风顺槽风流中的瓦斯涌出情况;（5）第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应先排出注氮管内的空气，避免将空气注入采空区中;（6）工作场所的氧浓度不得低于18.5%四、惰气防灭火6.处理好抽放瓦斯与注氮的关系（二）湿式惰气灭火湿式惰气是燃料油与一定比例的空气混合在惰气发生装置（机）内经充分燃烧后产生的烟气，主要成分为：N2、CO2、CO、H2O蒸汽、O2，其中O2含量一般不超过2%。四、惰气防灭火五、泡沫防灭火无机固体三相泡沫机械泡沫化学惰气泡沫第五节矿井火灾处理

主要内容一、发生矿井火灾时应采取的措施二、风流控制三、消灭矿井火灾的方法四、高瓦斯矿井处理火灾时的注意事项五、火区的管理与启封一、发生矿井火灾时应采取的措施

（一）撤出及救护灾区人员

（二）侦察火区二、风流控制1．风流紊乱的基本技术途径（1）防止上行风路产生火凤压导致旁路风流逆转（2）防止下行风路火风压导致主干风路风流逆转（3）防止风流逆退2、火灾时常用的几种通风制度二、风流控制反风维持正常通风，稳定风流停风机风流短路三、消灭矿井火灾的方法（一）介质灭火法用化学灭火器灭火砂子（或岩粉）灭火介质灭火法泡沫灭火器用水灭火干粉灭火器（二）隔绝灭火法1、封闭火区的原则三、消灭矿井火灾的方法密小少快3、建立防火墙的顺序一是先进后回；二是进回同时。三、消灭矿井火灾的方法（三）混合灭火法（1）临时防火墙（2）永久防火墙（3）耐爆防火墙2、防火墙的类型四、高瓦斯矿井处理火灾时的注意事项（1）上、下山和运输平巷发火时，如果在火源的上风侧有掘进头和废巷，应将积存瓦斯的巷道严密封堵。（2）处理高瓦斯矿高冒处火灾时，必须在喷雾水枪的掩护下（迫使火源局限在高冒处），在火源的下风侧设水幕，然后在高冒处两端用水枪灭火。（3）处理高瓦斯矿井独头巷道火灾时，不能停风，要在保持正常通风或加大风量的条件下处理火灾。（4）当直接灭火无效或不可能时，应封闭火区。在高瓦斯矿封闭火区是相当危险的工