礦井火災預防（通風專業教程）

礦井火災預防

一、防火對策
礦井火災的防治可以采取下列三個對策：
１）技術(Engineering)對策
(1)災前對策----防止起火、防止火災擴大
(2)災后對策----報警、控制、滅火、避難
２）教育（Education）對策 ----- 知識、技術、態度
３）管理（法制(Enforcement））對策----制定各種規程、規范和標準，且強制性執行。
這三種對策簡稱“三Ｅ”對策。前兩者是防火的基礎，后者是防火的保證。
二、礦井火災預測預報
根據火災發生和發展的規律，應用成熟的經驗和先進的科學技術手段，采集處于萌芽狀態的火災信息，進行邏輯推斷后給出火情報告。
1. 利用人體生理感覺預報自燃發火
1）視力感覺
煤炭氧化初期生成水份，是巷道內出現霧氣或在巷道壁掛有水珠。
2）氣味感覺
煤炭從自熱到自燃，產生多種碳氫化物，并產生煤油味、汽油味、松節油味或焦油味等氣味。
3）溫度感覺
煤炭氧化自燃過程中要放出熱量，因此，從該處流出的水和空氣的溫度較正常時高。
4）疲勞感覺
煤炭氧化自燃過程中，從自熱到自燃階段都要放出有害氣體，這些氣體能使人頭痛、悶熱、精神不振、不舒服、有疲勞感覺。
2. 氣體成分分析法
一般使用一氧化碳氣體作為早期識別煤炭自燃火災的指標氣體。隨著早期預測預報技術的發展，也采用碳氫類氣體氣體濃度和烷稀壁燈作為早期識別煤炭自燃火災的指標氣體。
1）指標氣體及其臨界指標
能反映煤炭自熱或可燃物燃燒初期階段特征的、并可用來作為火災早期預報的氣體叫指標氣體。
2）常用的指標氣體
(1)一氧化碳（ＣＯ）


(3)乙烯
(4)其它指標氣體
國外有的煤礦采用烯炔比（乙烯和乙炔（C2H2）之比）和鏈烷比（C2H6/CH4)來預測煤的自熱與自燃。
3.測量井下發熱體溫度預測自燃火災
1）直接測溫法
煤的自燃發火，一般經過潛伏起、自熱期、自燃期，潛伏期煤體溫度一般不超過700C，自熱期煤溫卡達到1200C～1500C，自熱期的發展使煤溫上升到著火溫度而導致自燃。無煙煤的著火溫度為4000C，煙煤的著火溫度為3200C～3800C，褐煤小于3000C。
2）紅外線探溫
煤自燃的條件形成后，煤層溫度逐漸增高，會發出紅外線。使用紅外線探測儀探測煤體自燃氧化發出的紅外線強度測量煤體溫度。
三、外因火災預防
外因火災的特點比較突然，來勢兇猛，而且發生的時間與地點往往出乎人的意料之外，常常釀成惡性事故。據統計，重大惡性事故90%以上是由外因火災引起的。雖然外因火災的發火次數約占總發火的25%～30%，但是死于外因火災的人數卻占死于火災總人數的65%。因此預防外因火災的發生，已經成為煤礦防滅火的重大問題。
1.外因火災預防的分析
主要從兩個方面進行，一是防止失控的高溫熱源；二是盡量采用不燃或耐燃材料，同時防止可燃物大量積存。
2.外因火災的預防措施
1）安全措施
（1）必須制定井上下防滅火措施。
（2）木料場、爐灰場與進風井的距離不得小于50米。
（3）礦井必須設地面消防水池和井下消防管路。
（4）新建礦井的永久井架和井口房、以井口為中心的聯合建筑，必須使用不燃型材料建筑。
（5）進風井口應裝設鐵門。
2）明火管理
（1）井口房和通風機房附近20米以內，不許有煙火或用火爐取暖。
（2）井筒、平硐與各水平的連接處及井底車場、 井下機電設備硐室等地點，都必須使用不燃型材料支護。
（3）井下嚴禁使用燈泡取暖和使用電爐，井下進行電焊、氣焊等工作，每次必須制定安全措施。
（4）井下使用的汽油、煤油和變壓器油、用過的棉紗、布頭、和紙，必須裝入蓋嚴的鐵桶內，由專人送到地面處理。
3）消防材料管理
（1）礦井必須在井上、下設置消防材料庫。
（2）井下爆破材料庫、機電設備硐室、檢修硐室、材料庫等地點，都應備有消防器材。
4）外因火災初起時及時發現
（1）標志氣體
一般情況下是采用CO和CO2等氣體作為發生火災的標志氣體。
（2）使用溫升變色材料涂在機電設備的外殼上和容易發熱的部位，根據顏色的變化，可以及時發現外因火災初期的現象。
（3）使用火災檢測器及時發現初起火災進行報警，同時啟動滅火裝置將火災破滅。
四、煤炭自燃的預防
礦井自燃火源的分布規律為：（1）采空區，采空區火災占50％以上；（2）煤柱；（3）巷道頂煤；（4）斷層和地質構造附近。
1.防止煤炭自燃的開采技術措施
1）合理的進行巷道布置
①盡可能采用巖石巷道
②分層相道垂直重疊布置
③分層分掘布置區段巷道
④推廣無煤柱開采技術
2）選擇合理的采煤方法和先進的回采工藝，提高回采率，加快回采進度。應選用長壁式采煤法、機械化采煤工藝，采用全部陷落法管理頂板。
3）選擇合理開采順序，堅持自上而下開采
煤層間采用下行式，即先采上煤層，后采下煤層，上山采區先采上山區段，后采下山區段，下山區段與之相反；區段內先采上區段，后采下區段。
4）選擇合理的通風系統
2.預防性灌漿
預防性灌漿就是將水和黃土或粉煤灰等不燃性固體材料混合，配置適當比例的漿液，然后利用灌漿管道系統將其送往采空區等可能發生煤炭自燃的地點，以防止自然火災的發生。
1）灌漿系統
由制漿、輸漿和灌漿三部分組成。
（1）漿液的制備
①漿液性能
對漿液性能的基本要求是，濃度適當，滲透能力強。水土比
②漿材的選取
漿材必須滿足一定的基本要求。
③漿液的制備
（2）漿液的輸送
①輸漿壓力與輸漿倍線
輸送漿液的壓力有兩種。一是利用漿液自重及漿液在地面入口與井下出口之間高差形成的靜壓力進行輸送，叫靜壓輸送；當靜壓不能滿足要求時應采用加壓輸送。 L----總長度，H----入出口高差，h—泵壓力

②灌漿管道的選擇
當管道中漿液恰好處于無沉積的懸浮狀態時的流速，稱為臨界流速(vc)時，也叫不淤流速。


3）灌漿鉆孔
2）灌漿防火方法
按與回采的關系分，預防性灌漿有：采前預灌、隨采隨灌、采后封閉灌漿等三種方法：
（1） 鉆孔灌漿
在煤層底板的集中運輸或回風巷道或專門開掘的灌漿巷道內，每隔一定距離（10～15m）向采空區打鉆灌漿，
（2）埋管灌漿
（3）工作面灑漿
（4）綜采工作面插管灌漿
3.阻化劑防火
阻化劑是一些吸水性很強的無機鹽類，這些鹽類附著在煤粒的表面上時，能吸收空氣中的水分，在煤的表面形成汗水液膜，從而阻止煤、氧接觸、起到隔氧阻化作用，同時降低了煤體了溫度。
1）阻化劑的評價指標及其影響因素
（１）阻化率

A，B--分別為原煤樣和阻化煤樣在規定的實驗條件下氧化5小時放出的CO( pmm) 或SO 2 (mg)。
（２）阻化劑的阻化壽命
阻化劑噴灑至煤體表面后，從開始生效至失效所經過的時間叫阻化劑壽命。單位為月。
阻化劑的壽命可用下式表示： V----衰減速度
τ＝Ｅ／Ｖ
2）阻化劑選擇
煤礦使用的阻化劑有：氯化鈣、氯化鎂、氯化銨以及水玻璃等。以及工業廢液等。
3）阻化劑防火工藝方法
主要方法是：表面噴灑、用鉆孔向煤體壓注以及利用專用設備向采空區送入霧化阻化劑。
4.均壓防火技術
均壓防滅火的實質：利用風窗、風機、調壓氣室和連通管等調壓設施，改變漏風區域的壓力分布，降低漏風壓差，減少漏風，從而達到抑制遺煤自燃、惰化火區，或熄滅火源的目的。
1）調壓設施均壓防滅火的原理
（1）調節風窗調壓的原理
特性：上風側壓力增加，下風側壓力降低。
實質：增阻減風，改變調壓風路上的壓力分布，達到調壓目的。
前提條件：本分支風量允許減少

（2）風機調壓的原理
在需要調壓的風路上安裝帶風門的風機，利用風機產生的增風增壓作用，改變風路上的壓力分布，達到調壓目的。
特性：風機前壓力降低，風機后壓力增加。
前提：以增加風量為前提。


（3）風窗-風機聯合調壓的原理
①風窗－風機增壓調節
所謂增壓調節是指使兩調壓裝置中間的風路上風流的壓能增加。
增壓調節又可分為風量不變和減少兩種。

②風窗－風機聯合降壓調節
作降壓調節時，風窗安裝在上風側，風機安裝在下風側。
2）生產工作面采空區自燃火源或高溫點的調壓處理
（1）采空區的漏風形式
①并聯漏風
如圖是后退式回采U形通風系統工作面采空區漏風分布平面示意圖。

2）調壓處理方法
①當火源或高溫點處于自燃帶Ⅱ中后部（靠近窒息帶）時，則可用降低漏風壓差的方法，減小漏風帶寬度，使窒息帶復蓋高溫點。
②高溫點位于自燃帶的前部，可采用在工作面下端掛風簾的方法來減小火源所在區域內的漏風，同時加快工作面的推進速度，使窒息帶快速復蓋高溫點。
③角聯漏風
采空區內除存在并聯漏風外， 還有部分漏風與其它風巷發生聯系， 這種漏風叫角聯漏風。


調壓處理方法：
(1) 在風路中安裝風門和風機等調壓裝置，降低漏風源的壓能, 提高漏風匯的壓能。
(2) 改變相鄰支路的風阻比，使之保持：

3）調壓氣室-連通管調壓防滅火的原理與應用
一般適用于封閉火區滅火，有單氣室與雙氣室調壓兩種。
（1）雙調壓氣室--連通管調壓原理與應用
①布置方式
K1、K2：密閉墻。
F1、F2：輔助密閉墻。
在密閉墻和輔助密閉墻形成的調壓氣室之間鋪一根金屬管。

②調壓原理：輔助密閉墻增加火區的漏風風阻，降低火區的漏風壓差；連通管與火區并聯，起到并聯分風和降壓的作用。
③調壓時的火區動態觀察
（2）單調壓氣室--連通管調壓原理與應用
①布置方式及其調壓原理

在回風側構成調壓氣室，同時利用金屬管將調壓氣室與火區進風側相連。 要消除火區漏風，需滿足下式：

式中：RT--連通管(包括閘門)風阻；
RM--輔助密閉墻M與CB巷道風阻之和；
RAB，RDA--分別為巷道AB和DA的風阻；
②火區的動態觀測
4）調整通風系統調節漏風壓差
(1)調整通風系統的原則
①增加火區或采空區的并聯(低風阻)風路；或減少火區并聯分支的風阻或風量(不得在該分支增阻)。
②增加火區所在分支或其漏風流經路線上其它分支的風阻；在非漏風流經的路線上減阻。增阻或減阻巷道離火區、或采空區越近，效果越好。
③當火區的漏風源與漏風匯分別處于進回風井附近時，應設法降低主要通風機負壓。
④降低火區漏風源的壓能，增加其漏風匯的壓能。
(2)通風構筑物的合理位置
在有漏風源或漏風匯附近的風路上，設置增阻型通風構筑物時，應遵循的總原則是：既起到應有的風流調節和控制作用，又不增大火區或采空區的漏風壓差。
具體而言：
①若在有并聯漏風的風路上設置風窗等增阻型通風構筑物時，其位置不應選擇在漏風的源與匯之間。
②在有漏風源或漏風匯附近的風路上安設增阻型通風構筑物時，應將其設在漏風源的上風側，或漏風匯的下風側。
③風門、調節風門和密閉墻等控制風流的設施設置后，應使采空區或火區同處于進風或回風側，以降低其漏風壓差。

5.惰性氣體防火
惰性氣體系指不可燃氣體或窒息性氣體，主要包括氮氣、二氧化碳以及燃料燃燒生成的煙氣（簡稱燃氣）等。
氮氣既可以迅速有效的撲滅明火，又可以防止采空區遺煤自燃。使用注氮滅火的火區具有恢復工作量小、不損壞設備等優點。
1）氮氣防滅火原理
（1）氮氣注入采空區后具有降低氧濃度的作用；
（2）液氮滅火還具有冷卻降溫作用。在２０℃的環境溫度下，液氮的汽化熱為４２３kJ/kg。直接用液氮注入火區時，液氮氣化，吸收熱量，使火區氣體、煤層和圍巖的溫度降低，火區冷卻會加速火源熄滅；
（3）在封閉火區的過程中，氮氣注入火區后，兼有抑爆作用。
2）氮氣制取
三種工藝方法：一是深冷空分法99.9%；二是碳分子篩變壓吸附法；三是膜分離法。
3）生產工作面采空區注氮防火
向采空區注入氮氣要根據具體條件確定注氮制度（方式）。在有自燃早期預報時，一般應采用非連續注氮，以降低成本。并根據高溫點的溫度或CO濃度大小選擇注氮強度、注氮口的位置以及注氮時工作面風量選擇等。
4）注氮處理封閉火區
（1）向封閉火區注氮。有條件時注氮過程中逐漸縮封火區，以提高注氮效果。
（2）定向注氮，目標惰化。注氮時使氮氣流經火源點，用氮氣流置換漏風氣流；或者用數個鉆孔能包圍火源點進行注氮，這就是目標惰化。
（3）提高注氮效果的途徑 適當增加密閉墻的氣密性，限制漏風量；增大注氮強度和保持注氮的連續性；選擇合適的注氮口位置。
關鍵詞：礦井火災預防