矿井通风与安全课矿井火灾防治.pptx
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1、第2章火灾防治 1、矿井火灾分类及危害 2、外因火灾及其预防 3、煤炭自燃理论基础 4、火灾预测与预报 5、开采技术防火措施 6、灌浆与阻化剂防灭火 7、均压防灭火 8、惰性防灭火 9、火灾时期通风 10、矿井火灾处理与控制本章要求:了解矿井火灾特点、发生原因和分类方法;熟悉矿井外因火灾以及防治对策;掌握矿井煤炭自燃机理、自燃过程以及防治技术;掌握矿井火灾时期的风流紊乱形式、原因及控制原理;掌握矿井灭火原理及方法;熟悉火区管理与启封方法。第一节矿井火灾分类及危害矿井火灾的概念火灾的类型及特性矿井火灾的危害防灭火研究的内容返回一、矿井火灾的概念1、火灾火灾是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的
2、灾害。2、矿井火灾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,并形成灾害的一切非控制燃烧。矿井火灾有两方面的含义:发生在煤矿井下的火灾;发生在地面但威胁到井下安全或发生在煤矿企业生产范围之内的火灾,如井口附近、绞车房内、主要通风机房内的火灾。返回本节二、火灾的类型及特性1、按火灾发生的地点分类(1)地面火灾发生在矿井工业广场范围内地面上的火灾称为地面火灾。地面火灾可以发生在行政办公楼、福利楼、井口楼、选煤楼以及坑木场、贮煤场、矸石山等地点。地面火灾的特点:火灾外部征兆明显,易于发现,空气供给充分;燃烧完全,有毒气体发生量较少;地面空间宽阔,烟雾易于扩散,灭火工作回旋余地大。返回
3、本节(2)井下火灾发生在井下的火灾以及发生在井口附近而威胁到井下安全,影响生产的火灾统称为井下火灾。井下火灾可以发生在井口楼、井筒、井底车场、机电硐室、爆炸材料库、进回风大巷、采区变电硐室、掘进和回采工作面以及采空区、煤柱等地点。井下火灾的特点:很难及时发现,井下空气供给有限,难以完全燃烧,有毒有害烟雾大量产生,随风流到处扩散,毒化矿井空气,威胁工人的生命安全,在瓦斯和煤尘爆炸危险矿井,还可能引起爆炸,酿成重大恶性事故。2、按引火热源分类(1)外因火灾外因火灾是外部高温热源(如放炮、烧焊、电流短路、明火等)引起可燃物质燃烧造成的火灾。发生的地点:井口房、井筒、井底车场、石门及机电硐室和有机电设
4、备的巷道等地点。外因火灾的主要特点:发生突然、来势凶猛。外因火灾容易发现,早期的外因火灾较易扑灭。矿井外因火灾所占的比重较小,占火灾总数的1015,即内因火灾占火灾总数的8590。(2)内因火灾内因火灾也叫自燃火灾,是指一些易燃物质(主要指煤炭)在一定条件和环境下(破碎堆积并有空气供给)自身发生物理化学变化(指吸氧、氧化、发热)聚积热量而导致着火形成的火灾。发生的地点:采空区、遗留的煤柱、破裂的煤壁、煤巷的高冒处、巷道中有浮煤堆积的地方。内因火灾的主要特点:一般都有预兆火源隐蔽持续燃烧的时间较长,范围较大,难于扑灭。内因火灾频率较高 3、按可燃物的类型分类根据国家标准火灾分类(GB/T 496
5、82008)2008年11月4日发布,2009年4月1日实施。A类火灾:指固体物质火灾。B类火灾:指液体或可熔化的固体物质火灾。C类火灾:指气体火灾。D类火灾:指金属火灾。E类火灾:带电火灾。F类火灾:烹饪器具内的烹饪物(如动植物油脂)火灾。三、矿井火灾的危害1、产生大量的有毒有害气体遇难者有8090都是死于以CO为主的烟雾中毒。2、引发瓦斯、煤尘爆炸矿井火灾的危害并不仅仅是燃烧放热。3、造成重大经济损失毁坏设备设施烧毁大量的煤炭资源据1997年新疆煤田普查结果表明,新疆5大火区的火灾面积总计达3794公顷,其中明火面积达826公顷,烧毁煤量3113.37Mt。4、引起矿井风流紊乱井下发生火灾
6、后产生火风压,使矿井风量增加或减少,使矿井风流方向逆转,造成矿井风流紊乱。返回本节 四、防灭火研究的内容围绕一个目标和三个问题目标:防止矿井火灾发生三个问题:火灾是如何发生如何防止火灾发生及时准确地预测、预报火灾的发生。火灾发生后如何处理一旦出现矿井火灾,能根据火灾发生的性质、规律、地点等采取有针对性的措施及时扑灭和控制火灾,减小火灾造成的危害。返回本节第二节外因火灾及其预防物质燃烧的充要条件外因火灾的预防预防外因火灾的技术措施 返回一、物质燃烧的充要条件可燃物与氧化剂作用发生的放热反应,通常伴有火焰、发光和发烟的现象称为燃烧。1、必要条件(1)可燃物凡是能与空气中的氧或氧化剂起化学反应的物质
7、称为可燃物。(2)热源(点火源)凡是能供给可燃物与氧气发生燃烧反应的能量来源,统称为热源。(3)氧气(助燃物)凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质,都叫做助燃物。发生燃烧除满足上述三个条件外,还必须满足充分条件。燃烧热源氧气可燃物燃烧三角形返回本节2、充分条件(1)一定数量或浓度的可燃物(2)一定比例的助燃物(3)一定能量的热源(4)可燃物、助燃物和热源三者的相互作用燃烧不仅具备可燃物、助燃物和热源,且满足相互之间的数量比例,同时还必须使三者相互结合,相互作用,否则,燃烧也不能发生。二、外因火灾的预防1、消防工作方针中华人民共和国消防法(2008年10月28日修订,2009年5月1日起施行)
8、中第二条规定,消防工作的方针“预防为主、防消结合”。“预防为主”就是把火灾预防工作放在消防工作的首位,从思想上、组织上、制度上及物质保障上采取各种积极措施。预防为主的三个重点:消防安全的宣传教育建立防火安全管理规章制度经常开展防火检查返回本节“防消结合”就是在强调做好火灾预防工作的同时,时刻做好各项灭火准备,及时扑灭发生的火灾。防消结合的三个重点:制定应急预案有组织准备,有训练有素的队伍,有明确的组织分工。配备足够的消防器材装备防火与灭火是一个问题的两个方面,相辅相成,有机结合的一个整体,二者缺一不可。防是消的先决条件,做好事故前的预防工作,避免或减少火灾的发生。消是防的补救措施,做好事故后的
9、工作,是为了有效地扑救火灾,减少伤亡和损失。2、防灭火原理(1)防火的基本原理控制可燃物使用难燃或不燃材料代替易燃和可燃材料加强通风防止可燃气体和易燃液体泄漏隔绝助燃物实行密闭操作,防止空气接触。使用惰性气体保护消除热源阻止火势蔓延(2)灭火的基本原理所谓灭火,就是破坏燃烧条件,使燃烧反应终止的过程。隔离法就是将未燃烧的物质与正在燃烧的物质隔开或疏散到安全地点,燃烧会因缺乏可燃物而停止。具体采取下列措施:关闭可燃气体、液体管道的阀门,以减少和阻止可燃物质进入燃烧区;将火源附近的可燃、易燃、易爆和助燃物品搬走;排除生产装置、容器内的可燃气体或液体;设法阻挡流散的液体;拆除与火源毗连的易燃建(构)
10、筑物,形成阻止火势蔓延的空间地带等。窒息法就是隔绝空气或稀释燃烧区的空气氧含量,使可燃物得不到足够的氧气而停止燃烧。适用于扑救容易封闭的容器设备、房间、洞室和工艺装置或船舱内的火灾。具体采取下列措施:用砂、石棉布、湿棉被、帆布等不燃或难燃物捂盖燃烧物,阻止空气流入燃烧区,使已燃烧的物质得不到足够的氧气而熄灭;用水蒸气或惰性气体(如CO2、N2)来降低燃烧区内氧浓度;密闭起火的建筑、设备的孔洞和洞室;用泡沫覆盖在燃烧物上使之得不到新鲜空气而窒息。冷却法就是将灭火剂直接喷射到燃烧物上,将燃烧物的温度降到低于燃点,使燃烧停止;或者将灭火剂喷洒在火源附近的物体上,使其不受火焰辐射热的威胁,避免形成新的
11、火点,将火灾迅速控制和扑灭。最常见的方法用水来冷却灭火二氧化碳灭火剂的冷却效果也很好,可以用来扑灭精密仪器、文书档案等贵重物品的初期火灾。用水冷却建(构)筑物、生产装置、设备容器,以减弱或消除火焰辐射热的影响。抑制法这是基于燃烧是一种链锁反应的原理,使灭火剂参与燃烧的链锁反应,它可以销毁燃烧过程中产生的游离基,形成稳定分子或低活性游离基,从而使燃烧反应停止,达到灭火的目的。采用这种方法的灭火剂,目前主要有1211、1301等卤代烃灭火剂和干粉灭火剂。但卤代烃灭火剂对环境有一定污染,特别是对大气臭氧层有破坏作用,生产和使用将会受到限制,各国正在研制灭火效果好且无污染的新型高效灭火剂来代替。3、防
12、火对策(1)工程技术(Engineering)对策灾前对策防止起火、防止火灾扩大灾后对策报警、控制、灭火、避难(2)教育(Education)对策知识、技术、态度(3)管理(法制(Enforcement)对策制定各种法规和标准,且强制性执行。这三种对策简称“三”对策。前两者是防火的基础,后者是防火的保证。三、预防外因火灾的技术措施 防止矿井外因火灾应该从消除、控制可燃物和外界火源入手,并且避免它们相遇,防止已发生的火灾事故扩大,以尽量减少火灾损失。1、防止火灾产生(1)使用不燃性材料新建矿井的永久井架及井口房、以井口为中心的联合建筑,必须用不燃材性料建筑。对现有生产矿井用可燃性材料建筑的井架和
13、井口房,必须制定防火措施。井筒、平硐与各水平的连接处及井底车场,井下机电设备硐室等都必须用不燃材料支护。在井下和井口房,严禁采用可燃性材料搭设临时操作间、休息间。返回本节(2)严格杜绝产生火源井下严禁吸烟和使用明火,严禁使用灯泡取暖和使用电炉。井下进行电焊、气焊等,要制定专门可靠的措施。使用安全炸药,要严格执行放炮规定,不准用明火或动力线放炮。采用防爆或防火花型电气设备,电气设备性能完好,电路敷设符合要求,避免产生电火花。(3)防止高温热源和火花与可燃物相互作用在井口房、井筒和倾斜巷道内进行电焊、气焊和喷灯焊接等工作时,必须在工作地点下方用不燃性材料设施接受火星。电焊、气焊和喷灯焊接等工作地点
14、的风流中,瓦斯浓度0.5%,只有在检查证明作业地点附近20m范围内巷道顶部和支护背板后无瓦斯积存时,方可进行作业。2、防止火灾蔓延的措施(1)设置防火门 进风井口和进风平硐口都要装有防火铁门。(2)设置消防器材和灭火设备在井口附近、井下每个生产水平的主要运输大巷中设置消防材料库。(3)设置井下消防水池和消防供水系统矿井必须设地面消防水池和井下消防管路系统。(4)主要通风机必须有反风系统或设备,反风设施并保持其状态良好。第三节煤炭自燃理论基础煤炭自燃理论影响煤炭自然发火的因素煤的自燃过程返回煤自燃概况煤自燃已经存在了数百万年,山西大同侏罗纪煤层最早在第四纪,即距今约200万年前就开始自燃。仅北方
15、7省煤层露头着火面积720平方公里,累计烧毁煤量42亿吨以上,现仍以每年3000多万吨燃烧速度发展。我国有47%的矿井开采有自燃倾向的煤层,矿井火灾事故中,自然发火占整个火灾事故的70%,个别矿区甚至达95%以上。自燃火灾事故造成的冻结煤量达6000多万吨,严重影响煤矿生产的接续。因此,自燃火灾是矿井防灭火工作中的治理重点。煤炭自燃是指处于特定环境及条件下的煤吸附氧、自热、热量积聚自燃而形成的频发性灾害。一、煤炭自燃理论1、煤炭自燃机理(1)细菌作用学说中心内容是:煤在细菌作用下的发酵过程中放出一定的热量,对煤在700C以前的自热起决定性作用。当微生物极度增长时,一般都有生化放热过程,当煤自热
16、温度升到700C以上时,所有的生化过程都将消亡,同时引发煤炭自燃。为了考查细菌作用学说的可信性,有的学者曾将具有强自燃性的煤炭置于温度为1000C的真空环境里达20h,任何细菌都死亡,然而煤的自燃倾向性并未减弱。返回本节(2)黄铁矿作用学说中心内容是:煤的自燃过程,是由于煤层中的黄铁矿(FeS2)暴露于空气后与水分和氧相互作用,发生放热反应而引起的,19世纪下半叶,这一学说曾被广为认定。然而后来发现不含黄铁矿的煤层也发生了自燃,该学说无法对此现象作出解释,因此具有一定的局限性。(3)酚基作用学说中心内容是:导致煤自燃是因为空气中的氧与煤体中所含有的不饱和酚基化合物作用时,放出热量所致。酚基导因
17、作用是引起煤自燃的主要原因的观点尚有待进一步研究,此学说实际上是煤与氧的作用问题,因此可作为煤氧复合作用学说的补充。(4)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。研究煤炭自燃机理主要目的在于指导矿井煤炭自燃防治措施的制定和实施。研究方法有三类:减少煤炭和空气接触的表面积;降低与煤炭表面接触的氧气含量;用某种方法钝化自然发火煤炭表面的氧化活性。2、自然发火和自然发火期(1)自然发火是指有自燃倾向性的煤层被开采破碎后,在常温下与空气中的氧发生氧化生热,使温度升高,出现发火和冒烟的现象。自然发火的判定矿井防灭
18、火规范中对自然发火和存在自然发火隐患都有明确的规定矿井某一区域出现如下现象之一时,即定为发生自然发火:由于自燃出现火炭、火焰、烟雾等现象;由于自燃出现空气、煤炭、围岩及具他介质温度升高,并超过700C以上;空气中CO、C2H4(乙烯)或其它气体的浓度预报指标,并有上升趋势。(2)自然发火期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)所需时间,单位月或天。煤层自然发火期是自然发火危险程度在时间上的量度,发火期愈短的煤层自然发火危险程度愈大,生产矿井常把煤层的自然发火期作为衡量煤层的自燃难易程度的指标。自然发火期的确定只能根据现场的统计资料得出,确定出煤层的自然发火期对开拓、开采设
19、计和制订防火措施具有重要意义。3、煤炭自燃条件煤炭自燃必须具备四个条件:(1)煤炭具有自燃倾向性,并呈破碎状态堆积存在;(2)连续通风供氧维持煤的氧化过程不断发展;当空气中氧含量低于10%时具有窒息性;当空气中氧含量低于15%时,可以预防自然发火。(3)煤氧化生成的热量能大量蓄积,不易散失;风速过大或过小,堆积的煤炭不易形成自燃,煤炭自燃是在风速比较适中的情况下发生的。(4)以上三个条件同时存在,且时间大于煤的自然发火期。第一条件是最根本的,是内因,后三个条件为外因。缺少上述任何一个条件,煤的自燃都无法进行。二、影响煤炭自然发火的因素1、内在因素(1)煤的变质程度一般来说,煤的变质程度越低越容
20、易自燃;反之,其自燃倾向性越小。(2)煤岩组分煤岩组成有丝煤、镜煤、亮煤和暗煤。褐煤中丝煤含量最高,几乎无镜煤;无烟煤中镜煤含量最高,几乎无丝煤。在低温下,丝煤吸氧最多,随着温度升高,镜煤吸氧能力最强,其次是亮煤,暗煤最难于自燃。在常温条件下,丝煤是自热中心,起着引火的作用;镜煤与亮煤脆性大,灰份少最有利于自燃发展。返回本节(3)煤中瓦斯含量瓦斯含量较高的煤,煤分子的表面上并形成一层气膜,可阻止氧与煤接触,煤层中瓦斯具有较好的阻化作用,当煤中残余瓦斯量5m3/t时,煤往往难以自燃。但随着瓦斯放散,煤与氧就更易结合。(4)煤的水分在煤的自热阶段,由于水分的蒸发要消耗大量的热。煤体中的水分没有全部
21、蒸发前很难上升到1000C,这就是水分大的煤炭难以自燃的原因。水分能将充填于煤体微孔中的N2和CO2驱赶排出,当水分蒸发干燥以后,煤的吸附性能恢复,起着活化作用。地面煤堆在雨雪之后易发生自燃。井下灌水灭火,疏干之后自燃现象更为强烈就是这个原因。煤中水分少时有利于煤炭自燃,水分大时会抑制煤炭自燃,当煤中的水分蒸发后其自燃危险性会增大。(5)煤的含硫量同牌号的煤中,含硫矿物(如黄铁矿)越多,越易自燃。这是由于煤中所含的黄铁矿在低温氧化时生成硫酸铁和硫酸亚铁,体积增大,使煤体膨胀而变的松散,增大了氧化表面积,同时黄铁矿氧化时放出的热量也促进了煤炭自燃。(6)煤的孔隙率及脆性煤炭孔隙率越大,越易自燃。
22、这是因为孔隙率越大,与氧接触面积越大,且氧气越易渗入煤的内部。变质程度相同的煤,脆性越大,越易自燃。完整的煤体一般不会发生自燃,一旦呈破碎状态则使煤的吸氧表面积增大,着火点明显降低,使其自燃性显著提高。上述各种因素在煤炭自燃过程中起着重要的作用。2、外在因素(1)煤层的地质赋存条件煤层厚度煤层厚度越大,自燃危险性越大。在厚煤层的开采过程中,煤炭回收率低、煤柱易遭到破坏、采空区不易封闭、漏风较大等原因所致。煤层倾角煤层倾角越大,发火越严重。煤层倾角较大时,开采时比较困难,采煤方法不正规,丢煤多,且采空区封闭也较困难。煤层的顶板坚硬难垮落的顶板,煤层和煤柱上所受的矿山压力集中,易被压坏,采空区充填
23、不实,漏风大,且封闭不严,有利于自燃发生;松软易冒落的顶板,采空区充填充实,漏风小,自燃危险性较小。地质构造在地质构造较复杂的矿井,如褶曲、断层和火成岩侵入等地区,煤炭自燃危险性增大。因为受地质构造破坏的煤层,松软、破碎、裂隙发育,氧化性增强,漏风供氧条件良好造成的。煤层埋藏深度煤层埋藏较浅时,容易与地表裂隙相通,采空区因漏风而形成浮煤自燃;但当煤层埋藏较深时,煤体的原始温度越高,煤中水分也少,煤炭同样也易自燃。(2)开采技术开拓方式要求开拓方式应该少切割煤层,少留煤柱,煤层的破坏程度低,采空区能及时封闭。立井、平硐、主要运输大巷和总回风巷应布置在岩层内或不易自燃的煤层内,石门分采区布置,避免
24、布置在自燃煤层内。全煤巷道的布置方式煤柱多、浪费资源、切割煤层多、回采率低易自燃。采煤方法采煤工作面回采率越低,煤炭自燃危险性越大;回采时间越长,煤炭自燃的危险性越大。合理的采煤方法应是巷道布置最简单,留设煤柱越少,煤炭回收率越高,工作面推进速度快,采空区封闭严密,漏风量小。应采用走向长壁式采煤方法,全部垮落法或充填法管理顶板。不用房柱式、仓储式、高落式采煤方法。前进式采煤由于区段巷道漏风严重,不利于防止自然发火;后退式采煤进、回风巷两侧均为实体煤,有利于防火。(3)通风条件通风对自燃的主要影响主要表现在采空区、煤柱、和煤壁裂隙的漏风。漏风使这些地点煤氧化生热,生热多少和生热能否积聚取决于漏风
25、风速的大小。当风速过小时,漏风供氧量很小,氧化生热少,不易自热和自燃;当漏风风速过大时,供氧充足,氧化生成的热量易被带走,同样不能形成热量积聚,煤也不能自燃;只有当漏风既有较充分的供氧条件,同时氧化生成的热不易带走,热量积聚起来,自燃才能成为可能。采空区煤炭氧化自燃“三带”划分对于U型通风系统的采空区,按漏风大小和遗煤发生自燃的可能性采空区可分为三带:散热带I:L1=520m,由于自由堆积,空隙漏风大,Q生Q散;窒息(不自燃)带III:漏风小,氧气浓度低,不具备自燃条件。已经发生自燃的遗煤因缺氧而窒息。采空区三带的划分指标根据采空区漏风流速划分散热带:0.9 m/s;自燃带:0.020.9 m
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