第2章矿井火灾防治教学幻灯片.ppt

第二章 矿井火灾防治目 录 第一节 基本概念和理论概述 第二节 开采技术预防自燃发火 第三节 通风措施防治自燃发火 第四节 介质法防灭自燃发火 第五节 矿井火灾处理 复 习 题 问 题 思 考第一节 基本概念和理论概述主 要 内 容 一、矿井火灾发生的基本要素 二、矿并火灾的分类 三、煤炭自燃发火 四、矿井火灾的危害 五、火风压 六、矿井火灾防治的技术途径一、矿井火灾发生的基本要素（1）热源2）可燃物3）空气 火灾的3个要素必须同时存在，且达到一定的数量，才能引起矿井火灾，缺少任何一个要素，矿井火灾就不可能发生 三、煤炭自燃发火 1. 煤的氧化自燃过程 其过程如图图2-1-1所示1）潜伏期2）自热期3）自燃在矿井防灭火规范中规定出现下列现象之一，即为自燃发火图2-1-1 煤自燃发展过程示意图 2煤炭自燃的条件 从煤的氧化自燃过程可以看出，煤炭自燃必须具备以下三个条件： (1）煤炭具有自燃的倾向性，并呈破碎状态堆积存在；(2）连续的通风供氧维持煤的氧化过程不断地发展；(3）煤氧化生成的热量能大量蓄积，难以及时散失3煤的自燃发火期 煤炭自燃发火是一渐变过程，要经过潜伏期、自热期和燃烧期三个阶段，因此，具有自燃倾向性的煤层被揭露后，要经过一定的时间才会自燃发火。

这一时间间隔叫做煤层的自燃发火期，是煤层自燃危险在时间上的量度自燃发火期愈短的煤层，其自燃危险性愈大 4影响煤炭自燃发火的因素 煤炭自燃发火是一个复杂的物理化学过程，影响煤炭自燃发火的因素较多，概括起来主要有如下几个方面：（1）煤的自燃倾向性煤的自燃倾向性主要取决于以下几个方面：煤的变质程度煤的孔隙率和脆性煤岩成分煤的水分煤中硫和其他矿物质煤中的瓦斯含量2）煤层的赋存地质条件 煤层越厚与倾角地质构造 煤层埋藏深度 围岩的性质3）开拓系统（4）采煤方法（5）漏风条件（如图2-1-2）图2-1-2 采空区散热、自燃、窒息三带分布示意图 四、矿井火灾的危害 矿井火灾的发生具有严重的危害性，主要表现在以下几个方面：（1）人员伤亡2）矿井生产接续紧张3）巨大的经济损失4）污染环境 五、火风压 图2-1-31、火风压的计算方法 如图2-1-3 所示2、火风压的特性（l）火风压产生于烟流流过的有高差的倾斜或垂直巷道中；（2）火风压的作用相当于在高温烟流流过的风路上安设了一系列辅助通风机；（3）火风压的作用方向总是向上3、风流的紊乱形式（1）旁侧支路风流逆转如图2-1-4所示2）主干风路烟流逆退 如图2-1-5所示。

图2-1-4 旁侧支路风流逆转 图2-1-5 主干风路烟流逆退 六、矿井火灾防治的技术途径（一）外因火灾防治的技术途径 外因火灾是由外部火源引起的火灾 预防外因火灾发生的技术途径有两个方面：一是防止火灾产生；二是防止已发生的火灾事故扩大，以尽量减少火灾损失1预防外因火灾产生的措施(1)防止失控的高温热源产生和存在2)尽量不用或少用可燃材料，不得不用时应与潜在热源保持一定的安全距离3)防止产生机电火灾4)防止摩擦引燃： 防止胶带摩擦起火胶带输送机应具有可靠的防打滑、防跑偏、超负荷保护和轴承温升控制等综合保护系统； 防止摩擦引燃瓦斯5)防止高温热源和火花与可燃物相互作用 第二节 开采技术预防自燃发火主 要 内 容 一、井下易于自燃的区域 二、开拓开采技术预防自燃发火的措施 一、井下易于自燃的区域(1)采空区2)煤柱3)巷道顶煤4)断层和地质构造附近二、开拓开采技术预防自燃发火的措施 从防止矿井自燃发火的角度出发，开拓开采技术总的要求是：提高回采率，减少丢煤，即减少或消除自燃的物质基础限制或阻止空气流入和渗透至疏松的煤体，消除自燃的供氧条件使流向可燃物质的漏风，在数量上限制在不燃风量之下，在时间上限制在自燃发火期以内。

为满足上述要求，通常应采取以下技术措施：图2-2-1 上下区段分采同掘l工作面运输巷； 3 联络巷2 下区段工作面回风巷；1、合理确定开拓方式（1）尽可能采用岩石巷道2）分层巷道垂直重叠布置3）分采分掘布置区段巷道见图2-2-1 、图2-2-2 图2-2-2 上下区段分采分掘1工作面运输巷掘进头；2下区段工作面回风巷掘进头（4）推广无煤柱开采技术 在确定开拓方式和采取巷道布置时，还要考虑通有利于通风系统防火及均压放灭火等有关通风系统管理的要求2、选择合理的采煤方法（1）长壁式采煤方法的巷道布置简单，采出率高，有较大的防火安全性，特别是综合机械化的长壁工作面，回采速度快、生产集中、单产高，在相同产量的条件下煤壁暴露的时间短、面积小，对于防止自燃发火非常有利2）在合理的采煤方法中也应包括合理的顶板管理方法3）选择先进的回采工艺和合理的工艺参数，以便尽可能提高回采率，加快回采进度4）合理确定近距离相邻煤层（下煤层顶板冒落高度大于层间距）和厚煤层分层同采时两工作面之间的错距，防止上、下采空区之间连通5）选择合理的开采顺序 第三节 通风措施防治自燃发火主 要 内 容 一、选择合理的通风系统 二、增阻减少漏风防灭火 三、均压减少漏风防灭火一、选择合理的通风系统1）选择合理的通风系统。

见图2-3-1 ）图2-3-1 通风的系统选择(a) 前进式；(b) 后退式（2）实行分区通风3）选择合理的采区和工作面通风系统如采空区漏风较为严重工作面，工作面较短时可采用后退式U型通风系统（图2-3-2），工作面较长时可采用后退式W型通风系统（图2-3-3） 图2-3-2 U型通风系统 图2-3-3 W型通风系统 第四节 介质法防灭自燃发火主 要 内 容 一、 灌浆防灭火 二、 凝胶防灭火 三、 阻化剂防灭火 四、 惰气防灭火 五、 泡沫防灭火一、灌浆防灭火 灌浆就是把粘土、粉碎的页岩、电厂飞灰等固体材料与水混合、搅拌，配制成一定浓度的浆液，借助输浆管路注入或喷洒在采空区里，达到防火和灭火的目的一）灌浆防灭火的机理（1）泥浆中的沉淀物将碎煤包裹起来，隔绝或减小煤与空气的接触和反应面；（2）浆水浸润煤体，增加煤的外在水分，吸热冷却煤岩，减缓其氧化进程；（3）沉淀物充填于浮煤和冒落的岩石缝隙之间，堵塞漏风通道，减少漏风 灌浆防火的实质是，抑制煤在低温时的氧化速度，延长自燃发火期 （三）灌浆防火方法 按与回采的关系分，预防性灌浆有：采前预灌、随采随灌、采后封闭灌浆等三种 1、采前预灌 所谓采前预灌即是在工作面尚未回采前对其上部的采空区进行灌浆。

2、随采随灌（1）钻孔灌浆如图2-4-2所示图2-4-2 钻孔灌浆示意图1底板消火道； 2回风道；3钻孔； 4工作面进风巷（2）小巷钻孔灌浆如图2-4-3所示 图2-4-3 小巷道钻孔灌浆示意图1底板消火道；2钻窝巷道；3钻孔；4回风道； 5工作面进风巷（3）埋管灌浆是在放顶前沿回风巷道在采空区预先铺好灌浆管，放顶后立即进行灌浆随着工作面的推进，按放顶步距用回柱绞车逐渐向外牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆4）洒浆是从灌浆管接出一段胶管，沿工作面方向向采空区均匀地洒浆5)综采工作面插管灌浆见图2-4-4） 3、采后灌浆 二、凝胶防灭火 凝胶防灭火技术是20 世纪90 年代在我国广泛应用的新型防灭火技术多用于井下局部煤体高温或发火的防灭火处理，由于其工艺简单，操作方便，防灭火效果较好，在有自燃危险煤层的矿区得到广泛的应用1）吸热降温作用 (2)堵漏风作用 (3）保水作用凝胶的含水量大于90%，硅酸所形成的立体网状结构能有效地阻止水的流失在井下潮湿封闭条件下，凝胶一个月的体积收缩率小于20% ，一定时期内能有效地起着堵漏风作用4）阻化作用凝胶无论其原料还是最终产物都对煤体具有阻化作用，尤其是成胶后能覆盖于煤体表面，阻止其氧化。

5）成胶材料来源广泛，成本低廉，压注工艺简单，操作方便 1双箱双泵工艺 如图2-4-5所示图2-4-5 凝胶防灭火双箱双泵工艺原理示意图2双箱单泵工艺 其工艺流程如图图2-4-6所示图2-4-6 凝胶防灭火双箱单泵工艺原理示意图 凝胶注浆设备目前已经有系列产品出现，如图2-4-7所示图2-4-7 井下轻便型移动式注胶工艺流程 （三）凝胶配方存在的问题和改进 1. 方存在的问题 凝胶防灭火技术已在我国煤矿得到广泛应用，但在实践中也暴露出诸多问题：(1）胶形成过程中释放出氨气，污染井下空气，危害工人健康2）胶的强度较低，而且呈刚性，一旦被破坏就不能恢复，因此在压注完成后，遇矿压会压裂，影响堵漏风效果3）凝胶成本一般都在60元m3 以上，高于黄泥灌浆、水砂充填等的成本，不适合大面积充填防灭火使用 2. 改进型配方 针对传统凝胶存在的诸如胶形成过程中释放出氨气、胶的强度较低且呈刚性、凝胶成本较高等问题，近年来改进型配方主要有以下几种： 三、阻化剂防灭火（一）阻化防火机理 阻化剂只有与水混合成一定浓度的水溶液后才能抑制和起到防火作用，其防灭火机理为： 增加煤在低温时的化学惰性，使煤炭和氧的亲合力降低； 形成液膜包围煤块和煤的表面裂隙面； 充填煤柱内部裂隙； 增加煤体的蓄水能力； 水分蒸发吸热降温。

实质是降低煤在低温时的氧化速度，延长煤的自燃发火期 ( 1 ）无氨味凝胶配方 ( 2 ）分子结构型膨胀凝胶 ( 3 ）粉煤灰胶体 2. 汽雾阻化 （1）汽雾阻化系统如图2-4-8所示 图2-4-8 采空区喷送雾状阻化剂系统1阻化剂溶液箱；2输液泵；3自动过滤；4高压软管；5支架；6漏风方向； 7雾化发生器 （2）喷雾量 喷雾量的大小与采空区丢煤量成正比其计算公式如下： T=KADLHS / R （2-4-5） 式中 T 日喷雾量，t ; R 雾化率，% ; K 吨煤用液量，t / t ; D 实体煤容重，t / m3 ; L 工作面长度，m ; H 工作面采高，m ; S 日进尺，m ; A 丢煤率， 3. 喷洒阻化剂 工艺系统如图2-4-9所示图2-4-9 喷洒阻化剂工艺系统l-供水管；2-永久溶液池；3-水泵；4-压力表；5-铁管 ；6-阀门；7-胶管；8-喷枪；9-流量计四、惰气防灭火 惰气系指不可燃气体或窒息性气体，主要包括氮气、二氧化碳以及燃料燃烧生成的烟气等惰气防灭火原理：惰气防灭火就是将惰气注入已封闭的或有自燃危险的区域，降低其氧的浓度，从而使火区因氧含量不足使火源熄灭一）氮气防灭火技术 1. 氮气防灭火机理与惰化指标1) 氮气防灭火机理（l）采空区内注入大量高浓度的氮气后，氧气浓度相对减小，氮气部分地替代氧气而进入到煤体裂隙表面（2）采空区注入氮气后，提高了气体静压，降低了漏入采空区的风量，减少了空气与煤炭直接接触的机会；（3）氮气在流经煤体时，吸收了煤氧化产生的热量，可以减缓煤升温的速度和降低周围介质的温度。

4）采空区内的可燃、可爆性气体与氮气混合后，随着惰性气体浓度的增加，爆炸范围逐渐缩小（即下限升高、上限下降） 3. 注氮防灭火工艺 注氮方式从空间上分为开放式注氮和封闭式注氮；从时间上分为连续性注氮和间断性注氮1) 开放式注氮 当自燃发火危险主要来自回采工作面的后部采空区时，应该采取向本工作面后部采空区注入氮气的防火方法具体方式有2种：（1）埋管注氮 2) 注氮防灭火惰化指标（1 ）采空区惰化氧浓度指标不大于煤自燃临界氧浓度,一般氧含量应小于7102 ）惰化灭火氧浓度指标不大于3 3 ）惰化抑制瓦斯爆炸氧浓度指标小于12 2）拖管注氮 无论是埋管注氮还是拖管注氮，注氮管的埋设及氮气释放口的设置应符合如下要求： A、对采用U 型通风方式的采煤工作面，应将注氮管铺设在进风顺槽中，注氮释放口设在采空区中，如图2-4-10所示图2-4-10 注氮管埋设及释放口位置 2) 封闭式注氮（1）旁路注氮2）钻孔注氮3）插管注氮4）墙内注氮4. 防止采空区氮气泄漏的措施1) 直接堵漏措施2) 均压措施5. 日常管理应注意的事项（1）注氮量的多少，应根据采空。