矿井火灾.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十一章 矿井火灾,中矿大银川学院,安全教研室,第十一章 矿井火灾,第一节 概述,第二节 外因火灾 -重点,第三节 内因火灾 -重点,第四节 内因火灾的预防-重点,第五节 矿内火灾,第一节,概述,1 矿井火灾,：是指发生在矿井井下或地面井口附近、威胁矿井安全生产、形成灾害的一切非控制燃烧，是煤矿生产中的主要自然灾害之一。,矿井火灾危害：火灾的的发生和发展,烧毁大量的煤炭资源和设备,，而且,产生大量的高温烟流和有害气体,，危及井下,工作人员的生命安全,，有时还,诱发瓦斯、煤尘爆炸，进一步扩大其灾难性。,第一节,概述,矿井火灾,按引火热源,分类,1 外因火灾：由于外热源引燃可燃物造成的火灾。,特点：发生突然，来势迅猛，容易发现，施救时不受空间限制。,2 内因火灾：煤炭接触氧气后，因煤自身氧化产生热量，热量积聚使煤炭自然发火儿产生的火灾。,特点：有孕育过程，发展缓慢，隐蔽，不易发现和扑灭。有时可持续数月甚至数年。,第二节 外因火灾,一切能够产生高温、明火、火花的以及由可燃材料制成的器材和设备，如使用不当都可能引起外因火灾。,随着,科技的发展,，矿井开采技术不断进步和开采环境的不断改善，但,矿井火灾与爆炸灾害并没有呈现下降趋势,。究其原因，,一是,更多的新材料，包括各种树脂、塑料、液体燃料和液压机液等应用到矿井中，,二是,机械化程度不断提高，机电设备增多，这些都增加了火灾的发生概率。,现在,矿井灾害事故中牺牲的人员绝大多数是在矿井火灾和爆炸事故中丧生的，因此，矿井火灾的防治一直是采矿安全关注的重点。,2002年国有重点煤矿事故严重度的统计,瓦斯 火灾 水灾,一、外因火灾特性,1、火灾三要素,产生外源火灾的三个必要条件是：,有可燃物存在,、有,足够的氧气,和足以,引起火灾的热源,。这也称火灾三要素，,缺少任何一个要素,，火灾都,不能发生,，或者正在发生的火灾,也会熄灭,。,可 燃 物,源,热,氧,气,2、火灾的燃烧类型,1）,扩散燃烧,:是高浓度的,可燃气体与空气边混合边燃烧,的燃烧现象。,2）预混燃烧:,是可燃气体与空气,预先混合好后的燃烧,3）,富氧燃烧,:是氧气的,供给量大于或接近于燃烧所需要的氧气量的燃烧。,4）富燃料燃烧,：是氧气的,供给量低于燃烧所需要的氧气量的燃烧。,2、火灾的燃烧类型,5）回燃,：受限空间内发生火灾时，当空气供应不足时，由可燃物分解的可燃组分进入到烟流中因缺氧而不能燃烧，此时即为富燃料燃烧状态，,当富燃料燃烧的高温可燃气体遇新鲜空气时发生的突然燃烧，称作回燃。,什么是回燃？,回燃的发展过程,火没了，可以进去了,热烟气,空气,重力流,门,着火了,富燃料燃烧实验（“跳蛙”现象）,3 火风压（浮力效应）,1）火风压定义：在矿井中，火灾产生的热动力是一种浮升力，这种浮力效应 就被称为火风压。,2）火风压与自然风压的相同点：,火风压就是高温烟流经倾斜或垂直的井巷时产生的,自然风压的增量,。,火风压与矿井自然风压的产生机制是一致的，是都在倾斜和垂直的巷道上出现的空气的密度差所至，故这二者都可称为,热风压,。,3 火风压（浮力效应）,3）火风压与自然风压的区别：,只是使空气密度发生变化的热源不同。,4）井下火风压形成过程：,矿井发生火灾时，火灾的热力作用会使空气的温度增高而发生膨胀，密度小的热空气在有高差的巷道中就会产生一种浮升力，这个浮升力的大小与巷道的高差及火灾前后的空气密度差有关。,5）,地面建筑中这种现象被称为烟囱效应,，即通常室内空气的密度比外界小，这便产生了使气体向上运动的浮力，尤其是高层建筑中的许多竖井，如楼梯井、电梯井等，气体的上升运动十分显著，这种现象有时也叫热风压。,3 火风压（浮力效应）,5）,地面建筑中的火风压:称为烟囱效应,，即通常室内空气的密度比外界小，这便产生了使气体向上运动的浮力，尤其是高层建筑中的许多竖井，如楼梯井、电梯井等，气体的上升运动十分显著，这种现象有时也叫热风压。,6）火风压的危害：,矿井发生火灾后，由于火风压的作用会改变原通风系统中压力的分布和风量的分配，即可能使通风系统风流发生紊乱，扩大事故范围，造成更为严重的损失。,7)火风压的计算,火风压的值=发火后矿井的自然风压发火前自然风压,h,f,Z,(,s,),(,0,)g,Z,(,0,s,)g,P,311,-111式,式中,h,f -,火风压，Pa；,Z -高温烟流流经回风井筒的垂高，m；,-进风井筒内风流的平均密度，kg/m,3,；,s-,发火后出风井筒内的风流平均密度，kg/m,3,；,0-,发火前出风井筒内的风流平均密度，kg/m,3,；,g-重火力加速度，m/s,2,。,7)火风压的计算,发火前后，活在附近的压力P近似不变，根据理想气态方程有：,0,(T,s,/T),s,P,311,11-2式,式中,T,s,-发火前回风井筒内的风流平均绝对温度，K；,T -发火前回风井筒内的风流平均绝对温度，K。,将 11-2式带入11-1式，并设T,s,-T=T,Z,2,Z,1,=Z,整理得：,h,f,s,g,Z（T/T）,P,311,11-3式,式中,T-发火前后烟流温度的增量,K；,Z-巷道高程差，m。,7)火风压的计算,8）火风压的作用,在风路中发生火灾时，,火风压,的作用,只有在高温烟流流经的上行或下行巷道里才能表现出来,。高温火烟对矿井通风的影响就,好象在其流过的上行或下行巷道里安设了局部通风机,一样，它们的作用方向在,上行风路,中与,烟流方向相同,，在,下行,风路中则,相反,。,节流效应,是矿井火灾过程中的一种典型现象。,矿井火灾时期，由于火烟的热力作用等的影响，节流效应,主干风路,以及,旁侧支路,中的风量往往会随着火势的发展而发生变化,。如果由于火灾的发生，主干风路的进风量可能下降，这种现象称之为节流效应。,二 火灾对通风系统的影响,1、烟流逆退,2、,风（烟）流逆转,二 火灾对通风系统的影响,1、烟流逆退:,受热浮力的作用，热烟气在巷道顶部形成向进，回两个方向的流动。,在巷道中逆着进风方向流动的烟流，称为烟流你退,2、风（烟）流逆转：火风压会造成某些之路风流压力的变化从而会改变风流的方向。,通风网络中的某分支风流方向发生改变的现象叫风流逆转（分支的风流方向与起火前的方向相反）,。,二 火灾对通风系统的影响,术语解释,上行风流：在倾斜或垂直巷道中，风流从标高低端向高端的流动。,下行风流：在倾斜或垂直巷道中，风流从标高高端向低端的流动。,主干风路：发生火灾后，从人风井口经火源点道回风井的通路。,旁侧支路：主干封路以外的其他风路旁侧支路：,火凤压案例,时间：,1990年5月8日,。,地点：,黑龙江省某矿在下行进风胶带斜井两段胶带搭接处。,经过：发生了一起重大,胶带火灾事故,。,后果：火灾产生的火风压造成了进风斜井的风流逆转，从而扩大了事故的损失，共造成了,80人死亡。,火凤压案例,事故分析,事故初期抢险救灾决策失误（,教训,）。,作为下行风流的运输机斜井发生火灾时，火风压的作用与主要通风机提供的风压作用相反，极易造成风流的逆转；此外，作为,一般的救灾原则，当进风井筒中发生火灾时，必须采取反风或停止主要通风机运转的措施。,当时的救灾决策者因救灾心切盲目带领救护队员进入发火胶带斜井救灾。,矿井缺乏抗灾能力（间接原因）,。事故发生时，,矿井不能反风,；在编制的矿井灾害预防,计划中，没有提出运输机胶带斜井的预防火灾措施。,事故分析,缺乏安全意识，,防火设施和,措施不落实,：长期使用,非阻燃胶带,；地面水池设计要求容量200m,3,但实际容量10m,3,；灭火工具不配套，只有砂箱没有铁锹；改扩建设计中要求,防火门，但并安装,；第一台胶带机交付使用时没有铺设供水管路；井下电、,气焊安全措施制定不完善，审批不严,，在作业地点胶末、胶条等易燃物清理不彻底的情况下进行气焊；作业地点没有洒水措施。,缺乏必要的安全教育，,工人没有学习安全措施就工作；灾害时不会使用消防器材；没有配备自救器，致使人员伤亡严重。,第三节内因火灾,我国煤矿自然发火概况：,存在有煤炭自燃的矿井占矿井总数的56%，具有自然发火危险的煤层占累计可采煤层数的60%；煤炭自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的8590%。,近年来我国广泛采用综采放顶煤开采技术，使生产效率大幅提高。但这种,采煤方法采空区遗留残煤多、冒落高度大、漏风严重，使得自然火灾发生频繁,，常常价值几千万元的综采装备被封闭在火区中，此外还使大量的煤炭被火区冻结，造成巨大的经济损失。煤炭自燃已成为制约高产高效矿井安全生产与发展的主要因素之一。,煤炭自然发火机理,自燃学说:,早在1862年，德国人戈朗布曼 发表了第一篇关于煤炭自燃起因的文章。一百多年来，,人们提出了若干学说来解释煤的自燃，如黄铁矿作用、细菌作用、酚基作用，煤氧复合作用等学说。,黄铁矿作用学说,认为煤的自燃是由于煤层中的黄铁矿(FeS,2,)与空气中的水份和氧相互作用、发生热反应而引起的,。,煤炭自然发火机理,细菌作用学说,认为，在细菌作用下，煤在发酵过程中放出一定热量对煤自热起了决定性作用。,酚基作用学说认为，煤的自热是由于煤体内不饱和的酚基化合物强烈地吸附空气中的氧，同时放出一定量的热量而造成的。,煤氧复合作用学说,认为，原始煤体自暴露于空气中后，与氧气结合，发生氧化并产生热量，当具备适宜的储热条件，就开始升温，最终导致煤的自燃。,一 煤炭自燃发火过程,根据,现有的研究成果,，人们认为煤炭的氧化和自燃是游离,基链反应,。,煤炭自燃过程,大体,分为3个阶段：,潜伏期：,自热期：,燃烧期,：,一 煤炭自燃发火过程,煤炭自燃的条件,煤炭自燃4个条件,煤具有自燃倾向性,有连续的供氧条件,热量易于积聚到一定的点火温度,无烟煤一般为400,烟煤为320380,褐煤为270350。,热量持续一定的时间,二 影响煤炭自然发火的因素P,320,1 煤自燃的内因（1）煤的变质程度,煤的变质过程伴随着煤分子结构的变化，,碳化程度越高，煤体内含有的活性结构越少,。所以煤的变质程度是煤自燃倾向性的决定性因素。现场的统计表面，,褐煤最易自燃，无烟煤最不易自燃，烟煤介于二者之间。,烟煤的煤化度低于无烟煤而高于褐煤，因燃烧时烟多而得名。根据煤化度的不同，我国将其划分为长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤等。,（2）煤岩成分,煤岩成分一般分为,丝煤、暗煤、亮煤和镜煤四种,。,不同的煤岩成分有着不同的氧化性。在低温下，丝煤吸氧最多，但是，随着温度的升高，,镜煤吸附氧能力最强，其次是亮煤，暗煤最难于自燃。,镜煤与亮煤脆性大，易破碎，而且灰分少，在其次生的裂隙中常伴有黄铁矿，开采中易碎裂为微细的颗粒，细微状的煤粒或黄铁矿都有较高的自燃氧化特性，因此它的氧化接触面积大，着火温度低。,故镜煤与亮煤在丝煤吸附氧化升温的促使诱导下很容易自燃。,二 影响煤炭自然发火的因素P,320,二 影响煤炭自然发火的因素P,320,（3）煤的含硫量,硫在煤中有三种存在形式：硫化铁即,黄铁矿(FeS,2,)、,有机硫,、,硫酸盐,。对煤自燃,起主导作用的是黄铁矿,。黄铁矿的,比热小，,它与煤吸附相同的氧量而,温度的增值比煤大3倍。黄铁矿在低温氧化,时产生硫酸铁和硫酸亚铁,，体积增大，,使煤体膨胀而变得松散,，增大了氧化表面积，,而且其分解产物,比煤的吸氧性更强，,能将吸附的氧转让给煤粒使之发生氧化,。在煤中含黄铁矿越多，就越易自燃。,我国西南主要矿区的统计资料表明,，含硫3%以上的煤层均为自然发火煤层。,二 影响煤炭自然发火的因素P,320,（4）煤的粒度、孔隙特性和破碎程度,完整的煤体一般不会发生自燃,，一旦受压破裂，呈破碎状态存在，其自燃性能显著提高。这是因为,破碎的煤炭不仅与氧接触的表面积增大，而且着火温度也明显降低。,有人研究，当煤粒度小于1mm时氧化速率与粒径无关，并认为孔径大于100的孔在煤氧化中起重要作用。根据波兰的试验，当烟煤的粒度直径为2mm时，其着火点温度大多在330360；粒度直径小于1mm以下时，着火点温度可能降低到190220。因此，可以说，,煤的自燃性随着其孔隙率、破碎度的增加而上升,。,二 影响煤炭自然发火的因素P,321,（,5）煤的瓦斯含量,瓦斯或者其它气体含量较高的煤，由于其内表面含有大量的吸附瓦斯，使煤与空气隔离，氧气不易与煤表面发生接触，也就不易与煤进行复合氧化，使煤炭自燃的潜伏期加长。当煤中残余瓦斯量大于5 m,3,/t时，煤往往难以自燃。但是随着瓦斯的放散，煤与氧就更易结合。,二 影响煤炭自然发火的因素P,321,（6）,水分对煤炭自燃过程的影响,有两个相互对立的过程。,首先,，煤炭中的水分在初期阶段会因为蒸发作用而散失，因此，一部分热量就会以水分潜热的形式被水蒸气带走，这就有阻止煤体温度升高的趋势。,其次，煤体也会从空气中吸收水分。这就是所谓的吸收热（有时也叫湿润热）会促使煤的温度升高。,水分对煤的总的作用就取决于这两种过程谁占主导地位。,二 影响煤炭自然发火的因素P,322,2 煤自燃的外因,（1）煤层地质赋存条件：,煤层厚、易破裂、倾角、开采期、地质构造、顶底板坚硬程度。,（2）开拓开采条件：,都采用石门，岩巷，少切割煤层，少留煤柱；采煤方法回采率高，少丢煤。,（3）通风条件：,减少漏风。,三,、,煤炭自燃倾向性与自然发货期,P,322,1 煤炭自燃倾向性,煤炭自燃倾向性是煤的一种自然属性，它取决于煤在常温下的氧化能力和发热能力，是煤发生自燃能力总的量度。,不同的煤，其自燃倾向性不同。所以，掌握煤的自燃倾向性非常重要。它不仅是恰当地设计采煤方法，选择采区规模，合理设计矿井通风和风压条件的重要依据之一，也是采取适当措施存储的重要依据。,我国将煤的自燃倾向性分为：容易自燃、自燃、不易自燃三类。,煤矿矿井必须根据煤自燃倾向性的分类等级而采取相应的煤防治措施。规程要求必须对新建矿井与生产矿井延深新水平的所有煤层的自燃倾向性进行鉴定。,分类情况详见：P,323,表11-1,11-2,三,、,煤炭自燃倾向性与自然发货期,P,322,30常压煤的吸氧量,煤炭自燃倾向性分类表（褐煤、烟煤类30常压煤的吸氧量）,P,323,表11-1,I 容易自燃0.71 cm,3,g,-1,II 自燃 0.70 cm,3,g,-1,III 不易自燃0.40 cm,3,g,-1,煤炭自燃倾向性分类表（无烟煤）,P,323,表11-2,I 容易自燃1.00 cm,3,g,-1,II 自燃 =0.81-0.99 cm,3,g,-1,III 不易自燃0.8 cm,3,g,-1,三,、,煤炭自燃倾向性与自然发货期,P,323,2 煤炭自燃发火危险程度与自然发火期,1）煤炭自燃发火危险程度：,是,反映煤炭自燃的内因条件，又与诸多因数相关的自然发火特性。,2）自燃发火期：,是,煤炭自然发火的时间量度，即从煤炭暴露在与空气接触时起到发生自燃所需时间。,四,、,煤炭自燃早期识别与预报,P,324,识别方法有4种：,1 人的直接感觉；,2 测定空气和围岩温度；,3 测定矿内空气成分变化；,4 物探测定法；,1 人的直接感觉,1）嗅觉，,气味煤油味。,2）蒸汽，,水珠，烟雾。,3）感觉，触觉。,头晕，头胀；温度升高,。,四,、,煤炭自燃早期识别与预报,P,324,1、人的直接感觉,利用人的感观进行探测是最简便的方法，虽然常带有一定的主观性，但是这种方法仍然,比较可靠,。,嗅觉：,煤油味、汽油味和轻微芳香气味的非饱和碳氢化合物。,视觉：,煤氧化产生的水蒸气，及其在附近煤岩体表面凝结成水珠(俗称为“挂汗”)，在煤炭自燃的最后阶段出现的烟雾。,感(触)觉：,煤炭自燃或自热、可燃物燃烧会使环境温度升高，并可能使附近空气中的氧浓度降低，CO,2,等有害气体增加，所以当人们接近火源时，会有头痛、闷热、精神疲乏等不适之感,四,、,煤炭自燃早期识别与预报,P,324,四,、,煤炭自燃早期识别与预报,P,324,我国从20世纪50年代初期即开展对煤炭自燃倾向性的研究，先后采用了,着火点温度降低值法、双氧水法及静态容量吸氧法进行研究,在90年代初，开始采用吸氧量法，即用双气路气相色谱仪动态吸氧的方法。,四,、,煤炭自燃早期识别与预报,P,324,2 测定空气和围岩温度,1）直接测定,是将测温传感器直接放入测温钻孔中或埋在采空区内测定煤岩体温度，常采用的是热电偶和热敏电阻。,2）间接测温方法,主要有无线电测温仪、测气味法和红外辐射仪等方法。无线电测温方法是将含有热记录装置的无线电传感器埋入采空区，根据测得的热量发射出无线电信号,。,四,、,煤炭自燃早期识别与预报,P,324,3）气味剂法,是将含有低沸点和高蒸汽压并具有浓烈气味的液态物质，如硫醇和紫罗兰酮等，将其封装在胶囊中，在设定的高温下，胶囊破裂而发出气味。红外辐射测温则是通过测定巷道壁面的红外辐射能量而测定出煤壁表面温度。,四,、,煤炭自燃早期识别与预报,P,325,测温法操作简便，结果可靠，但也,存在局限,直接测温,由于采空区顶板的,垮落或底板裂变易引起测温仪表和导线的破坏和折断，在用钢套管保护也易被损坏。,无线电传感器,受采空区,高湿恶劣环境影响,难以成功应用,四,、,煤炭自燃早期识别与预报,P,325,气味剂法,因靠漏风传播气味，移动速度 慢、分布区域小，较难测取,当火源离巷道表面较远时，红外辐射测温仪因接触不到热表面就无能为力,热测定面临的最大问题还在于：,由于煤体的热传导能力非常弱，热量影响的范围很小,，有时钻孔即使打到火源附近1m，也觉察不到火源的存在,测试技术的国际调研,调研结果,德国,University of Bayreuth,Andreas Jess,Ignition point method,美国,MSHA,Alex Smith,自热温度法（,SHT,）,加拿大,能源与矿业部,Krivokuca,无，（低硫煤）,土尔其,中东技术大学,Tevfik G,yaguler,交叉点温度法,印度,中央采矿所,SC Banerjee,传统交叉点温度法,日本九洲大学,Masahiro Inoue,无,煤科总院,抚顺分院,钱国胤,流态色谱吸氧法,氧气的减少量(-O,2,),判断火灾的重要参数是氧气的减少量，即,-O,2,。,-O,2,的测算基于两个方面的假设,空气中的氧气含量为，惰性气体含量（的CO,2,气体不包括在内），包含除氮气以外的其它惰性气体视为氮气。,火区中的氮气没有被消耗，也没有被增加（除从空气中增加的氮气外）。如果氧气没有被消耗，那么 的比值应该为，该比值不受其它新加入气体的影响。,对于在任何情况下O,2,和N,2,的量，可以算出原始O,2,的量为：0.2648 N,2。,因此，消耗的氧气量，或者说氧气的差值即可以得到,一氧化碳的增加量(+CO)与一氧化碳指数,CO生成温度低，生成量大，其生成量随温度升高按指数规律增加，是预报煤炭自燃火灾较灵敏的指标之一。英国学者格雷哈姆 最先,提出CO/O,2,指标，即格雷哈姆比值，或CO指数,（O,2,ICO）,。,Graham比值判别煤炭初始自热现象，比其它标志性气体早数周时间。该比值最明显的优点是,不因供风量而变化,，因为供风量对该比值的分子和分母的影响都是一样的。,一氧化碳的增加量(+CO)与一氧化碳指数,Graham比值也有不足。,首先，该比值的在氧气消耗量很小的情况下精度很低。这个缺点也存在于其它含有氧气消耗量的判别指数中。,第二，该比值还受到那些不是因火灾而产生的CO的影响，包括从其它采空区运移过来的CO，或者进入火区的空气本身就含有一定量的CO。一般情况Graham比值小于。,如果Graham比值持续上升并且超过的话，就表明该矿井中有自热现象发生。,二氧化碳的增加量(+C0,2,)与二氧化碳指数,在火灾中，会产生大量的CO,2,，CO,2,/O,2,的值比CO/O,2,要大。当火灾由阴燃转为明火燃烧时，原来产生的CO燃烧成为CO,2,。因此，,如果同时发生CO,2,/O,2,升高和CO/O,2,降低的现象时，就表明火灾还在进一步的发展。,因为这两个比值的分母相同，所以CO和CO,2,在直线图上的具有相同的发展趋势。CO,2,指数与CO指数具有相同的,缺点,。另外，CO,2,会溶于水中，还受到固体对其吸附的影响，还会与火区中的气体及其它物质发生化学反应等。,碳氧化物比值（CO/CO,2,）P,326,碳氧化物比值被用来指示火灾的发展状况，在,火灾初期,阶段,碳氧化物比值上升,，在充分燃烧阶段，该值保持为一个常数。但是，当火灾形成富燃料燃烧时，,CO/CO,2,值将会快速上升,，并且该值也是指示富燃料燃烧较好的指标。该指标还,不受进风流、瓦斯和注氮的影响,，,因此广受欢迎（Mitchell，1990）。很明显，该指标会受到不是由于火灾而产生的CO和CO,2,的影响。,连续自动监测系统,P,327,束管监测系统,始于上世纪70年代：平庄古山矿,结合大窰沟煤矿束管监测系统,A 系统:地面色谱仪-抽气泵-束管水分过滤器粉尘过滤器采样点,B 管径:6,80mm,C 监测周期：每日数次,D 系统图：,连续自动监测系统,P,327,连续自动监测系统,P,327,矿井火灾监测与监控,A 用化学原理及传感器连续监测,B 利用监测系统监测,C 利用便携式CO报警仪，色谱仪检测,第四节 内因火灾的预防P,329,一、开拓开采技术措施,合理进行巷道布置,坚持正规地开采和合理的开采顺序,减少煤体破碎,二、防止漏风,沿空巷道挂帘布,利用飞灰充填带隔绝采空区,利用水砂充填带隔离采空区,利用可塑性胶泥堵塞漏风,采取“均压”措施，减少漏风,避免过度抽放,第四节 内因火灾的预防P,329,一、开拓开采技术措施,1 合理进行巷道布置,(1）采自燃煤层，且服务较长巷道尽量采用岩巷；,(2）区段内采用垂直重叠布置，少留煤柱；,（3）采用无煤柱护巷方式。,2 坚持正规地开采和合理的开采顺序,(1）尽量提高回采率；,(2）减少漏风，区段后退式。,3 减少煤体破碎,选择合适的煤柱尺寸，防止煤柱承压破碎。,第四节 内因火灾的预防 P,330,二、防止漏风,沿空巷道挂帘布,利用飞灰充填带隔绝采空区,利用水砂充填带隔离采空区,利用可塑性胶泥堵塞漏风,采取“均压”措施，减少漏风,避免过度抽放,酚基作用学说认为，煤的自热是由于煤体内不饱和的酚基化合物强烈地吸附空气中的氧，同时放出一定量的热量而造成的。,改扩建设计中要求防火门，但并安装；,高分子凝胶材料的不足在于其成本较高，且吸热与成胶能力均不如由水玻璃与碳酸氢铵构成的铵盐凝胶。,B 水浆成为泡沫，可避免浆体的流失,此外，作为一般的救灾原则，当进风井筒中发生火灾时，必须采取反风或停止主要通风机运转的措施。,II 自燃 =0.,当煤中残余瓦斯量大于5 m3/t时，煤往往难以自燃。,适用于采空区内已有自燃迹象，并抑制采空区中的火灾气体（一氧化碳等）涌到工作面，威胁工作面的安全生产。,尽可能小的收缩性；,促凝剂比例为50 kg/m3时，成胶时间为25 s。,1、烟流逆退:受热浮力的作用，热烟气在巷道顶部形成向进，回两个方向的流动。,粒度直径小于1mm以下时，着火点温度可能降低到190220。,但可采用燃油燃烧的惰气灭火。,三、均压防灭火,P,335,均压防灭火：,是,采用,风窗、风机、连通管、调压气室等,调压手段,，,改变通风系统内的压力分布，降低漏风通道两端的压差，减少漏风，从而达到抑制和熄灭火区的目的,。均压技术是在20世纪50年代由波兰汉贝斯特朗（H.Bystron）教授首先提出。,均压（“,以风治火,”），简单，成本最低，控制火势的发展常常,立竿见影,，深受现场欢迎。,均压分类：根据,煤矿井下煤炭自燃发,火区,域,是否封闭,，均压技术可,分为开区均压,和,闭区均压,两种类型,。,1、开区均压,P,336,开区均压：,通常是指在生产工作面建立的均压系统。,开区均压特点：,是在保证工作面所需通风风量的条件下，通过通风调节实施，尽量减少向采空区漏风，抑制煤的自燃，防止CO等有毒有害气体涌入工作面，从而保证正常生产的进行。,漏风通道和工作面周围的通道可以形成多种风流流动方式(如并联、角联和复杂联等)，开区均压也有几种不同类型。,（1）调节风窗均压,P,336,适用于工作面采空区内形成的并联漏风方式。通常,在工作面的回风巷内安设调节风窗,，使工作面内的风流压力提高，以,降低工作面与采空区的压差，,从而减少采空区中气体涌出。适用于采空区内已有自燃迹象，并抑制采空区中的火灾气体（一氧化碳等）涌到工作面，威胁工作面的安全生产。安设调节风窗后，通风巷道的压力如图所示。,（1）调节风窗均压,P,336,1 2 3 A 4,（2）局部通风机均压,P,337,有时为提高风路的压力，需,在风路上安设带风门的风机（即辅助通风机），,利用,风机产生的增压作用，改变风路上的压力分布，达到均压的目的。,下图为局部通风机调压原理（,P,337,上2行,风改压,）,（3）调节风窗与局部通风机联合均压,P,337,工作面采空区内部的漏风通道有时是比较复杂的，当相邻为采空区是，还有外部漏风，这些最后都要经过经回采工作面上隅角排出。因此,采空区的自燃征兆往往是从上隅角表现出来的,。,调节风门与扇风机联合均压常常,采用工作面进风巷安设扇风机,而,回风巷安设调节风门,的,联合均压,措施,。,（3）调节风窗与局部通风机联合均压 P,337,2,、,开区均压,P,336,闭区均压：,就是,对,已经,封闭的区域,进行,均压,。,闭区均压作用：,即可以,防止封闭区,中的,煤炭自燃,，又可,加速封闭火区的熄灭,。,常用的闭区均压主要技术措施,有：,1）并联风路与调节风门联合均压,2）调压风机与调节风门联合均压,3）连通管均压,（1）并联风路与调节风门联合均压,P,338,（2）调压风机与调节风门联合均压 P,339,（1）并联风路与调节风门联合均压,P,340,四、预防性灌浆 P,340,预防性灌浆的机理（作用）：,包裹碎煤，阻止氧化；,泥浆及固态物充满缝隙并覆盖浮煤之上，形成泥浆带，防止漏风；,冷却散热作用。,预防性灌浆系统：,水池-,制浆泵水枪-黄泥-制浆畀子立孔-井下干管-支管-灌浆钻孔-火区。,四、预防性灌浆 P,340,1 泥浆固体材料的选择,易溶水性；,渗入性；,尽可能小的收缩性；,易脱水性；,不含可燃物与催化剂；,便于开采，运输，制备。,四、预防性灌浆 P,342,2 泥浆的制备与运输,水土比,:(36):1,管路倍限：,静压输送时：,N=L/H,加压输送时：,N=L/（H+h),式中 N-管路倍限;,L-管路总长，m;,H-浆液入出口高差，m;,h-泥浆泵的压力高程，m。,四、预防性灌浆 P,340,四、预防性灌浆 P,340,b 称胶前的液态易于渗入煤的裂隙和微小孔隙与煤体形成凝胶整体，封堵了漏风通道；,5、注浆灭火 P354,3、氮气 P346,如果由于火灾的发生，主干风路的进风量可能下降，这种现象称之为节流效应。,4）井下火风压形成过程：,英国学者格雷哈姆 最先提出CO/O2指标，即格雷哈姆比值，或CO指数（O2ICO）。,它不仅是恰当地设计采煤方法，选择采区规模，合理设计矿井通风和风压条件的重要依据之一，也是采取适当措施存储的重要依据。,惰气发生装置的特点是产生的惰气量大，如燃烧煤油的喷气式发动机，当燃烧速率为0.,火区中的氮气没有被消耗，也没有被增加（除从空气中增加的氮气外）。,这就是所谓的吸收热（有时也叫湿润热）会促使煤的温度升高。,产生外源火灾的三个必要条件是：有可燃物存在、有足够的氧气和足以引起火灾的热源。,二氧化碳的使用成本一般高于氮气。,第二，某些通往火区的巷道处于较低的水平，水淹这些巷道是为了防止这些巷道火区供风。,因此，可以说，煤的自燃性随着其孔隙率、破碎度的增加而上升。,四、预防性灌浆 P,342,3 预防性灌浆方法-,随采随灌分为,（1）钻孔灌浆；,（2）埋管灌浆；,（3）工作面洒浆或插管灌浆,按与回采的关系划分：,采前预灌；,随采随灌；,采后封闭灌浆，三种。,四、预防性灌浆 P,340,采前预灌：,是在工作面尚未回采前对其上部的采空区进行灌浆。这种灌浆方法适用于开采老窑多的易自燃、特厚煤层。,采后注浆：,是采空区封闭后，利用钻孔向工作面后部采空区内注浆。,随采随灌：,是随着采煤工作面推进的同时向有发火危险的采空区灌浆，这是预防性灌浆采用的主要方法。,（1）钻孔灌浆,从底板或钻窝打钻注浆,（2）埋管注浆,（3）工作面洒浆或插管灌浆,从回风巷灌浆管上接出一段浆管，沿倾斜方向向采空区均匀地洒一层泥浆。,洒浆量要充分，使采空区新冒落的矸石能均匀地为泥浆包围。洒浆通常作为埋管灌浆的一种补充措施，使整个采空区特别是下半段也能灌到足够的泥浆。,对综采工作面常采用插管灌浆的方式，即注浆主管路沿工作面倾斜铺设在支架的前连杆上，每隔20m左右预留一个三通接头，并分装分支软管和插管。将插管插入支架掩护梁后面的跨落岩石。,四、预防性灌浆 P,340,4 预防性灌浆安全措施,P,343,(1)预防堵管；,(2)防止跑浆；,(3)防止馈浆；,(4)设置虑浆密闭和排水道。,五、阻化剂,P,344,阻化剂也称阻氧剂,。将其溶液喷洒在采空区的煤壁或者煤块上，具有阻止煤的氧化和防止煤的自燃的作用，因此称为阻化剂。,阻化剂包括如,氯化钙（CaCl,2,）、氯化钠（NaCl）、氯化镁（MgCl,2,）、水玻璃(Na,2,SiO,3,)等,无机盐类化合物,。,六、惰性气体,P,345,可以被用作矿井防灭火的惰性气体主要有,1 CO,2,2 燃烧惰性气体,3 氮气,1、二氧化碳,P,345,二氧化碳的,密度,相对于空气是，利用其密度大的特点可用来对付矿井中发生在,位置较低处的火灾,；但是，二氧化碳对控制水平和或工作面的火灾效果就较差。,二氧化碳作为惰性气体防灭火存在以下,不足,：,二氧化碳易溶于水，因此在潮湿的环境下要损失部分气态二氧化碳。,二氧化碳比较容易吸附在煤体和烧焦的煤炭上，甚至比瓦斯的吸附性更强。当二氧化碳与燃烧成白炽的碳化物的表面相接触时，二氧化碳就生成一氧化碳。,二氧化碳的使用成本一般高于氮气。,2、燃烧产生的惰性气体,P,345,将火区封闭后，火区内的氧气将被消耗而成为烟气。烟气的主要成分是二氧化碳、氮气和水蒸气，这样的混合气体可看作是窒息火区的惰性气体，会使火区惰化，使火势熄灭。但是，这样的混合气体可能含大量的可燃性气体，如果有新鲜空气进入的话，就可能发生爆炸。直接利用火灾气体灭火，因实际使用困难，很少采用；但,可采用燃油燃烧的惰气灭火。,2、燃烧产生的惰性气体,P,345,目前，国内外矿山救护队一般装备有用燃油燃烧的惰气发生装置。惰气发生装置的特点是产生的惰气量大，如燃烧煤油的喷气式发动机，当,燃烧速率为0.7 kg/s 时,，会产生,30 m,3,/s的惰性烟气,，发动机在产生大量烟气的同时，还会产生大约30MW的电力，可以作其它用途。为使惰气装置灭火性能更优，需用水对烟气进行冷却处理，经冷却的湿式惰气注入火区，可快速控制火势、窒息火区。,3、氮气,P,345,（1）氮气防灭火的优缺点,优点,缺氧惰化，迅速灭火；,使火区产生正压；,因膨胀产生吸热作用，是火区降温；,与空气密度相近，易混合；,无污染，无腐蚀，不损坏设备。,3、氮气,P,346,（1）氮气防灭火的优缺点,缺点,火区漏风时，氮气易流失，不象泥浆那样持久；,降温持续时间长，易复燃；,有窒息性。,3、氮气,P,346,（2）氮气制取,P,346,表11-4,膜分离技术制取；,深冷空气，制取氧气时生产的液氮；,变压吸附。,（3）注氮工艺,埋管注氮、地面打孔、堵漏、放气、监测氧气浓度等等。,现场应用,某矿截至2004年7月31日，制氮装置已累计向采空区注氮,300 万m,3,（地面钻孔的注氮量，不包括井下密闭的）采空区的氧含量持续低于,5。,钻孔编号,注浆量/m,3,南四JXZD-700型制氮机,南二DM-600型制氮机,制氮机组,七、凝胶 P,347,胶体：,是指,含分散颗粒的尺寸在1100 nm的水溶液,。在,适当的条件下，溶胶或高分子溶液中的分散颗粒相互联结成为网络结构，水介质充满网络之中，体系成为失去流动性的半固体状态的胶,冻，处于,这种状态的物质称为凝胶,。,凝胶,介于,固体与液体之间的一种特殊状态,，固体特征（无流动性，有一定的几何外形，有弹性、强度和屈服值等。但另一方面它又保留某些液体的特点，例如离子的扩散速率在以水为介质的凝胶中与水溶液中相差不多。,封阻煤体中的裂隙或扑灭高位处的火灾,，凝胶较其它防灭火介质具有优越性。,七、凝胶 P,348,1 凝胶防灭火的特点,a 凝胶90,0,/,0,水，充分发挥了水的灭火作用；,b 称胶前的液态易于渗入煤的裂隙和微小孔隙与煤体形成凝胶整体，封堵了漏风通道；,c 凝胶包裹了煤体表面，隔绝与氧气反应；,d 凝胶稳定性好，在高温下仍有很好的完整性，不破灭；,e 凝胶具有阻化性，成交时间可以控制。,七、凝胶 P,348,防灭火凝胶材料选择原则,无毒、无害、无腐蚀、无污染；,价格低、,工艺简单、经济实用,；,具有良好的,堵漏性,；,具有良好的,耐高温,性；,具有良好的,渗透,性；,具有良好的,吸热,性。,（1）无机凝胶 P,348,无机凝胶主要由基料、促凝剂和水按照一定比例配置成水溶液。,成胶的过程是一个吸热过程。,由两种原料在水中经过物理或化学作用形成的胶体，通常把主要成胶原料称为基料，把促成基料成胶的材料称为促凝剂或胶凝剂。,（1）无机凝胶P,348,在矿井防灭火常用的,硅凝胶,，,水玻璃是基料,，,碳酸氢铵或硫酸氨或铝酸钠为促凝剂,。,无机凝胶,存在,失水后会干裂、粉化和灭火后的火区易复燃的不足。,防火时，基料810%，促凝剂35%；灭火时，基料68%，促凝剂24%。,基料与促凝剂在水溶液中的比例越大，成胶时间越短。当基料为90100kg/m,3,时，促凝剂比例为20 kg/m,3,，成胶时间为78 min；促凝剂比例为3O kg/m,3,时，成胶时间为34 min；促凝剂比例为50 kg/m,3,时，成胶时间为25 s。,（1）无机凝胶 P,348,促凝剂为碳酸氢氨的凝胶,，,防灭火性能好，成本低，但碳酸氢铵在低温下容易分解，具有很大的刺激性气味氨味。,采用偏铝酸钠等其它促凝剂，可以避免产生有害刺激性气体，但是形成的凝胶的防灭火性能和稳定性稍差，成本也高一些。,（2）有机凝胶（高分子凝胶）,P,349,有机凝胶,也称高分子凝胶。高分子凝胶是指分子量很高（通常为10,4,10,6,）的,高分子化合物的溶液,。这种高分子化合物,吸水能力很强，与水接触后，短时间内溶胀且凝胶化，最高吸水能力可达自身重量的千倍以上。,目前用于矿井的高分子防灭火材料以聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠为主要成分。这种胶体材料与水玻璃凝胶相比，使用时仅采用单种材料，使用量小，通常为0.30.8%，在井下使用方便，且对井下环境无污染。,这种胶体附着力强，可充分包裹煤炭颗粒，隔绝与氧气的接触,。,高分子凝胶材料的,不足在于其成本较高，且吸热与成胶能力均不如由水玻璃与碳酸氢铵构成的铵盐凝胶。,（3）复合胶体,P,349,在黄土、粉煤灰或其它原料的泥浆中,，将,成胶材料按一定比例添加到泥浆中，使泥浆稠化，形成浆体凝胶，也称复合胶体。,因复合胶体含有固体介质，即使,胶体脱水后仍可较好地包裹煤体，可克服一般水凝胶的缺点,，因而,具有更好的防灭火性能。,3、注凝胶工艺,P,349,P,349,图11-33,双箱双泵凝胶压注系统,八、三相泡沫,P,350,氮气,粉煤灰,或黄泥,水,三相泡沫,三相泡沫特点,P,350,A 可向采空区高处堆积,B 水浆成为泡沫，可避免浆体的流失,C 粉煤灰或黄泥固体颗粒的分布更为均匀，提高了防灭火的有效性,D 氮气被