矿井防灭火.docx

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矿井防灭火

矿井防灭火

一、概述

（一）矿井火灾及特点

矿井火灾，狭义讲即井下火灾，它是指发生在煤矿井下或矿井地面井口附近而威胁井下安全生产和人员安全的火灾。

火灾发生的基本要素，一是要具有可燃物，二是要有一定温度和足够热量的热源，三是要有一定氧浓度的空气。

目前国内外常根据引火源的不同，把矿井火灾分为内因火灾和外因火灾。

内因（自然）火灾是煤等自燃物在适当的通风供氧条件下，产生热量积聚并达到着火点而形成的火灾。

其特点是它的发生有一个比较缓慢的有规律的演变过程，而且有预兆；火源隐蔽，增加了灭火的难度，以致有的自然火灾可以持续数月、数年、数十年。

在整个矿井火灾事故中，内因火灾占的比例大，因而是矿井防灭工作中的治理重点。

外因火灾是由外部高温热源引起可燃物着火而形成的火灾。

其特点是发生突然，来势凶猛，如不能及时发现，可酿成恶性事故；燃烧往往是在表面，如发现及时，还是容易扑灭的；发生的时间和地点无预兆，往往出人意料。

（2）矿井火灾的危害

矿井火灾是煤矿的严重灾害之一，其危害很大，主要表现在：

（1）直接威胁井下人员的生命安全。

矿井火灾对人的危害，主要是在火灾发展期间产生大量的有毒有害气体所造成。

据国内外统计，在矿井火灾事故中遇难人员95%以上是烟雾中毒所致。

（2）火灾发生后，造成火风压，出现风流逆转现象，使火情扩大，破坏矿井的正常通风系统。

（3）造成国家资源的损失。

发火后封闭火区将冻结大量可采煤量，严重地影响到矿井的寿命。

（4）使国家财产遭受严重损失。

发火后有时要烧毁高昂设备或将其来不及撤除就被封闭在火区内；从灭火救灾到启闭火区恢复生产，需要动用大量的人力、物力和财力；停产所造成的损失。

（5）矿井火灾产生的高温火源可能引起瓦斯煤尘爆炸。

二、煤炭自燃发火

（一）煤炭自燃的条件

1）煤具有自燃倾向性，即自燃的可能程度；

2）开采过程中，遗留的浮煤量大而集中。

3）漏风供氧，蓄积的热量难以散发；

4）时间因素，即破碎的煤炭长时间地、超过其自燃发火期地处于漏风供氧蓄热的条件下，煤炭将由自热而发展到自燃。

（二）煤炭自燃的影响因素煤从常温发展到自燃是由它的内在因素和外在因素决定的。

1．内在因素（煤的自燃倾向性）

1）煤化程度。

煤化程度是影响煤炭自燃倾向性的决定因素，一般认为，煤化程度越高，自燃倾向性越小。

2）煤岩成份。

煤炭从岩石学结构角度分为丝煤、亮煤、镜煤和暗煤。

其氧化能力按镜煤、亮煤、暗煤和丝煤递减。

3）煤的含硫量。

煤中含硫矿物越多，越易自燃。

统计资料表明，含硫量大于3%的煤层均为自燃发火煤层。

4）水份。

一定量的水份有利于煤的自燃，而过湿则会抑制煤的自燃。

2．外在因素

1）煤层赋存情况及地质因素。

煤层厚度和倾角越大，自燃危险性越大；煤埋藏越深，其地温越高，可增加自燃危险性；煤层受地质作用破坏的地点，自燃发火比较频繁；煤层顶底板岩石坚硬，煤柱最易受压碎裂，造成漏风，煤炭易自燃。

2）开采技术因素。

矿井开拓方式和采区巷道布置，即决定保护煤柱的数量及其大小，又决定所留煤柱受压与破裂成度，即决定可燃物的分布和集中情况，又决定向这些可燃物供风时间；采煤方法和采煤工艺影响煤炭自然的决定因素是采出率，工作面推进速度和采空区管理。

3）通风条件。

通风因素的影响，主要是取决于漏风。

漏风与自然发火关系相当密切，如果漏风过大或过小都很难造成自然发火，漏风量不大不小时最危险。

所以采空区、煤巷高冒处和压碎的煤柱地点的漏风，往往会发生自然火灾。

漏风的决定因素：

一是通风风路风阻；二是漏风风路两端的压差，消除漏风一方面要从严密堵塞漏风通道入手；另一方面，则要降低压差。

根据上述分析，煤炭自然火灾的发生，不能单靠某一个或几个因素来决定，而是上述影响煤炭自燃诸因素综合作用的结果。

国外一些煤炭工业发达的国家在判定煤层自燃危险程度时，以实验室的自燃倾向性指标作为基数。

然后，再根据不同的地质赋存条件，开拓、开采、通风条件分类评分，有利于自然发火的为正分，不利于自然发火的为负分。

最后，将基数和各项条件的评分加在一起，依其总和来判断矿井自然发火危险程度。

煤层自然发火期是自然发火危险程度在时间上的度量，发火期愈短的煤层自燃危险程度愈大。

从理论上讲，煤层自然发火期是指在开采过程中暴露无遗的煤炭，从接触空气到发生自燃的一段时间。

它的长短不仅公取决于煤的自燃倾向性，而且还与煤层的自燃危险程度、煤炭氧化生热与聚热的条件有关。

（三）综放工作面自然发火的规律及特点自然发火是制约综放工作面实现高产高效的主要因素之一。

综放工作面自燃发火的规律

1）厚煤层开采，煤层自燃发火倾向性一般较强。

自燃发火期在3-6个月的居大多数；1-3个月，甚至几十天的有；半年以上到一年的也有。

开采自燃倾向性高的厚及特厚煤层是形成自然火灾的基本条件。

2）浮煤丢失较多而且集中综放开采属于半控制性开采，采空区内大面积丢煤，特别是工作面上下端头支架部位顶煤为易放出，更易形成大量集中丢煤，丢失浮煤是造成自然发火的主要隐患

3）有漏风供氧条件

综放开采一次开采高度大，采空区漏风比较难于控制；特别是临近老采区采用无煤柱开采时，或者综放工作面通过残采区，旧巷多；采区上下段、层间、区间漏风更难以控制；浅部开采还有地表漏风，都是综放开采采空区发生自燃的主要条件。

4）有较好的聚热氧化环境综放开采放顶煤形成采空区的高度大，浮煤丢失集中易于氧化聚热。

2．综放工作面自燃发火的特点综放工作面难以保持快速推进

（1）综放工作面推进速度慢是其突出的特点，当煤层地质条件复杂，设备不配套、不合格，生产能力不协调时，尤其当两巷维护困难时，工作面就更难以快速推进，工作面推进速度慢是综放工作面发生自燃的重要原因。

（2）急斜煤层采用水平分段顶煤，缓斜煤层预采分层放顶煤开采容易引起自然发火。

以上两类采煤方法都有二次或多次揭露顶层浮煤的特点，故易于引起自然火灾。

（3）巷道冒高引起发自燃是放顶煤开采的又一特点综放工作面的风巷均是沿煤层底板掘进。

顶煤厚度大，易破碎，尤其是在松软煤层中，支护不及时，支护质量不佳，极易发生局部冒高。

如果对于巷道高点处理不及时就会发生自燃。

（4）回采结束后，不及时回撤设备而引发遗煤自燃采煤工作面临近结束时，浮煤堆积较多，如若设备回撤不及时，停采线就不能及时封闭，浮煤极易自燃。

总之，大量的资料表明，综放工作面的进、回风两巷，开切眼，停采线，特别是采空区的进风侧（即进风巷的旧遗迹内）都是最易发生自然发火的地点。

（4）煤炭自然发火的初期征兆以及早期发现煤炭自燃的初期征兆，人体的感官可以觉察到：

（1）视力感觉。

巷道中出现雾汽或巷道壁有“出汗”现象。

（2）气味感觉。

煤从自热或自燃的过程中，氧化产物中有各种碳氢化合物，所以在井下可闻到煤油味，汽油味或焦油味。

（3）温度感觉。

从煤炭自热或自燃地点流出的水温较高，出水温度一般大于25C。

空气与煤壁温度骤增，气温较常温一般要高出约10C，皮肤有一种热感，周身不适。

（4）人体不适感。

比如头痛，闷热、憋气、四肢无力和精神疲乏等。

这与空气中有害气体（CO、CO2）的浓度增加有关。

人的感觉可以作为识别早期自燃的一种方法，实际上井下火灾一般都发展到一定阶段后，才被人们所发觉。

为了尽早而准确地发现井下自然火灾，应及时在井下采取气样进行化验分析，观测CO的绝对发生量来预测自燃发火。

目前国内外研制成功的束管法连续监测井下自燃发火技术，还有近年来研制成功的红外辐射测温仪都是早期预报自燃火灾的一项有效方法。

三、矿井火灾在与火灾作斗争的工作中，必须坚持“预防为主，消防并举”的指导方针，这也是防治火灾必须遵循的原则。

针对矿井火灾发生的条件，提出和制定防火技术措施，以控制矿井火灾的发生，提高矿井的抗灾能力。

（一）外因火灾的预防

1防止火灾的产生

（1）采用不燃性材料支护，尽量不用或不用可燃性材料制品，不得不用时应予潜在热源保持一段距离；贯彻执行可燃物和易燃物的使用和管理办法。

（2）防止明火。

井下严禁使用灯泡或电炉取暖、吸烟和一切明火；井下和井口房内不得从事焊接作业，若必须在井下主要硐室、主要进风巷和井口房进行焊接作业，每次必须制定安全措施。

（3）防止电器设备或电缆发生火花或电弧。

（4）防止摩擦起火。

胶带输送机应有可靠的防打滑、防跑偏、超负荷和轴承温升控制等综合保护系统。

（5）防止爆破引起火灾。

外因火灾的早期及时发现是防止其发展、控制其危害的一个重要方面。

温升变色涂料就是早期发现机械设备发热的指示剂。

当我们将这种涂料在电机或机械设备外壳上和容易发热的部位，一旦温升超出额定值即会变色给人以火灾预告。

当温度下降到正常值，则又恢复原色。

红外线热成像仪具有探测物体表面温度的功能。

2、防止火灾蔓延

（1）进风井口应是防火铁门，如果不设防火铁门，必须有防止烟火进入井筒的安全措施。

（2）每个矿井地面和井下都必须设立消防材料库，并配备足够数量的消防器材；井上、下重要场所有足够的消防器材。

（3）每一矿井必须在地面设置消防水池和井下消防管路。

（4）主要通风机必须有反风设施，矿井规定进行反风演习，保持反风系统处于良好状态。

（二）预防自然火灾

1、开采技术措施从防止自然火灾的角度出发，对开拓、开采的

要求是：

最小的煤层暴露面，最大的煤炭采出率，最快的开采速度，易于隔绝的采空区。

满足上述要求的措施有：

1正确选择开拓、开采方法。

主要巷道尽量采用集中岩巷或布置在不易自燃的煤层内；推广无煤柱开采技术，不留或少留煤柱，如果留煤柱则尺寸要合理；坚持正常的开采顺序，提高采出率；提高开采速度，尽量在自然发火期内采完，并及时封闭采空区等。

2选择合理的通风系统，防止漏风发。

开采易自燃或自燃煤层时，合理的通风系统可以大大减少或消除自然发火的供氧因素。

合理的通风系统就是要矿井通风网络结构简单；分区通风，风网阻力（3KPa以下）；主要通风机与风网匹配；通风设施布置合理，质量可靠；通风压力分布适宜。

2、预防性灌浆

《规程》规定：

开采易自燃和自燃的煤层时，必须

对采空区、突出和冒落孔洞等孔隙采取预防性灌浆。

预防性灌浆是防止自然发火最有成效，应用最广泛的一项措施。

它是将水、浆材（粘土、粉碎的页岩、电厂飞灰等固体材料）按适当的比例混合搅拌，制成一定浓度的液，借助输浆管路送往可能发生自燃的采区，以防止自然火灾的发生。

预防性灌浆的作用：

一是隔氧，二是降温。

浆液流进采空区后，固体物沉淀，充填于浮煤缝隙之间，形成隔绝漏风的隔离带。

有的还可能包裹浮煤而隔绝它与空气的接触，防止氧化。

而浆水所到之处，增加煤的外在水份，抑制自热氧化过程的发展。

同时，对已经自热的煤体有冷却降温作用。

3．阻化剂防火

阻化剂又称阻氧剂。

在化学上，凡是能减小化学反应速度的物质皆称为阻化剂。

一些无机盐类化合物如氧化钙、氧化镁、氯化铵、氯化钠、三氧化二铝以及水玻璃等溶液喷洒在煤块上，具有阻止氧化，防止自燃的作用。

阻化剂都是一些吸水性很强的盐类，当它们附着在煤的表面时，吸收空气中的水分，在煤的表面形成含水液膜，从而阻止煤与氧接触，起到隔氧作用。

同时这些吸水性很强的盐类能使煤体长期处于含水潮湿状态，水在蒸发时的吸热降温作用使煤体在低温氧化时温度不能升高，从而抑制了煤的自热和自燃。

阻化剂的阻化率高、阻化寿命长是理想的阻化剂。

阻化剂的防火工艺有：

一是在采煤工作面向采空区的遗煤喷洒阻化液防止煤炭自燃；二是向可能或已经开始氧化发热的煤壁打钻孔注入阻化液控制煤的自燃；三是利用专用设备向采空区送入雾化阻化剂。

4、均压防火均压防止漏风的实质是通过设置调压装置或调整通风系统，改变井下巷道中空气压力分布，尽可能减少或消除漏风通道两端的压力差，达到减少或消除漏风、抑制自燃的目的。

根据作用原理和使用条件不同，均压灭火技术可分为两类：

开压均压。

主要是针对采煤工作面而言的。

在采煤工作面建立均压系统，以减少采空区漏风，抑制遗煤自燃，防止一氧化碳等有毒有害气体超限积聚向采空区涌出，从而保证生产正常进行。

目前常见的漏风形式有：

后退式回采“U”型通风形成采空区小并联通风;厚煤层分层同采或近距离煤层同采，上下工作面采空区形成角联漏风;工作面采空区与本煤层未隔离所巷道或邻近采空区相通，而形成比较复杂连接的漏风。

针对不同的漏风形式，开区均压防火的方法很多，如采用调节风门、改变工作面通风系统，利用角联风路风向可变特性、调节风门与局部通风机联合均压等。

为了避免高压盲目进行，在制定方案之前，应进行阻力测定和可能产生火源的空间位置与采空区漏风探测等工作。

闭区均压。

在有可能发生煤炭自燃而已封闭的区域采取均压措施可以防止火灾的发生；在已经因火灾而封闭的区域采取均压措施可以加速火灾的熄灭。

前者称闭区均压防火，后者称闭区均压灭火。

闭区均压防火方法很多，而且需要的手段比较简单，如并联风路、调节风门、连通管、调整主要通用机等。

5、惰性气体防火惰性气体防火，就是利用惰性气体的窒息作用从而抑制可燃物燃烧的一种防火法，同时也是一种灭火方法。

常用的惰性气体有氮气、二氧化碳以及燃料燃烧生成的烟气等，目前主要采用的是氮气防灭火。

近年来我国应用氮气防灭火技术发展较快，特别是在综采放顶煤工作面，注氮防火已成为一项重要的安全技术措施。

四、矿井灭火与火区管理

（一）矿井发生火灾时的风流控制矿井发生火灾时，高温火灾气体的空气动力效应有两个方面作用：

一方面是燃烧生成的热能转化为机械能，形成附加的自然风压，即火风压，作用于通风系统；另一方面，是在火源点生成大量火灾气体以及风流受热后体积膨胀所产生的膨胀力，对上风侧风流产生阻力作用，即膨胀节流效应，对风流产生动力作用。

由于以上两个方面的作用，使井下风流发生紊乱，如旁侧支路风流逆转；主干风路烟流逆退；火烟滚退。

为了保证人员的安全撤出、防止火灾烟气到处蔓延和瓦斯爆炸，控制火灾范围扩大并给灭火救灾根本人物创造条件，采取正确控制风流的措施，是非常重要的。

风流控制可以是区域性的，也是可以是全矿范围的。

控制的方法可以借助于主要通风机、局部通风机以及通风装置，也可以只使用通风设施，如风门、临时密闭和调节风窗等。

或者几种结合起来使用。

火灾时期常用的控制风流的措施有：

1、维持正常通风，稳定风流

这一措施适用于：

①火源位于采区内部②火源

们于独头掘进巷道内，不能停运局部通风机③火源位于采区或矿井主要回风巷④通风网路复杂的高瓦斯矿井。

2、反风

当井下发火时，利用反风设备和设施改变火灾烟流的方向，按反风范围有：

1全矿井反风。

如果火源位于矿井进见井筒，井底车场、全矿主要进风大巷时，通过主要通风机及其属设施，实现伊于全矿反风。

2区域性反风。

在多进、多回的矿井中某一通风系统的进风大巷发火时，调节一个或几个主要通风机及其反风设施，实现矿井部分地区风流反向的反风方式。

3局部反风。

当采区、采掘工作面等某一局部区域的进风巷发生火灾时，调整采区内预设风门的开关状态，实现采区内部风流方向。

3、风流短路风流短路是在发火巷道的下风侧找到与回风巷连接的联络巷，将其风门或密闭打开，使烟流直接流入回风流中，以利人员避难和救护队进行救护。

（二）直接灭火采用灭火剂或挖出火源等方法把火直接扑灭，称为直接灭火法。

在发火的初期一般都采用此种方法。

常用的灭火剂有水、泡沫、干粉、二氧化碳、卤代烷、惰气、砂子和岩粉等，其中水是最有效最经济且来源最广泛的灭火材料。

用水灭火时的注意事项有：

要有足够水量，保证不间断供给，以免贻误战机，造成火势扩大；用水灭火时，人要占据上风头工作，水射流由火源的边缘逐渐推向中心，以免产生过量的水煤气爆炸伤人；必须保持一个畅通的排烟通道，以防高温的水蒸汽和烟流返回伤人；不能用水直接扑灭电器设备和油料火灾在有些条件下可以清除可燃物，即挖除火源。

当火灾处于初起阶段，波及范围不大；火区无瓦斯聚积，无煤尘爆炸危险；火源位于人员可以直接到达的地点的条件下，可以将已经发热或者燃烧的煤炭以及其它可燃物挖除、清掉、运出井外。

阻化凝胶是近年来应用于煤矿井下防灭火较为广泛的材料，由基料（硅酸钠（泡化碱、水玻璃））+促凝剂（磷酸氢铵等盐类）+水（90%左右）组成。

其基料和促凝剂都具有阻化作用，加之含有大量水分，在成胶前凝胶易于流动，在一定的压力下，能够渗透到煤体碎裂的内部，既可起到阻止氧化作用，又可封堵漏风通道，防止漏风涌入；其内固聚的大量水分，遇高温受热蒸发，还可以起到吸热降温作用。

因此用阻化凝胶处理高温点和自然火源效果较好。

灌浆灭火是煤矿常用的一种灭火方法。

灭火方法根据矿井与火区的具体情况不同而异，常用的方法有：

井下巷道打钻灌浆、在火区密闭墙上插管灌浆和地面钻孔注浆三种。

但是无论采用哪种灌浆灭火方法，都要注意对火源要实现自上而下的浇灌俗称“劈头浇”，

要做到“劈头浇”，第一，必须摸清火源的确切位置；第二，钻孔终点位置一定要落在火源上方。

（三）隔绝灭火当火势继续扩大，人员无法靠近火源，人力物力不足，有爆炸危险存在以及直接灭火无效果时，采用防火墙将通往火区的所有巷道严密地封闭起来（包括堵塞从地面通往火区的裂缝或废弃钻孔），使火源和空气隔绝并利用火区产生的惰性气体惰化窒息火区，称之为隔绝灭火。

按照闭墙存在的时间长短和作用，可分为临时密闭、永久密闭和防爆密闭三种。

密闭墙的位置要恰当合理，在保证安全的条件下，要做到“密、小、少、快”四字。

就封闭进回风侧密闭墙的顺序而言，目前基本上有两种：

一是先进后回；二是进回同时。

（四）综合灭火绝对不漏的防火墙是没有的，尽管火区已封闭，但因火区进、回风两侧存在风压差，还会向火区漏风，所以在火区被隔绝后，常常在较长时间内，少则1－2年，多者数年，甚至几十年火灾尚未熄灭也屡见不鲜。

因此，在火灾被封闭后，通常还要采取一些积极措施，如向火区灌浆、注入惰性气体，均压等，促使火区尽早熄灭。

（五）火区管理矿井火灾被封闭以后可以认为火已经被控制，但是火源并未彻底熄灭。

它对矿井安全生产仍然是一个潜在的威胁。

因此加强火区管理，促使火源早日熄灭仍是通风灭火工作者面前的一项重要任务，《规程》对于火区的管理列有专节，其要求十分具体明确，也说明这一工作的重要性。

1、火区管理

每一处火区都要建立符合《规程》的火区管理卡片，绘制火区位置关系图。

火区管理卡片包括火区登记表，火区灌浆、砂、惰气记录表，防火墙记录表。

这些都是极为珍贵的资料，必须永久保存。

关于防火墙的管理，《规程》有明确的规定。

防火墙一定要定期检查，要采用石灰刷白，以便于及时发现漏风裂缝。

2、火区观测在力求所取气样能够反映火区内部情况的基础上，只有取得大量的观测数据，才能对火情做出判断。

3、火区启封《规程》规定：

封闭的火区，只有经取样化验证实火已熄灭后，方可启封或注销。

火区同时具备下列条件时，方可认为火已熄灭。

1火区内的温度下降到30C以下，或与火灾发生前该区的日常空气温度相同；

2火区内空气中不含有乙炔、乙烯，一氧化碳浓度在封闭期间内逐渐下降，并稳定在0.001环以下。

3火区内的空气中的氧浓度降到5%以下；

4火区的出水温度低于25C,或与火灾发生前该区的日常出水温度相同；

5上述4项指标持续稳定的时间在1个月以上。

启封火区是一项危险而需十分谨慎的工作。

启封已熄灭的火区前，要制定安全措施和计划，做好一切准备工作。

启封火区和恢复火区初期通风工作，必须由矿山救护队负责进行。

启封方法有两种：

一种是通风启封火区；一种是锁风启封火区。

无论采用何种启封方法，在启封过程中，都必须经常检查火区的气体，一旦发现异常或复燃征兆，要及时处理，必要时要重新封闭火区。