《矿井灾害防治与智能监测》课件-第六章 矿山防火与防爆

第六章

矿山防火与防爆

6.1矿山火灾与爆炸事故

6.1.1矿山火灾及其危害火灾：失去控制并造成财物损失或人员伤害的燃烧现象。矿山火灾：发生在矿山企业内的火灾。地面火灾：发生在厂房、仓库、办公室或其它地面建筑物设施里的火灾；矿内火灾：发生在矿井的各种巷道、峒室、采矿场或采空区中的火灾。在矿井井口附近发生的地面火灾，如果所产生的高温和烟气随风流进入矿井，威胁井下人员安全时，也被叫做矿内火灾。矿山火灾内因火灾：由于矿岩氧化自燃而引起的，主要发生在煤矿。外因火灾：由于矿岩自燃以外的原因，如吸烟、明火或电气设备故障等引起的火灾。据统计，我国冶金、有色、黄金等金属非金属矿山中，外因火灾占矿山火灾事故的80%~90%。

矿内火灾特点

不完全燃烧现象十分明显，产生大量含有有毒有害气体的黑烟。火灾产生的高温和烟气随风流迅速在井下传播。矿内火灾时产生火风压，引起矿内风流紊乱，增加控制烟气传播的困难性。矿内火灾时消防与疏散的困难。

6.2燃烧与爆炸机理

6.2.1燃烧燃烧是一种放热、发光的化学反应。燃烧反应速度快、放热多，在短时间里放出大量的热，提高了燃烧产物的温度，并引起燃烧产物分子内电子的跃迁，放出各种波长的光来。放热、发光和生成新物质是燃烧反应具有的三个特征，它们是区分燃烧与非燃烧现象的依据。燃烧燃烧反应在本质上属于氧化还原反应。参与反应的反应物必须包含有氧化剂(助燃物)和还原剂(可燃物)。为了使燃烧反应能够进行，必须有引起并维持燃烧的热能。通常，把能够引起可燃物质燃烧的热能源叫做引火源，而维持燃烧的热能往往来自燃烧本身。燃烧燃烧作为一种化学反应，在反应物的组成、反应温度、压力和能量方面都存在着极限值。

具备一定数量或浓度的可燃物、助燃物，以及一定强度的热能源，是引起燃烧的必要条件。燃烧的本质是游离基的链锁反应。游离基的链锁反应是燃烧的第四个必要条件。

6.2.2发火发火是从未燃烧状态向稳定的燃烧状态转移的过渡现象，又称为着火。发火是一种不稳定的状态。为了实现向稳定的燃烧状态的转移，必须满足一定的物质条件和能量条件。这些必要条件被叫做发火的临界条件。对于可燃性气体来说，其物质条件是指浓度条件，称为燃烧界限；能量条件是指点火温度，即燃点或点火能。

1.自然发火自然发火：可燃性物质在没有外界引火源的情况下自行发火燃烧的现象，又称自燃。按其热量的来源，有自热自燃和受热自燃之分。自热自燃：由于可燃性物质的生物或物理化学作用发热而导致的自燃发火。有时把自热自燃叫做狭义自然发火。受热自燃：由于可燃性物质受到外界加热而引起的自然发火。能使可燃性物质自然发火的最低温度称为自燃点。物质的自燃点越低，自然发火引起火灾的危险性越大。2.引燃可燃性物质与引火源接触而发生持续燃烧的现象。燃点：可燃性物质遇到引火源开始持续燃烧所必须的最低温度。物质的燃点越低，则越容易被引燃，火灾危险性也越大。引燃闪燃：当引火源接近液体表面时，发生的一闪即灭的燃烧现象。闪点：可燃性液体能够发生闪燃的最低温度。液体的闪点越低，其火灾危险性越大。按闪点的高低，把可燃性液体分为二类四级。易燃液体，其中闪点低于28℃的为一级，闪点为28~45℃的为二级；可燃液体，其中闪点在45~120℃的为三级，闪点在120℃以上的为四级。电火花引燃

电火花是一种高能量密度的引火源，能在极短的时间内集中地放出能量。电火花很容易引燃可燃性混合气体。最小点火能：可燃性混合气体被引燃的临界放电能。最小点火能：随可燃性混合气体的组成、压力和温度等条件变化。当可燃性混合气体的温度、压力升高时，最小点火能降低。随着放电电极之间距离的减少，最小点火能逐渐减少，然后趋于稳定。熄火距离：当放电电极之间的距离小到某一定值时，最小点火能突然变为无穷大时的放电电极间的距离。可燃性混合气体的熄火距离的变化规律与最小点火能的变化规律类似。

热表面引燃

热表面系指高温固体表面。当可燃性物质与热表面接触时，热表面向可燃性物质传热，使其温度上升而在热表面附近发火。当可燃性物质被热表面引燃时，热表面有一临界温度，在低于此临界温度的场合可燃性物质不能被引燃。此临界温度叫做点火温度。固体可燃性物质被引燃之前，首先受热分解，析出可燃性气体并与空气混合，其过程类似于热辐射和高温气体引燃。热辐射引燃

热辐射引燃固体可燃物时，热源的热量经过辐射到达可燃性固体表面，并使其温度上升；同时热量向面体内部传递，温度逐渐升高并分解出可燃性气体；析出的可燃性气体与空气混合并发火。6.2.3燃烧过程及燃烧热一般来说，不是可燃性物质本身在燃烧，而是物质受热分解析出的气体或蒸汽在空气中燃烧。燃烧热：单位重量的可燃性物质完全燃烧后所生成的气体冷却到18℃时，所放出的热量，又称热值。物质燃烧时所放出的热量以热传导、热辐射和热对流的方式向外传播。

各种材料的单位发热量

材料单位发热量/(MJ/kg)材料单位发热量/(MJ/kg)木材18.84石油43.96纸16.75煤31.40酒精29.31煤焦煤气32.66羊毛、织物20.93聚乙烯43.54油粘、漆布16.75~20.93橡胶37.68柏油39.77汽油41.876.2.4气体的燃烧与爆炸扩散燃烧：当可燃性气体从管口、容器的裂隙等开口流出时，可燃性气体与空气分子互相扩散、混合，其混合气体浓度达到燃烧范围的部分遇到引火源发火燃烧。混合燃烧：当可燃性气体和助燃气体在容器内或空间中充分扩散、混合后，遇到引火源而发火燃烧。混合燃烧进行得很快，短时间内放出大量的能量。

混合燃烧

混合气体中出现火焰自发火源向前传播的“火焰传播”现象。火焰在混合气体中行进的速度称为燃烧速度。在一定条件下，某种可燃性气体的燃烧速度是一定的。在常温常压下，一般的可燃性气体的燃烧速度为40~50cm/s左右。

混合燃烧发生在大气中，由于燃烧气体能够自由膨胀，所以在燃烧速度慢的时候几乎不产生压力及爆炸声响。在燃烧速度很快的时候，可能产生压力波及爆炸声，这种情况称为爆燃。当燃烧速度进一步增加而超过声速时，则转变为产生强大冲击波的爆轰。

爆炸界限

爆炸界限：使火焰不能传播的可燃性气体浓度界限，又叫做燃烧界限。爆炸下限：可燃性气体在空气中能发生爆炸的最低浓度。爆炸上限：可燃性气体能发生爆炸的最高浓度。爆炸界限与初始温度、初始压力、混合气体中的氧含量、惰性气体含量及容器尺寸有关。

6.1.2矿山爆炸事故及其危害化学爆炸：由于物质的迅猛化学反应引起的爆炸；炸药爆炸、气体爆炸、粉尘爆炸属于化学爆炸；物理爆炸：由于物质的物理变化引起的爆炸。压力容器爆炸属于物理爆炸。高温气体引燃

高温气体是指火焰。当用火焰引燃可燃性混合气体时，与火焰接触的混合气体受对流传热的加热而发火。发火所必需的火焰温度与火焰大小有关。普通碳水化合物的火焰温度都在1100~1200℃左右。可燃性混合气体可以被很小的火焰引燃。当用火焰引燃可燃性固体时，固体的一个侧面受热，内部温度上升而分解，析出可燃性气体与空气混合而发火。6.2.5粉尘爆炸粉尘爆炸是浮游在空气中的可燃性粉尘从引火源得到能量后发生的爆炸。

粉尘爆炸的实质是气体爆炸。由于可燃性粉尘的单位体积发热量很大，一旦发生粉尘爆炸，其破坏性远远超过气体爆炸的破坏性。由于粉尘爆炸往往是不完全燃烧，所以产生较多的一氧化碳等有毒气体。粉尘爆炸影响粉尘爆炸的因素

粒度：粒度越小，越能够长时间地在空气中悬浮，比表面积越大，燃烧进行得越迅速、完全，爆炸危险性越高。挥发分和灰分：挥发性物质越多，越容易发生爆炸。灰分越多，则爆炸危险性越低。水分：水分可以降低粉尘的悬浮性，水分蒸发能带走热量，水蒸汽具有阻燃功能，使粉尘的爆炸危险性降低。粒子形状：球形粒子的比表面积最小，扁平形粒子的比表面积最大。比表面大的粉尘粒子，其爆炸危险性大。6.3矿山地面建筑物火灾

6.3.1建筑物室内火灾

初起期:以阴燃为主

成长期:可燃物迅速燃烧，燃烧面积扩大，温度急剧上升。

爆燃

最盛期：可燃物全面而猛烈地燃烧，室内温度缓慢地上升到最高点。

衰退期：约80%的可燃物被烧掉后，火势进入衰退期。室温以约7~10℃/min的速度逐渐降低。

6.3.2室内火灾的烟气危害

烟气：燃烧所生成的气体、水蒸汽及固体微粒等的统称。火灾初起期，烟气多呈灰白色。随着水分减少及碳粒析出增多，逐渐变为灰黑色。由于燃烧规模小，空气供给充分，相对的烟气也较少。室内火灾的烟气危害火灾成长期，烟气的生成情况与房间空气流通状况有关。如果空气不流通，则不完全燃烧的可见产物和一氧化碳增加，产生较多的浓黑毒烟。室内空气流通则产生的烟气较少。在发生爆燃的场合，室内空气含氧量急剧下降到5%以下，一氧化碳含量高达3%以上，大量不完全燃烧产物形成浓黑的烟气，浓烟伴着烈火冲破门窗向外蔓延。此时的烟气危害最大。室内火灾的烟气危害有机化合物在完全燃烧时生成CO2、CO、水蒸汽、SO2和P2O5等；在不完全燃烧时往往还生成较多的CO、醇类及酮类等。一氧化碳中毒、其它有毒气体中毒、缺氧。遮挡视线、造成恐怖心理。6.3.3地面建筑物防火

1.建筑物的火灾危险性GB50016-2006《建筑防火设计规范》：根据生产中使用或产生的物质性质及其数量等因素，将生产的火灾危险性分为甲、乙、丙、丁、戊5类2.建筑物的耐火性能

建筑物结构有足够的耐火能力，以减少火灾的发生，控制或延缓火势的蔓延，为人员疏散及扑灭火灾提供时间和通路，并使建筑物在火灾后经过维修、加固能重新使用。建筑物的耐火能力取决于建筑构件的耐火性能；而建筑构件的耐火性能包括构件材料的燃烧性和构件的耐火极限。构件材料的燃烧性

不燃烧体：由非燃烧材料做成的构件。非燃烧材料：在空气中受到火烧或高温作用时不发火、不微燃、不炭化的材料。难燃烧体：由难燃烧材料做成的，或虽由燃烧材料做成，但有非燃烧材料作保护层的构件。难燃烧材料：在空气中受到火烧或高温作用时难发火、难微燃、难炭化，移开火源后燃烧或微燃立即停止的材料。燃烧体：由木材等燃烧材料做成的构件，其特点是在空气中受到火烧或高温作用时立即发火燃烧或微燃，移走火源后仍能继续燃烧或微燃。建筑构件的耐火极限耐火极限：按规定火灾升温曲线进行耐火实验时，建筑构件从经受火的作用起，到失去支持能力或发生穿透裂缝，或背火测温度上升到220℃时为止的时间，h。表征构件阻火性能的指标。钢构件在300~400℃时就出现塑性变形，至600℃时则失去承重能力，其耐火极限只有15min左右。建筑物的耐火等级一级：构件全部是不燃烧体；二级：构件除吊顶为难燃烧体外，其余的都是不燃烧体；三级：除屋顶和隔墙为难燃体外，也都采用不燃烧体；四级：除防火墙为不燃烧体外，其余的构件为难燃烧体和燃烧体。选择建筑物耐火等极的主要依据是建筑物的用途和规模。甲、乙类生产厂房的耐火等级为一、二级，丙类为一、二、三级，丁、戊类为一、二、三、四级。3.建筑物的防火间距建筑物之间留有一定的防火间距：用以防止发生火灾时火焰蔓延到其它建筑物，为人员疏散和消防设备、消防人员顺利到达火灾现场提供通路。建筑物的防火间距耐火等级防火间距耐火等级一、二级三级四级一、二级101214三级121416四级141618耐火等级耐火等级防火间距6.3.4建筑物火灾时的人员疏散1.疏散时间在爆燃发生之前撤离火灾现场，疏散时间控制在5~8min之内。影响人员疏散时间的主要因素：人员密集程度。疏散路线是否合理。疏散通路条件。烟气浓度和毒性。疏散距离及安全出口数量。

2.安全疏散距离厂房内最远的工作地点到安全出口的距离；民用建筑的房间内最远点到房门的距离，以及房门到建筑物出口的距离。厂房的安全出口应分散布置，安全出口数目经过计算确定。一般地，每个防火分区、一个防火分区内的每个楼层，其安全出口的数量应经计算确定，且不少于2

个。

上海商学院女生宿舍发生火灾2008年11月14日6时10分许，上海商学院女生宿舍发生火灾。4名女生从6楼跳下当场身亡。上海商学院女生宿舍发生火灾

上海商学院女生宿舍火灾逃生的两名女生回忆，当天早晨6点多，她们发现其中一个堆放杂物的下铺冒起了火苗。因为当时火苗不是很大，她们本以为用脸盆接水，就可以迅速扑灭火苗。当她们两人端着脸盆，跑到同一楼层中间位置的盥洗室接完水准备返回宿舍时，却发现宿舍房门已经关闭，无法打开。上海商学院女生宿舍火灾没多久，她们就听到房间内传来一阵阵尖叫声和求救声。因为20余平方米的房间内，住着6个人，被子、蚊帐、衣物等易燃物迅速燃烧、火势蔓延，不过几分钟就冒出大量浓烟。因为宿舍有用“热得快”烧热水的习惯，她们怀疑是“热得快”引燃了堆放杂物的下铺。上海商学院女生宿舍火灾消防部门的防火专家分析说，起火的602宿舍本来是一个密闭空间，氧气浓度一般。然而，当这两名女生打开房门准备接水灭火时，突然涌入的空气很可能起到了助燃的作用，进而迅速燃起了大火。

上海商学院女生宿舍火灾在该宿舍楼内，女生宿舍和男生宿舍有不同出入口，由两名宿舍管理员分别管理。在3层通往4层的楼梯口，有一扇伸缩铁门阻隔。此外，即便通过这道铁门，6层通往逃生通道的木门依然大门紧锁。出于治安方面的考虑，学校安装了这扇伸缩铁门，但却阻止了逃生通道的畅通。6.4矿内外因火灾

及其预防

6.4.1矿内火灾特点1.矿内火灾时的燃烧特征矿内供给燃烧的空气量不足，不完全燃烧现象十分明显，产生大量含有有毒有害气体的黑烟。一般来说，发生在矿内井巷中的火灾很少出现爆燃现象。火灾产生的高温和烟气随风流迅速在井下传播，对矿内人员生命安全构成严重威胁。高温空气的热对流产生类似矿井自然风压的火风压，破坏原有的矿井通风制度，引起矿内风流紊乱，增加控制烟气传播的困难性。

2.矿内火灾时消防与疏散困难

地面人员很难获得矿内火灾的详细信息，消防指挥者很难做出正确的判断和采取恰当的消防措施。矿内巷道充满浓烟和热气，增加消防活动的困难性。受井巷尺寸、提升设备和运输设备以及矿内供水系统等方面的限制，有时无法把消防设备、器材运到火灾现场，或消防能力不足，不能迅速扑灭火灾或控制火势。矿内火灾时烟气迅速随风流蔓延，对人员的安全疏散极为不利。

6.4.2矿内外因火灾原因及预防

1.矿内外因火灾可燃物：主要是木材、油类、橡胶或塑料、炸药及可燃性气体等。引火源：主要有明火、电弧和电火花、过热物体3类。

2010年7月17日，韩城市新鑫矿业公司小南沟煤矿井下发生电缆着火事故，现场作业的28名矿工全部遇难。

2010年8月8日山东招远玲南金矿竖井电缆失火，造成16人死亡。2.矿内外因火灾的预防

采用非燃烧材料代替木材。加强对井下可燃物的管理。严格控制明火。焊接作业时要采取防火措施。防止电线及电气设备过热、损伤。6.5矿山内因火灾

及其预防

矿山内因火灾

内因火灾是在空气供给不足的情况下缓慢发生的，通常无显著的火焰，却产生大量有毒有害气体，并且发火地点多在采空区或矿柱里，给早期发现和扑灭带来许多困难。可以通过观测内因火灾的外部预兆、化学分析和物理测定等方法识别内因火灾。

1.矿山内因火灾的外部预兆“巷道出汗”、地表的裂缝、钻孔口冒出蒸汽，或者局部地段冰雪融化。SO2的刺激性臭味。火区附近的大气条件使人感觉不适。例如，头疼、闷热、裸露的皮肤有微痛，精神过于兴奋或疲劳等。

2.内因火灾的预防防止硫化矿石自热自燃的基本原则：减少、限制矿石与空气的接触以限制氧化过程，防止自热过程中产生的热量蓄积。合理选择开拓方式和采矿方法。建立合理的通风制度。封闭采空区或局部充填隔离。预防性灌浆。均压通风防火。阻化剂防火。

6.6

矿山灭火

6.6.1灭火方法概述冷却法：降低燃烧物质的温度、消除火源，停止能量供给，使燃烧中止。隔离法：移去可燃物，把未燃烧的物质隔离开，中断可燃物供给。窒息法：隔绝空气，停止供氧。抑制法：喷洒灭火剂，中断链锁反应而使火熄灭。灭火方法概述按照物质及其燃烧特性，将火灾分为4类：A类火灾：固体物质火灾，如木材、棉、毛、麻、纸张、塑料制品、化学纤维等火灾。B类火灾：液体和可熔化固体物质火灾，如汽油、柴油、酒精、植物油、变压器油、各种溶剂、沥青、石蜡等火灾。C类火灾：气体火灾，如煤气、天然气、氢气、等火灾。D类火灾：金属火灾，如钾、钠、铝、镁、铝和金等火灾。1.用水灭火

水的比热容数值大，是良好的冷却剂。水蒸气可以稀释燃烧区内的可燃性气体，并阻止空气进入燃烧区。密集高压水。水雾。水蒸汽。不能用于扑灭电气火灾、忌水性物质等火灾，也不能直接用于扑灭油类火灾。《金属非金属矿山安全规程》规定:矿山地面必须结合生活供水设计地面消防水管系统；水池容积和管道规格应该兼顾两方面的需要。应该结合湿式作业供水管道，设计井下消防水管系统。井下消防供水水池容积应该不小于200m3。用木材支护的竖井、斜井、井架、井口房、主要运输巷道、井底车场和峒室应该设置防火水管。生产供水管兼做消防水管的场合，应该每隔50~100m安设支管和供水接头。2.泡沫灭火

泡沫中的水分有冷却作用；比重小的泡沫在液体或固体表面形成气密层，阻止可燃性气体进入燃烧区，阻止空气与着火的表面接触；一定厚度的泡沫能吸收辐射热，阻止热传导和热对流。

化学泡沫灭火

酸性物质和碱性物质的水溶液发生化学反应生成的。化学泡沫抗烧且持久，具有很好的覆盖作用和冷却作用。对扑灭汽油、煤油等易燃液体火灾最有效；对扑灭木材等堆积物火灾效果差；不宜用于扑灭醇类等水溶性液体火灾。空气机械泡沫灭火

低倍数泡沫由一定比例的水解蛋白、稳泡剂组成的泡沫和水，经发泡机械使其体积膨胀20倍制成的。可以有效地扑灭汽油等易燃液体和木材火灾，不宜用于扑灭水溶性液体火灾。高倍数泡沫以界面活性剂为主，添加少量水解蛋白液配制的水溶液，经发泡机械使其体积膨胀200~1000倍而成的。主要依靠隔氧窒息作用灭火。最适合于快速切断矿山井下的火灾。

3.情性气体灭火

稀释燃烧区域空气中的氧，使氧含量降低而熄火。液态二氧化碳从钢瓶中喷出时，瞬时温度下降到-78.5℃，凝结成雪花状干冰。干冰吸收燃烧热量变为气态二氧化碳，体积扩大450倍。当空气中二氧化碳含量达到30%~35%时，燃烧就停止了。情性气体灭火

二氧化碳用于扑灭600V以下电气火灾，燃烧范围不大的油类火灾及电石等某些忌水物质火灾。使用时，人员要站在上风侧以免窒息。井下灭火用的情性气体用燃油燃烧除去空气中的氧制成。4.卤族灭火剂灭火通过中断燃烧的链锁反应和稀释燃烧区的氧来灭火。灭火剂被喷入燃烧区后吸收热量而气化，在物体表面上形成覆盖层，阻止可燃性气体和氧气通过。灭火效果好，毒性低、腐蚀性小及过后不留痕迹，可以用于扑灭油类和忌水性物质火灾、电气火灾。常用的卤族灭火剂有1211灭火剂(CBrClF2)和1301灭火剂(CBrF3)。5.化学干粉和固态灭火剂灭火

化学干粉：由碳酸氢钠、磷酸铵盐等灭火剂和少量添加剂经过研磨制成的化学灭火剂。覆盖在燃烧物表面，中断链锁反应，隔绝热辐射及析出二氧化碳，使火迅速熄灭。化学干粉适用于扑灭木材、煤炭火灾，也可用于扑灭石油产品火灾和电气火灾。固态灭火剂：指砂土、石粉等固态物质。扑灭小量易燃液体和某些不宜用水扑灭的化学品火灾。6.6.2矿内灭火方法直接灭