煤矿灾害防治技术教案2矿井火灾防治

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单元标题：第二章矿井火灾防治

教学时数：（12）学时，其中理论（12）学时

教学目的与要求：

使学生掌握矿井火灾防治基本概念和理论概述、开采技术预防自燃发火、通风措施防治自燃发火、介质法防灭自燃发火、矿井火灾处理。

主要教学内容：

第一节基本概念和理论概述（2 学时）

第二节开采技术预防自燃发火（2 学时）

第三节通风措施防治自燃发火（3 学时）

第四节介质法防灭自燃发火（3 学时）

第五节矿井火灾处理（2 学时）

教学重点与难点：

重点掌握矿井火灾发生的基本要素、矿并火灾的分类、煤炭自燃发火、矿井火灾的危害、火风压、矿井火灾防治的技术途径、开采技术预防自燃发火的技术措施、通风防治自燃发火措施、介质法防灭自燃发火、灌浆防灭火、凝胶防灭火、阻化剂防灭火、惰气防灭火、泡沫防灭火等灭火方法以及矿井火灾处理措施；难点是介质法防灭自燃发火。

课后作业：

复习题

课后体会：

第二章矿井火灾防治

第一节基本概念和理论概述

一、矿井火灾发生的基本要素

(1)热源。

(2)可燃物。

(3)空气。

二、矿并火灾的分类

(1 )根据不同引火热源，矿井火灾可分为外因火灾和内因火灾。

外因火灾是由于外部热源引起的火灾。

内因火灾是由于煤炭等易燃物质在空气中氧化发热并积聚热量而引起的火灾。

(2 )根据不同发火地点，矿井火灾分为井筒火灾、巷道火灾、采煤工作面火灾、煤柱火灾、采空区火灾和硐室火灾。

(3 )根据不同燃烧物，矿井火灾可分为机电设备火灾、火药燃烧火灾、油料火灾、坑木火灾、瓦斯燃烧火灾和煤炭自燃火灾。

三、煤炭自燃发火

1.煤的氧化自燃过程

(1)潜伏期。

(2)自热期。

(3)自燃。

井下发生自燃发火时往往会出现以下一些可被人感觉的征兆：

(I)嗅觉。

⑵视觉。

⑶感(触)觉。

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

煤炭自燃一般要经过3个时期:

其过程如图图2-1-1

图2-1-1煤自燃发展过程示意图

从理论上讲，煤层的自燃发火期定义为：从发火地点的煤层被揭露(或与空气接触)之

日起，至出现《矿井防灭火规范》中定义的有关现象之一，或温度上升到自燃点为止，所经历的时间叫煤层的自燃发火期，以月或天为单位。煤层最短自燃发火期是指在最有利于煤自

热发展的条件下，煤炭自燃需要经过的时间。

4 ?影响煤炭自燃发火的因素

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

煤的自燃倾向性是煤自燃的固有特性，是煤炭自燃的内在因素，属于煤的自燃属性。《煤矿安全规程》规定煤的自燃倾向性分为3类：I类为容易自燃，II类为自燃，III类为不易自燃。

煤的自燃倾向性主要取决于以下几个方面：

①煤的变质程度。

②煤的孔隙率和脆性。

③煤岩成分。

④煤的水分。

⑤煤中硫和其它矿物质。

⑥煤中的瓦斯含量。

(2)煤层的赋存地质条件

①煤层越厚与倾角。

②地质构造。

③煤层埋藏深度。

④围岩的性质。

(3 )开拓系统

开采有自燃发火危险的煤层时，开拓系统布置十分重要。有的矿井由于设计不周，管理不善，造成矿井巷道系统十分复杂，通风阻力很大，而且主要巷道又都开掘在煤层中，切割

煤体严重，裂隙多、漏风大。因而，造成煤层自燃发火频繁。

(4)采煤方法

采煤方法对自燃发火的影响主要有回采时间的长短、采出率的高低、采空区的漏风状况

以及近距离煤层同时开采时错距和相错时间等。

(5)漏风条件

只有向采空区不断的供氧，才能促使煤炭氧化自燃，即采空区漏风是煤炭自燃的必要条

件。

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将采空区沿推进

方向分为三个区域：窒息带川(不自燃带)、自燃带n (宽度为LJ和散热带1 (宽度为L i )

(如图2-1-2 )。

从安全的角度考虑，自燃带的最大宽度为L i + L2 ,设工作面的推进速度为u,则在I、n带内煤暴露于空气的

时间T = ( L i + L2) / u (月)，如自燃发火期为T S,当：

T s W( L i + L 2)/ u (2-1-1 )说明自燃带内有厶L= L i + L2 —u T S宽度存在时间超过自燃发火期，有自燃危险。而采空区自燃带最大宽度取

L E

图2-1-2 采空区散热、自燃、窒息三带分布示意图

决于顶板管理。根据顶板的岩石冒落特点，采用与岩性相适应的顶板管理方法，减小L i + L2 之值，即可减小自燃发火的危险性。

由此可见，采空区遗煤自燃与否主要取决于工作面的推进速度和自燃带最大宽度L i + L2。另外，煤层群开采的顺序以及同采时的错距不合理会增大采空区自燃发火的危险性。

四、

矿井火灾的危害

(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

火灾时高温烟流流过巷道所在的回路中的自然风压发生变化, 风压变

化量，在灾变通风中称之为火风压。

1、火风压的计算方法

在如图2-1-3所示的模型化的通风系统中，在风温和空气成分发生变

化，从而导致其密度减小，

H f = Zg ( p ma — p mg)

式中H f—火灾时1-2-3-4-1 回路的火风压，

Z —1-2-3-4-1 回路的高差，m ;

p ma、p m —分别为3-4分支火灾前后空气和

3

烟气的平均密度，kg/m。

2、火风压的特性

(1)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)

这种因火灾而产生的自然

F点发火，由于火源下风侧3-4风路的

该回路产生火风压，根据火风压定义可得：

(2-1-2 )

Pa;

⑵

(3)

旁侧支路风流逆转。如图2-1-4(a) 、2-1-4(b)

主干风路烟流逆转。如图2-1-5所示。

火烟逆退。

所示。

图2-1-4 旁侧支路风流图2-1-5 主干风路烟流逆

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。① 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；②

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。 2?预防外因火灾蔓延的措施

其措施有：①在适当的位置建造防火铁门， 防止火灾事故扩大。 ②每个矿井地面和井下 都必须设立消防材料库。 ③ 每一矿井必须在地面设置消防水池， 在井下设置消防管路系统。 ④主要通风机必须具有反风系统或设备，并保持其状态良好。

(二) 自燃发火防治的技术途径 根据煤炭自燃发火的机理和条件， 通常从开采技术、 堵漏措施、介质法防灭火三个方面

采取措施进行预防。

第二节开采技术预防自燃发火

、井下易于自燃的区域

(1)

采空区。自燃火区主要分布在有碎煤堆积和漏风同时存在、 采空时间大于自燃发火

期的地方。

(2) 煤柱。尺寸偏小、服务期较长、受采动压力影响的煤柱，容易压酥碎裂，其内部产 生自燃发火。 (3) 巷道顶煤。采区石门、综采放顶煤工作面沿底掘进的进回风巷等，巷道顶煤受压时 间长，压酥破碎，风流渗透和扩散至内部(深处)，便 会发热自燃。

(4) 断层和地质构造附近。工作面搬家和不正常推进 以及工作面过地质构造带或破碎带都是煤自燃发生频率 较高的区域。

二、开拓开采技术预防自燃发火的措施

为满足开采技术要求，通常应采取以下技术措施： 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。

新鲜风淤

图2-1-6

火烟滚退示意图

图2-2-1

上下区段分采同掘

I —工作面运输巷；2 —下区段工作面回风巷;

3 —联络巷