火灾学100分.docx

计算题
例题2 已知煤气的组成为：H2－12.4%；CO－27.3%；CH4－0.7%；N2－53.4%；CO2－6.2%。求煤气的爆炸极限。
解：为了方便计算可以把可燃气体和惰性气体编为三组：H2和CO2为第一组；CO和N2为第二组；CH4单独为第三组。根据可燃气中含有惰性气体时爆炸极限的求法易知，第一组和第二组混合气体在整个混合气体中的体积百分数分别为：12.4%+6.2%=18.6%和27.3％＋53.4％＝80.7％。
各组中惰性气体与可燃气的组合比为：
CO2 /H2=6.2/12.4=0.5
N2 /CO=53.4/27.3=1.96
查图可知，第一组混合气（H2＋CO2）的爆炸极限为6.0％～70％；
第二组混合气（CO＋N2）的爆炸极限为40％～73％；而CH4的爆炸极限为5％～16％，将以上数据带入公式有：

＝19.00％

＝70.68％

（不考）例题1 已知某可燃混合气的组成为：H2－18.3%；CO－18.6%；CH4－3.5%；C2H6－6.2%；C2H4－24.8%；H2S—28.6％，求该混和可燃气的爆炸极限。
v 解： 查表可知，H2、CO、CH4、C2H6 、C2H4、H2S气体爆炸下限分别为4%、 12.5％、5 %、3.22％、2.75％、4.32％；爆炸上限分别为74.2%、75%、16%、12.45％、28.6％、45％。
v 因此，混和气体的爆炸下限为：

＝4.18％
同样，混和气体的爆炸上限为：

＝35.94％
一．名词解释10*1=10分
1.预混燃烧
在井下一定环境条件下，可燃气体与空气在着火前已经预先充分混合，且其浓度处于燃烧（爆炸）界限之内，遇火源即会发生燃烧，称为预混燃烧。这种燃烧在混合气体分布空间快速蔓延，在一定条件下还会转变为爆炸。
2. 轰燃
轰燃是受限空间火灾局部缓慢燃烧发展到空间内所有可燃物突然全面快速燃烧的特殊火行为，其特点是在一定受限空间中所有的可燃物几乎同时被点燃。
3. 临界温度Tc也称自热温度 是能使煤自发燃烧的最低温度。
一旦达到了该温度点，煤氧化的产热与煤所在环境的散热就失去了平衡，即产热量将高于散热量，就会导致煤与环境温度的上升，从而加速了煤的氧化速度并又产生更多的热量，直至煤自燃起来。
4.煤的自然发火期是煤炭自然发火危险性的时间量度，即煤体从暴露在空气环境之时起到自燃（温度达到该煤的着火点温度）所需的时间。
5. 链烷比
各种烷烃气体的产生及其浓度之间有一定的联系，可以通过它们之间的浓度比值对煤自燃的发展阶段进行判断，通常称这些比值为链烷比。
6. 凝胶
胶体是指含分散颗粒的尺寸在1~100 nm（1nm=10-9m）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。
7. 均压防灭火
就是采用风窗、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。
均压作为一种“以风治火”的技术
8. 注浆防灭火就是将不燃性注浆原料（黏土、粉煤灰、矸石以及砂等固体材料）细粒化后与水按一定配比制成悬浮液，利用静压或动压，经由钻孔或输浆管路水力输送至矿井防灭火区，以阻止煤炭氧化或扑灭已自燃的煤体。
9. 三相泡沫防灭火技术
三相泡沫防灭火技术集固、液、气三相材料的防灭火性能于一体，充分利用粉煤灰或黄泥的覆盖性、氮气的窒息性和水的吸热降温性进行防灭火。
10. 离子式烟雾传感器：
放射性元素辐射的α或β射线，可使两个电极间的空气离子化，并在两电极间形成离子电流。烟雾进入传感器感应室后俘获离子化分子，使两电极间的离子电流减小，通过测量分析离子电流的变化实现对烟雾浓度的监测。
二 .填空 10*1分=10分
1. 煤氧复合作用假说得到了国内外的广泛认可。
2. 目前，制取氮气主要有深冷空分、变压吸附和膜分离三种方法。
3. 浆液的输送倍线是指从地面注浆站至井下注浆点的管线长度与垂高之比即 N=L/H
一般情况下，浆液的输送倍线值最好在5~6范围内变化。倍线过大，则相对于管线阻力的压力不足，浆液输送受阻，容易发生堵管现象；倍线过小，浆液出口压力过大，对浆液在注浆区内的分布不利。
4．发泡器主要采用射流喷射的原理，主要部件之一是内置的 文丘里管
5.地面分析型束管监测系统主要由采样系统、监控装置、气样分析、数据贮存及显示报警等部分组成。
6.监测传感器的动作1）烟流温度和烟雾浓度达到预定报警限 2）已达到预定报警限的烟流到达传感器
3）传感器响应 现有监测传感器的响应时间t3一般为30s~60s。
7. 矿井安全监测系统一般由三部分组成：① 中心站；② 信息传输装置；③ 传感器和执行装置。
8.一般将煤炭自燃过程大体分为3个阶段：① 准备期；② 自热期；③ 燃烧期
9．爆炸极限的影响因素 (1) 初始温度(2) 初始压力影响(3) 惰性气体影响(4) 点火能影响
10. 根据可燃物燃烧过程的差异，燃烧可分为：分解燃烧、表面燃烧、蒸发燃烧、扩散燃烧和预混燃烧这五种基本燃烧形式。

三． 选择题
1. 负燃料燃烧时，燃烧在较大范围进行，致使风流中的氧气几乎耗尽，但剩余氧气浓度一般低于（）
A.2% B.3% C.4% D.5%
2.不同粒度煤物理吸氧量
随着煤粒度不断变小，其吸氧量相应增加，在粒径为0.109mm左右达最大值，而后逐渐下降，其中褐煤在粒度为0.15mm以后的吸氧量变化比较明显，这是由于褐煤变质程度低，存在大量的微小孔隙，这些孔隙对物理吸附起到重要作用，一旦粒度太小之后破坏了这些微孔隙结构，那么其物理吸附能力反而有所下降。
四．问答题8*6分=48分
1. 煤自燃的实质是什么？影响煤自燃的内在因素和外在因素有哪些？
煤自燃实质
煤在常温环境下会与空气中的氧气通过物理吸附，化学吸附和氧化反应而产生微小热量，且在一定条件氧化产热速率大于向环境散热速率，产生热量积聚，使得煤体温度缓慢而持久的上升，当达到煤的临界自热温度后，氧化升温速率加快，最后达到煤的着火点温度而燃烧起来，这种现象和过程就是煤的自然。
(一)内在因素
1. 煤化程度 一般说来，煤的煤化程度愈低，挥发分就愈高，氢氧含量就愈大，其自燃危险性就愈大。
2. 煤的水分 （1）水分在煤炭自燃初始阶段的催化作用 （2）水分对煤炭自燃的阻化抑制作用
3. 煤岩成分 不同的煤岩成分有着不同的氧化性，氧化趋势按下列顺序降低：镜煤、亮煤、暗煤、丝煤。在常温条件下，丝煤是自燃中心，起着引火物的作用。
4. 煤的含硫量 煤中含黄铁矿越多往往就越容易自燃。
5. 煤的粒度与孔隙结构 一般认为粒度在1mm左右时煤的氧化性较强。
6. 煤的瓦斯含量 一般认为，当煤中残余瓦斯量大于5m3/t时，煤往往难以自燃。
(二) 外在因素
1. 煤层地质赋存条件 煤层地质赋存条件主要是指煤层厚度、倾角、煤层埋藏深度、煤层的地质构造及围岩性质等。
2. 采掘技术因素 采掘技术因素对自燃危险性的影响主要表现在采区回采速度、回采期、采空区丢煤量及其集中程度、顶板管理方法、煤柱及其破坏程度、采空区封闭难易等方面。
3. 通风管理因素 只要能严密堵塞漏风通道，降低压差，即可大大减少矿井的自燃发生。根据采场通风方式可以看到，后退式“U”型、“W”通风方式有利于防治自燃，“Y”型和“Z”型通风方式易促进采空区自燃。
2. 煤低温氧化过程的升温与产热特性？
(一) 煤低温氧化过程的升温特性
在研究煤自燃的众多方法中，国内外普遍认为绝热氧化法最能充分反映煤的升温特性，它较直观、完整地表征了煤自热氧化状态和过程，能反映出煤仅仅依靠自身氧化放热而呈现的升温特性。
在绝热氧化的条件下，煤升温特性主要有：
（1）变质程度不同的煤升温速率不同，自燃倾向性高的煤温度升高得比较快；
（2）在低温范围内氧化时，随着氧化的持续进行，煤的温度越来越高，在较低温度时，煤温上升比较慢，在40~70℃范围时与时间形成比较明显的线形关系；当温度超过一定数值时，温度迅速增高；
（3）升温速率亦随温度的上升而增大，低温范围内温度越高，温升速率增加的越快。
(二) 煤低温氧化过程的产热特性
煤的放热特性可以归纳为：
（1）自燃倾向性不同的煤，在自燃过程中的产热速率不同，表现为自燃倾向性较高的煤，如变质程度最低的褐煤，其自燃过程中产生的热量较大，而自然倾向性较低的煤，如高变质的无烟煤，自燃过程中产生的热量较小。
（2）随着煤样温度的升高，煤的氧化放热速率逐渐增大，且温度越高放热强度随温度升高的幅度越大；
（3）在低温范围内（如室温至85℃），由于实验用煤及测试方法不同，对煤的产热特性的研究结果没有取得一致。部分学者研究发现煤的产热量较小，而另一些学者则发现煤的低温氧化阶段表现出吸热特性。

3.采空区“三带”的概念，怎么划分？
（1）不自燃带。不自燃带紧靠工作面开采空间，其宽度一般在工作面向采空区内部延伸5 m~25 m以内。
（2）自燃带。自燃带大致位于不自燃带向采空区内部延伸25 m～60 m的范围内。自燃带的宽度受顶板岩性、冒落岩石块度、压实程度、工作面端点通风压差等因素的综合制约。
（3）窒息带。自燃带之后的大部分采空区为窒息带，该区域内冒落岩块已基本压实，漏风基本消失，氧气浓度下降而无法维持煤氧化自燃过程的持续发展。
当前现场常用的划分方法主要有以下两种：
(1) 根据氧气浓度划分
①不自燃带：O2%＞15%。该区域具备充足的供氧条件，但由于漏风大造成煤氧化自燃初期产生的微小热量随风散失，煤的氧化过程始终停留在缓慢发展阶段，不易发生煤自燃现象。
②自燃带：15%≥O2%≥5%。该区域既具备充足的供氧条件，又由于漏风量较小，氧化蓄热环境较好，煤的氧化自热过程得以持续进行，最终导致煤自燃的发生。
③窒息带：O2%＜5%。该区域由于缺氧，煤氧化自燃过程将无法进行。
(2)据根采空区漏风流速划分
① 自燃带，流速＞0.24 m/min；②自燃带，0.24 m/min≥流速≥0.1 m/min；③窒息带，流速＜0.1 m/min。该划分标准一般不被采用。
4．自燃早期预报中气体分析法中选择指标气体时的选择原则
（1）灵敏性。煤矿井下一旦有发生煤炭自燃的趋势，或煤温超过一定值该指标就会发生明显变化，且随煤温的升高变化趋势稳定。
（2）规律性。同一煤层或采区的煤在热解时产生指标所涉及气体的初始温度基本相同或差别不大，生成量与煤温有较好的对应关系，且重复性较好。
（3）可测性。现有的仪器设备能够及时检测到指标所涉及气体的产生和变化，且方便准确。
5.防止煤炭自燃开采技术措施有哪些？
1、采用合理的矿井开拓方式和巷道布置
(1) 优化矿井设计 简化巷道布置，规范巷道设计，应尽量不打或少打辅助巷道，避免其对煤层或区段采场完整性的破坏。应尽量减少区段巷道联络巷、切眼联络巷等形式的各类联络巷，使区段巷道构成简单化。
(2) 合理进行巷道布置 1）采用岩石巷道2）区段煤巷采用垂直重叠布置3）理安排采掘关系
2、坚持合理的开采方法和开采顺序
1 采用合理的采煤方法2、采用无煤柱开采 3、坚持正规的回采顺序 4、加快回采速度，使氧化自热区在较短的时间内变为窒息区，可以有效地减少自燃发展阶段漏风量对煤氧化的作用时间，降低自然发火频率。
3、控制矿山压力、减少煤体破碎 1）加强巷道顶板支护 2）分层开采下分层顶板管理
4、合理的通风系统 矿井通风网络结构简单、实现分区通风、通风阻力小、风流稳定可靠、通风设施布置合理。
(1) 风网简单、结构合理 开采自燃煤层的大中型矿井，以中央分列式和两翼对角式通风方式为好
(2)合理的通风设施布置 (3)合理的工作面通风方式 (4)减小矿井通风阻力 (5)加强日常通风防灭火管理
6. SF6瞬时释放法释放方式主要技术要点：
① 准确把握第一次采样时间
一般讲，小范围的漏风区域可在放样5分钟以后开始采样，大范围的漏风区域不应超过30分钟。
② 合理安排采样间隔时间
同一采样地点需多次采取气样，两次采样的时间间隔初期可取5～10分钟，后期可以长一些。一般讲，同一采样点采样10次左右就足以检测出SF6的最高浓度点。
③ 及时分析样品
样品中SF6的浓度随采样时间的增长而降低，所以采集到气样后应立即进行气样分析，最迟不能超过24h。
④ 保证地面分析测试环境空气清洁
开展测试工作前要先对分析仪器的环境进行通风，确保该环境内不得含有SF6。灌装SF6的压气瓶一定不能与分析仪器放置在同一室内。
7.目前井下防灭火注氮方式有哪些？方法有哪些？主要技术参数有那几个？
1、注氮方式
根据注氮区域空间的封闭与否，注氮方式可分为开放式注氮和封闭式注氮。
2、注氮方法
1）埋管注氮2）拖管注氮 3）钻孔注氮4）插管注氮5）密闭注氮6）旁路式注氮
注氮技术参数
注氮管路压力、管路直径、注氮量、注氮位置等
8.三相泡沫有哪几部分组成？三相泡沫防灭火原理是什么？
一、组成
1、固相成分 三相泡沫的固相成分主要是粉煤灰或者黄泥，用于制备三相泡沫的是干飞灰或是干飞灰的浆液；
2、液相成分 水介质，缺水时可用井下抽到地面的废水
3、气相成分 三相泡沫的气相成分可以采用空气、氮气、二氧化碳等不溶于水或较难溶于水的气体。首选氮气。
三相泡沫防灭火机理
v （1）包裹煤体，隔绝氧气，封堵漏风通道与煤体裂隙
v （2）吸热降温，降低煤体和周围环境的温度
v （3）降低采空区氧气浓度，抑制煤的氧化，窒息自燃的煤体
v （4）润湿煤体，增加煤体的湿度
v （5）抑制煤体自由基的产生，阻断已有自由基和官能团的链式反应

选择题 10分
甲烷的浓度小于1.4%时便不能燃烧；低于595℃的热源就不能使瓦斯与空气的混合气体燃烧；几乎所有的有火焰的燃烧都会在氧气浓度低于10～12％时熄灭
1. 爆炸上、下限
v 在爆炸极限中将浓度的最高和最低数值分别称为爆炸上限和爆炸下限。例如甲烷的下限为5%，上限为16％；煤尘爆炸的下限为30～50 g/m3，上限为1000～2000 g/m3。
v 可燃性混和物的爆炸极限范围越宽，其爆炸的危险性越大，这是因为爆炸极限越宽那么出现爆炸条件的机会就越多。
v 实际上，在煤矿井下易爆炸气体的管理工作中，更为关注的是可燃气体的爆炸下限。如：采区回风巷、采掘工作面回风巷中的瓦斯浓度不得超过1%，矿井总回风巷或一翼回风巷中的瓦斯浓度不得超过0.75%。
2.灭火注氮量，原则上是最初强度要大，将火势压住，然后逐渐降低注氮强度。若回风敞口，注氮量不得小于9.2 m3/min；全封闭时，可控制在8 m3/min。