煤矿火灾防治

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,煤矿火灾防治,为什么火灾救灾难度和危险性最大？,为什么有的火灾诱发爆炸，有的却不会？,为什么下山火灾风流流向反复变化？,如何分析所取气样可靠性？,如何注意直接灭火的安全保障？,分析火灾隐患时如何排除环境影响？,如何判断火源位置？,如何分析封闭火区燃烧状态？,为什么掌握计算机风流模拟技术比定性分析方法还简单？,如何进行有效的火灾现场勘察分析？,矿井火灾领域的十大疑问,矿井火灾隐患侦知,供氧风流状态风压分布和漏风,火源电气、自燃、摩擦、撞击、爆破等,燃料煤、木材、塑料（了解其燃烧特性）,监察火灾隐患预警-靠风流气体成分的分析,矿井火灾防治的技术支持,火灾事故防治措施检查,各易着火区火灾怎么办？,火灾预防处理计划正确性和可操作性技术保障 反风、短路、控风、撤退路线及措施实施顺序。,火灾及时报警保障（监测、技术）,直接灭火的器材、供水、人员组织,控风设施的完好风门、风机,矿井火灾救灾,火灾风流紊乱现象 风流模拟及控制,直接灭火的相关技术灭火的有效性和安全性,火区封闭与开启技术,火区燃烧状态的逻辑推理,火灾事故的调查-事故现场勘察,分析火灾现场不同部位的燃烧状态和痕迹,推测火源点、可燃物和原因,推测火灾形成基本过程（发生、蔓延、传播、破坏、熄灭）,1.燃烧的基本概念,燃烧的特征,放热、发光和生成新物质。,电灯：钨丝放热、发光，但未生成新物质。,金属生锈，动物呼吸：放热、生成新物质，但无发光现象。,所以，以上两种现象均非燃烧。,燃烧的条件,燃烧三角形,氧气,链式反应,可燃物,热源,燃烧四面体,氧气,可燃物,热源,燃烧的形式,扩散燃烧（气体可燃物燃烧）,可燃气体从管道孔口，,或巷道流出，在与空,气的交界面燃烧。,分解燃烧（固体和部分液体燃料燃烧）,可燃物遇热分解其产物氧化反应火焰燃烧,矿井火灾时期，着火带中燃烧带燃烧。,表面燃烧（固体燃料燃烧的后期）,固体燃料热分解后，剩余的焦炭与空气的接触表面燃烧。,固体燃料呈红热表面，但没有火焰。,矿井火灾时期，着火带中的焦化带燃烧。,预混燃烧（气体可燃物燃烧）,可燃气体与空气预先充分混合的燃烧。燃烧在混合气体分布空间快速蔓延，在一定条件下会转变为爆炸。,矿井火灾引起的爆炸事故往往由预混燃烧引起。,有时因分解燃烧生成大量富余可燃挥发性气体，与空气混合形成预混气体，在一定条件下点燃而发生预混燃烧。,在上述四燃烧形式中，预混燃烧范围最大。,*燃烧源高温,*高温有毒烟流（中毒、爆炸）,*风流紊乱、逆转加剧上述危害,火灾的特点,特性,危害,*高温烟流的,长期、大范围,影响 火灾,*高温高压烟流的瞬间大范围影响 爆炸,*高压气-固流的瞬间局部范围影响突出,*高压液-固流瞬间局部范围影响 水灾,*地压作用下固体的瞬间局部影响顶板灾害,2.,火灾的特点及治理难点,发展迅猛, 比内因火灾更迅速的预警、救灾,持续时间长 较纯爆炸、突出等更危险,长期、大范围风流紊乱 控风技术应用有效、但难度大,技术推广的难点 外因火灾几率小，控风设施日常维修、购置费用大,外因火灾治理难点和控风有效性,3.,矿井外因火灾燃烧特性,3.1富燃料燃烧和富氧燃烧,*高温(1000)、大量高温气体流向下风侧,*形成再生火源（跳蛙现象）,*产生爆炸隐患,*引起风流紊乱(逆转、形成爆炸预混气体),3.2,富燃料火灾的危险、燃烧条件及控制,控制,富燃料火灾,条件,危险,液体燃料、量大、供氧不足（停、减风，巷塌）、空气预热温度高、断面小,*,减少火势：及时灭火、下风侧洒水,*一般不能停风、减风，特别是忽然停、减风,*条件许可时注惰气,3.3,为什么富燃料燃烧引起再生火源和爆炸?,下列情况直接灭火时，能否减少风速？,4.,矿井火灾预警,0.010.12%,0.022.6%,1720%,0.10.5%,35%,1518%,少量H,2,少量H,2,CO,CO,CO,2,CO,2,O,2,O,2,煤,木材,4.1,矿井火灾燃烧生成产物,富氧燃烧,富燃料燃烧,较少出现,25%,58%,1820%,2%,H,2,CO,CO,2,O,2,煤,木材,*火风压-节流作用和上浮作用（定义）,*低、微风的火源-烟流逆向蔓延,*火源的顺风蔓延：井下风速下，火源蔓延速度与风速成正比,4.2,煤吸附氧气的能力启封火区复燃,*煤常温吸附氧,*封闭火区大气和煤堆内氧浓度阴燃现象,4.3,矿井火灾燃烧蔓延特征,1500,100,IDLH,（立即威胁生命）,400,25,STEL,（短期）,50,5,TLV,（8小时无危害）,CO ppm,HCl ppm,4.4,输送机胶带燃烧特性及产物-特殊危险性,燃烧,三,阶段,煤升温出现冒烟燃烧,煤与胶带混合燃烧阶段,煤明火燃烧初期阶段,必须及时报警,危险性大,燃烧初期，HCl比CO更早出现,HCl比CO的毒性大10倍以上,胶带火灾常发生在进风区,5.,火灾风流紊乱现象,风流逆转,浮力节流 机械风压，巷道全断面风流反向,风流逆退,浮力节流巷道纵横断面温度和压力差。新风顺风向从巷底流入，热烟流沿巷顶流出。,风流滚退,由节流、温度和压力差引起,浮力作用方向朝上；节流作用与风流流向相反，一般情况下，节流作用比浮力作用小得多。,浮力作用,节流作用,机械风压,上山,浮力作用,节流作用,机械风压,下山（1）,风向,浮力作用,节流作用,机械风压,下山（2）,风向,上、下山火灾风流逆转情况不同,上山火灾风流逆转后风向一般不变,下山中小火灾风流逆转后风向变化频繁,火势大的下山火灾风流逆转后风向较稳定,火源位置对下山风流方向影响,下山火灾实例联絡巷对风流逆转的影响,倾斜巷道下行风流火灾实例示意,6.,直接灭火的实用技术,6.1 CO对灭火人员身体状况的影响,防止烟流滚退的最小风速,6.2,防止烟流滚退,风帘遮挡巷道下半部提高风速,巷道左右侧同时喷水,反光镜的应用,自关风门,6.3 气体监测,检查氧气浓度,氧气浓度太低，便携式电子检测仪表误差大，,氧气浓度需大于17。,注意直接灭火的退路,直接灭火时的下风侧烟流组分监测,注意风流稳定性，是否有压力脉动,注意O,2,、CO、CH,4,的变化趋势,持续增加：灭火效果不佳，预示爆炸可能发生,浓度差值法排除环境因素影响,CO 200ppm 220ppm 220-200=20 150+50 150+70 70-50=20,浓度比值法减少风量因素影响。,CO 200ppm 风量增10倍 20ppm O,2,10% 风量增10倍 1%,6.4 用水直接灭火,水流方向,水与风流应在同一方向流动。,避免巷道垮塌破坏水管或高温破坏橡胶垫圈，引起漏水。,管路系统,供水管道应由进风井进入，消防栓接头盖应用塑料。,应采用能清楚显示开关状况的阀门。,供水量应充足,6.5 高倍泡沫灭火,适宜于距采煤工作面或未封闭采空区较远的巷道着火。,不适宜于倾角大于,11.3,下山或大于,5.7,上山火灾。,不适用于熄灭煤体深部火灾和巷道死头。,进入成泡机的风流不含烟流或是只含少量烟流，因烟流妨碍泡沫形成。,发泡作业一旦开始，不能间歇作业,若必须暂停发泡作业，应停止供水，并保持通风机运行，稀释并带走可燃气体。,如何判断泡沫流动走向和灭火效果,应注意分析泡沫旁路而不能流入着火带,泡沫是否有足够含水量,故须监测分析回风巷及泡沫灭火机附近大气状况。,泡沫栓前进的两个信号,泡沫机隔墙两端压差逐渐增高。,回风巷可燃气体浓度增加。,泡沫栓旁侧流失或过着火带,压差停止增高。,可燃气体浓度停止增高。,如何判断泡沫栓旁侧流失或过着火带呢？,若泡沫栓过着火带呢,泡沫栓暂停延长，压差稳定一段时间后，又继续增加，,若泡沫含水充足，回风巷水蒸气和湿度增加。,否则，泡沫栓旁路，从旁侧巷道流失。,若回风巷可燃物浓度增加一段时间又开始降低,说明火势得到抑制。,高倍泡沫灭火的缺点：,泡沫栓难以充填整个巷道断面，巷道顶部火灾不易扑灭。,泡沫栓难以通过垮塌严重区域。,泡沫栓阻塞进风，在打了隔墙情况下，可能形成富燃料燃烧。,或瓦斯积聚，并被推向着火带。,在火源上风侧瓦斯浓度大或有旁侧巷道进风时，必须考虑瓦斯爆炸的危险。,下山火灾注泡沫，因火风压上浮作用，可能阻止泡沫下流。,7.,火区状态分析,7.1 火区内瓦斯爆炸性变化趋势分析(注惰气等防治措施的效果）,O,2,浓度（%）,21,16,12,5,0 t,1,t,2,t,3,t(h),CH,4,O,2,0t,3,O,2,浓度在爆炸限,t,1,t,2,CH,4,浓度在爆炸限,0 t,1,t,2,(t,3,),t(h),0t,3,O,2,浓度在爆炸限,t,1,t,2,CH,4,浓度在爆炸限,O,2,浓度（%）,21,16,12,5,CH,4,O,2,0,t,1,t,3,t,2,t(h),O,2,浓度（%）,21,16,12,5,CH,4,O,2,0t,3,O,2,浓度在爆炸限,t,1,t,2,CH,4,浓度在爆炸限,0,t,1,t,3,t,2,t(h),O,2,浓度（%）,21,16,12,5,CH,4,O,2,0t,3,O,2,浓度在爆炸限,t,1,t,2,CH,4,浓度在爆炸限,0,t,1,t,3,t,2,t(h),O,2,浓度（%）,21,16,12,5,CH,4,O,2,0t,3,O,2,浓度在爆炸限,t,1,t,2,CH,4,浓度在爆炸限,0,t,1,t,3,t,2,t(h),O,2,浓度（%）,21,16,12,5,CH,4,O,2,0t,3,O,2,浓度在爆炸限,t,1,t,2,CH,4,浓度在爆炸限,0,t,1,t,3,t,2,t(h),O,2,浓度（%）,21,16,12,5,CH,4,O,2,0t,3,O,2,浓度在爆炸限,t,1,t,2,CH,4,浓度在爆炸限,0,t,3,t,1,t,2,t(h),O,2,浓度（%）,21,16,12,5,CH,4,O,2,0t,3,O,2,浓度在爆炸限,t,1,t,2,CH,4,浓度在爆炸限,结论,1.注惰气、阻漏风等措施，不仅有助于灭火，而且有助于避免形成爆炸性大气使O,2,曲线变陡，CH,4,曲线变缓，两危险时间段不重叠。,2.火区漏风矛盾影响,利,冲淡瓦斯、延缓瓦斯浓度增加，瓦斯曲线变缓。,弊,渗入空气，延缓氧浓度下降，氧气曲线变缓,利弊分析,：O,2,相对密度1.1，CH,4,相对密度0.55,漏风易与火区大气混合，较难与火区内瓦斯层混合。所以应注意火区内瓦斯分布的不均匀性，,局部积聚瓦斯层，流经火源，易发生爆炸。,3.在火区内存在多个火源点情况下，局部积聚瓦斯层流经火源概率增大，更易发生爆炸。,4.为什么近年来，封闭火区易发生瓦斯爆炸？,开采强度增加，瓦斯涌出量增大，瓦斯曲线变陡，其危险区易落在O,2,危险区内，而易形成爆炸性大气。,沿空留巷及放顶煤开采等采煤方法，使漏风增加，氧气曲线变缓，增加O,2,危险范围。,7.2 确定所取气样是否可靠？,特里克特比率,Tr1.6，气样不可靠,燃烧类型判别,Tr0.4 无燃烧或已熄灭,0.4Tr0.5 甲烷燃烧,0.5Tr1.0 煤、油类、胶带、塑料等,0.9TrR,CO,，R,H2,(为负值）,判断来源,：,A.酸性水与碳酸盐反应：情况不清，无法判断.,B.若吸附作用影响：,CO,2,比CO更易吸附，R,CO2,比R,CO,负值更大。,但本例 R,CO2,=0.0003(正）,R,CO,=-0.001(负），说明吸附非主要作用。,C.缓慢氧化作用：R,CO2,应为0.001左右，,本例为0.0003。所以：缓慢氧化非CO,2,主要来源。,D.采空区自热：,初期 R,CO2,=R,CO,，发展期 R,CO,R,CO2,。,本例中 R,CO,R,CO2,， 所以：采空区自热非CO,2,主要来源。,E.CO,2,富集带涌出，R,CO2,大，应有短暂、急剧增加。,本例：R,co2,小，排除这一可能。,小结：R,CO2,因燃烧产生，火未熄灭。,以R,CO,值分析,由判断准则3,无燃烧和缓慢氧化时， R,CO2,R,CO,R,O2,R,N2,成立。,本例：R,O2,=-0.008R,CO,=-0.001(8倍） 在R,CO2,分析中已排除缓慢氧化。,所以：CO浓度变化由燃烧所致，负值可能因CO为焦炭，炭黑吸收所致。,以R,H2,值分析,火区木材少，H,2,生成系燃烧所致,。,结论,A.180天后，火未熄灭,B.O,2,12%，非CH,4,燃烧,C.火区木材少，不能支持180天燃烧,D.煤是主要燃料,E.90天后，O,2,%5%，阴燃，火势遏制，不会蔓延,F.火势遏制，着火带温度，R,H2,与实际相符。,7.7 分析火灾过程,判断准则4:,当R,O2,负值与R,CO2,、R,CO,正值相近，火势发展。本例第1月：R,O2,=-0.02，R,CO,=R,CO2,=0.03所以，第1月火势发展情况恶化。,判断准则5：,R,O2,、R,CO,和R,CO2,稳定，且近似为零，表明火势受遏制。是建立永久防火墙、堵漏风、加固防火墙的最佳时机。,本例第2月：R,O2,、R,CO2,、R,CO,在0位置波动，而CH,4,稳定上升，说明火势稳定；但漏风大（因R,CH4,，其他气体R应下降，漏风造成浓度波动）。应加固修补防火墙、阻塞漏风。,火区受环境影响大，但可通过逻辑推理逐步排除其他可能性。,判断准则可根据矿区的不同而完善。,逻辑推理方法是现场技术应用和技术进步的重要保证。,以上判断准则和逻辑分析方法,在实例中的应用说明:,7.8,启封火区,通风启封火区法（较简单）,预先确定有害气体排放路线，撤出人员。,首先打开一个出风侧防火墙（由小孔扩大）。,过一段时间打开进风侧防火墙。,排放有害气体一段时间无异常，打开其余防火墙。,进风侧防火墙若处于火区下部，防止,CO2,逆向流动。,打开防火墙短期内采区强力通风，人员撤退，待,1,2,小时再进入火区进行恢复工作。,通风时间和通风风量的确定。,实例,：,火区,V=7.65*10,4,m,3,，火区内甲烷浓度,C,1,=31%,，,CH,4,要达到,C,t,1.5%,，,G=3.4m3/min,（瓦斯涌出量），,A=9.3m2,。,求：通风风量,Q,和最小通风时间,T,解：（,1,）防治气体层形成的最小风速,式中：,I,成层指数；,A,巷道断面积，,m2,；,C,CH4,CH,4,浓度。,巷道斜度,%,2,2,8,8,35,35,70,最小成层指数,1.7,2,3,4,式中：,M,环境参数，,(2),风量的计算,由,M,含义,1,可燃气体密度与空气、,N2,相似，不易形成可燃气体层，如,CO,2,CH4,vv,min,3,CH4,v,min,v18m/min,4,CH4,v300，强度开始下降；至500，强度降低1/2；至600，强度降低1/61/7；,铁支架垮蹋(500，作用时间25分钟),混凝土在火灾中的变化,火场直观鉴定,外观无变化，强度增加火场温度100300开始有裂纹，强度不变火场温度300400裂纹增大增多，强度下降较多火场温度600700酥裂破坏，强度几乎全部丧失火场温度800900熔结、熔瘤，1000以上,化学方法鉴定 中性化鉴定：,水泥在火灾中Ca(OH),2,或CaCO,3,在600900分解而呈中型化. 分析当时的温度和作用时间.,1%酒精酚酞试剂检查其水泥碱性变化,呈红色(Ca(OH),2,存在多)600，或火灾作用时间长,短路在金属中的痕迹,区别短路与燃烧熔痕,分析导线是先短路后烧熔或是先烧熔后短路,短路,：电弧温度高、短路时间短、作用点集中,燃烧熔痕,：电弧温度较低、燃烧时间长、作用区域广,无明显空洞（作用期长，气体释放）,有明显、大小不等蜂窝状孔洞,空洞,在多处出现多股线熔化成块粘连,仅在短路点处，多股线熔化成大熔珠，附近区域多股线仍分散,在另一导体或导线上不存在对应点,另一导体或导线上存在对应点,变形范围大，铝线出现干瘪缩收,变形范围小，只发生在熔痕处,使金属熔融流淌，熔珠垂直下落,使熔融金属喷溅形成较规则的金属小熔球及溅片,使金属相当区域退火变软,无金属退火现象,与本体有明显过渡区,与本体界限清楚,外,观,燃烧熔痕,短路熔痕,因此两者出现以下差异,区别火灾前及火灾中短路熔痕,：,其表面常有烟熏痕迹,熔珠、熔痕表面无烟熏,表现,导线上一般多个短路点,导线上一般一个短路点,痕迹量,以等轴晶粒为主的组织,细小柱状晶体组织,外界温度高、热散失慢、过冷度小,外界温度低、温差快、热散失快,金相,分析,缩孔大而多,熔珠内集中缩孔小而少,气孔洞壁粗糙,气孔洞壁光滑,气孔大而多,气孔小而少,比较,空洞,火灾中,火灾前,过负荷痕迹区别导线因火烧或过负荷所破坏(分析火灾致因，责任，和教训),铝线熔融断吊不均匀分布,铝线熔融断吊均匀分布,铜导线形成不均匀分布大小疤痕,铜线形成均布大疤痕,熔态,同根导线不同位置截面金相组织不同,同根导线不同位置截面金相组织相同,金相,外焦、老线抱紧、不易溶滴,内焦、老线松弛、溶滴,绝缘层,火烧,过负荷,11.3 结论,1.直接证据和间接推论的整理,2.推测事故致因和过程,3.应综合考虑材料与人的因素的综合作用,12. 矿井内因火灾,12.1,致因及过程,煤-氧复合作用学说,：空气中O,2,+煤常温氧化自燃,自燃三阶段,准备期,：缓慢氧化 温度逐渐；着火温度,自热期,：氧化速度 热量积聚，温度 煤的干馏（6080） 生成CO，碳氢化合物，H,2,等,燃烧期,出现明火、烟雾以及燃烧生成物,* 煤本身具有自燃发火本性的一种度量标志,*鉴定方法：双回路气相色谱吸氧鉴定方法,预警,12.2,预警,自燃预测预报,自燃发火指标气体,自燃倾向性及鉴定,*第一火灾系数CO,2,指数,*第二火灾系数CO指数,*其它烯烃、烷烃等气体,平庄局 H=CQ/100,消除风量变化的影响,12.3,内因火灾防治,合理的开拓开采系统、采煤方法及通风系统,开拓：主要巷道底板岩石,采煤方法：减少煤柱，提高回收率，全陷落法管理顶板,通风系统：减少漏风，中央分列、两翼对角,预防性灌浆,浆材、不燃、粒度2mm，其中1mm75%,泥浆料水比 1.21.5,阻化剂防火,阻化率： 愈大，煤抗氧化能力愈强,阻化衰减期：阻止氧化的有效期,均压防灭火,降低压差减少漏风（散热带、燃烧带、窒息带）（SF,6,示踪气体）；安全问题,惰气：,以氮气为主,凝胶,：,固结水，成胶和汽化降温，密封堵漏，阻化,13. 矿井火灾事故案例分析,例：某矿“11.l”胶带机暗斜井火灾案例分析,年11月1日凌晨5：10分左右，某矿胶带机暗斜井第二部胶带机头以下200米左右处，因胶带摩擦起火，造成16人死亡，18人受伤的重大恶性事故。直接经济损失200多万元。,13.1 事故经过,该暗斜井全长780米，倾角为16度，共安装胶带机两台，第一部长400米，第二部长为370米。,年11月1日凌晨5：40分，矿运转区调度员向矿调度员汇报，井下二水平胶带暗斜井第二部胶带机中部着火。矿调度室接到事故汇报后，立即通知矿总值班的副总工程师以及有关矿领导和局调度室。同时矿总值班及调度员立即布置运转区现场人员进行直接灭火，切断胶带暗斜井的所有电源，并通知井下各采掘作业点所有人员撤离现场。,5,：,42,分，矿总值班员接到矿长命令后，立即带领运转区支部书记、副区长及工人等,12,人下井到现场进行直接灭火，当时已有,50,多米左右的胶带被烧，火势很猛，且天眼子木垛已在燃烧。灭火器和防尘水均无法控制火势，现场救灾指挥又派运转区工人到二水平中央变电所及泵房将所有灭火器运到火区灭火，约,6,：,00,矿总工程师赶到调度室后再次命令井下除现场灭火人员外，井下全部撤人。,7：13，现场现场救灾指挥在井下向矿长汇报，现场灭火效果差，控制不了火势，要立即组织接水管到火区，用防尘水进行灭火。局领导及救护大队队员先后到达矿上进行现场指挥和井下进行直接灭火。因现场火势猛，采取直接灭火无效后，指挥部决定撤出二水平灭火人员，实施反风。,二水平灭火人员全部撤出后，8：15分总指挥命令东西立风井同时进行反风，全矿井下高、低压电源切断。8：20、8：21东西立风井先后反风。,由于受灾范围大，抢救情况复杂，又先后调动了邻近煤矿共,6,个救护小队参加救灾。至,11,月,2,日,23,时，火区明火扑灭，,11,月,4,日,6,：,00,，最后一名遇难者升井。,11,月,4,日,14,时，恢复正常通风。,13.2 事故原因,l、胶带机中部着火，系托辊不转，胶带与托辊滑动摩擦造成高温而引燃附近可燃物，是这次火灾事故的直接原因。,2、管理不严，致使胶带暗斜井第二部皮带局部地段存在余煤余碴等可燃物，职工违反劳动纪律，提前出班，是造成这起事故的主要原因。,3、井下使用非阻燃胶带，胶带巷消防设施不齐全，三水平材料库垮通胶带暗斜井，垮通区用可燃性材料支护且封闭不严，是造成事故扩大的重要原因。,4、井下压风自救系统不完善，没有自救器，是造成事故人员伤亡扩大的重要原因。,经调查分析认定，这是一起重大责任事故。,13.3 事故应吸取的教训,（一）进风巷的胶带机火灾的及时发现,（二）劳动纪律松懈，提前出班,（三）全矿反风,平时加强对反风设施的维修,制定并落实可操作性强的原进风区人员撤退计划,人员撤退路线必需根据反风风流逆转可能性，作出具体应对规定,反风必须综合考虑对参与直接灭火和侦察火情人员的影响,（四）本案例显示现场人员直接灭火未能成功扑灭火灾。,能否在火灾现场就地组织人员直接灭火,在于建立有效的防灭火系统,（五）提高灾变时期个人防护、自救能力的意义,（六）加强机电设备检修，保证设备的正常运,（七）设置监测系统和自动洒水装置，及时发现火警并扑灭火灾,（八）注意紧急情况下通讯的及时性和正确性,谢谢大家！,