1、三、煤炭自燃发火三、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
2、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、矿井火灾的危害四、矿井火灾的危害 矿井火灾的发生具有
3、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六、矿井火灾防治的技术途径（一）外因火
4、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。第二节第二节 开采技术预防自燃发火开采技术预防自燃发火主主 要要 内内 容容 一、井下易于自燃的区域一、井下易于
5、自燃的区域 二、开拓开采技术预防自燃发火的措施二、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
6、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
7、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 第三节第三节 通风措施防治自燃发火通风措施防治自燃发火主主 要要 内内 容容 一、选择合理的通风系统一、选择合理的通风系统 二、增阻减少漏风防灭火二、增阻减少漏风防灭火 三、均压减少漏风防灭火三、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；
8、(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 第四节第四节 介质法防灭自燃发火介质法防灭自燃发火主主 要要 内内 容容 一、一、灌浆防灭火灌浆防灭火 二、二、凝胶防灭火凝胶防灭火 三、三、阻化剂防灭火阻化剂防灭火 四、四、惰气防灭火惰气防灭火 五、五、泡沫防灭火泡沫防灭火一、灌浆防灭火一、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
9、，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；
10、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
11、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
12、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，
13、近年来改进型配方主要有以下几种：三、阻化剂防灭火三、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）
14、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
15、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
16、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710。（2）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
17、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，应根据采空区中的气体成分来确定。（2）合理设置监测传感器，加强对采空区、工作面和回风槽中02、N2和CO 的监测；（3）注入氮气的纯度不得低于97。（4）注意检查工作面及回风顺槽风流中的瓦斯涌出情况，（5）第一次向采空区注氮，或停止注氮后再次注氮时，应先排出注氮管内的空气，避免将空气注入采空区中。（6）在注氮过程中，工作场所的氧浓度不得低于18.5%，应用泡沫充填剂是矿井充填堵漏风防灭火的主要技术手段之一。泡沫是不溶性气体分散在液体或熔融
18、固体中所形成的分散物系。二相空气泡沫、二相惰气泡沫、聚氨酯泡沫、脲醛泡沫、水泥泡沫等在煤矿防灭火中虽已得到应用，但由于二相泡沫稳定性差，聚氨酯泡沫、脲醛泡沫、水泥泡沫成本高，对人体健康有害，应用受到限制。五、泡沫防灭火五、泡沫防灭火第五节第五节 矿井火灾处理矿井火灾处理主主 要要 内内 容容 一、发生矿井火灾时应采取的措施一、发生矿井火灾时应采取的措施 二、风流控制二、风流控制 三、消灭矿井火灾的方法三、消灭矿井火灾的方法 四、高瓦斯矿井处理火灾时的注意事项四、高瓦斯矿井处理火灾时的注意事项 五、火区的管理与启封五、火区的管理与启封一、发生矿井火灾时应采取的措施一、发生矿井火灾时应采取的措施
19、矿井发生火灾时，每个人都必须严守纪律、服从命令，决不能惊慌失措，擅自行动（一）撤出及救护灾区人员 煤矿井下发生火灾时，矿领导及有关人员的首要任务是保护井下人员的安全，应迅速从危险区撤出与救灾无关的人员，同时采取一定的通风措施防止风流逆转。（二）侦察火区 火灾发生后，应立即派出矿山救护队和辅助救护队人员侦察火区。首先侦察是否有遇难人员，弄清火源的地点，火灾的性质及火灾的范围。为采取有效的灭火措施提供依据。同时，切断火区电源，派专人量风测气，观察顶板动态，注意风流的变化，防止事故扩大。二、风流控制二、风流控制 灾变时期通风调度决策正确与否对救灾工作的成败极为重要。1风流紊乱的原因、规律及其防治（1
20、）上行风路产生火风压发生风流逆转的原因主要是：因火风压的作用使高温烟流流经巷道各点的压能增大；因巷道冒顶等原因造成火源下风侧风阻增大，导致主干风路火源上风侧风量减小，沿程各节点压能降低。为了防止旁侧风路风流逆转，主要措施有：降低火风压；保持主要通风机正常运转；采用打开风门、增加排烟通路等措施减小排烟路线上的风阻。防止逆退措施是：减小主干风路排烟区段的风阻；在火源的下风侧使烟流短路排至总回风；（如图2-5-1），以增加风速（图2-5-2）。图2-5-1 挡风墙 图2-5-2 风障（2）下行风路产生火风压（3）风流逆退的原因、规律及其防治2、火灾时常用的几种通风制度（1）维持正常通风，稳定风流 这
21、一制度的适用条件是：火源位于采区内部，烟流已弥蔓较大范围，井下人员分布范围大；通风网路复杂的高瓦斯矿井，火源位于独头掘进巷道内，不能停运局部通风机；火源位于采区或矿井主要回风巷，维持原风向有利于火烟迅速排出；减少向火源供风抑制火势发展（2)停风机 在以下情况下可考虑：火源位于进风井口或进风井筒，不能进行反风；独头掘进面发火已有较长的时间，瓦斯浓度已超过爆炸上限，这时不能再送风；主通风机已成为通风阻力时。（3)反风按范围分，有全矿反风、区域反风和局部反风三种。（1）全矿反风。通过主通风机及其附属设施实现。（2）区域性反风。在多进、多回的矿井中某一通风系统的进风大巷中发火时，调节一个或几个主通风机
22、的反风设施，实现矿井部分地区风流反向的反风方式，称为区域性反风。（3）局部反风。当采区内发生火灾时，主要通风机保持正常运行，调整采区内预设的风门开关状态，实现采区内部局部风流反向，这种反风方式称为局部反风。（4)风流短路 三、消灭矿井火灾的方法三、消灭矿井火灾的方法（一）直接灭火法 由于发火地点和发火特征的差异，内因火灾与外因火灾在直接灭火时方法有所不同。内因火灾介质法直接灭火的有关技术上一节已经介绍。下面，重点介绍外因火灾的直接灭火技术。1用水灭火 用水灭火，简单易行，经济有效。其作用和注意事项如下：（1）水的灭火作用。（2）用水灭火的注意事项供水量要充足。确保正常通风。当火势旺时，应先将水
23、流射向火源外围。水能导电。水比油重，因此，水不能扑灭油类火灾。（1）泡沫灭火器，如图2-5-3所示。图2-5-3 泡沫灭火器1机身；2 机盖；3玻璃瓶；4铁架；5喷嘴；6碱性药液；7酸性药液2用砂子（或岩粉）灭火 把砂子（或岩粉）直接撒在燃烧物体上能隔绝空气，将火扑灭。3用化学灭火器灭火 （2）干粉灭火器。目前矿用干粉灭火器是以磷酸铵粉为主药剂的。4用高倍数空气机械泡沫灭火 高倍数空气机械泡沫是用高倍数泡沫剂和压力水混合，在强力气流的推动下形成的。其工艺系统如图2-5-4所示。图2-5-4 高倍数泡沫灭火装置1风机；2泡沫发射器，3潜水泵；4管路；5泡沫剂；6水桶；7喷嘴，8棉线网；9水管；1
24、0水柱计；11密闭（二）隔绝灭火法 隔绝灭火法是在直接灭火法无效时采用的灭火方法1封闭火区的原则 封闭火区的原则是：“密、小、少、快”四字。2 封闭火区的方法 封闭火区的方法分为三种：(1)锁风封闭火区。(2)通风封闭火区。(3)注惰封闭火区。3防火墙的类型 根据防火墙所起的作用不同，可分为临时防火墙、永久防火墙及耐爆防火墙等。(1）临时防火墙 临时防火墙的作用是暂时遮断风流，防止火势发展，以便采取其他灭火措施。气囊快速临时防火墙，又称充气密闭。石膏防爆防火墙，是以石膏为基料，另加些助凝剂，在喷射机内搅拌喷灌成型的一种防火墙。(2)永久防火墙 永久防火墙的作用在于长期严密地隔绝火区、阻止空气进
25、入。因此要求坚固、密实。(3)耐爆防火墙（图2-5-5）。图2-5-5 水砂充填耐爆防火墙1秫秸帘子；2砖墙，3充填管；4观测孔；5注浆管；6 放水管；7返水池4建立防火墙的顺序 火区封闭后必然会引起其内部压力、风量、氧浓度和瓦斯等可燃气体浓度变化；目前基本上有两种：一是先进后回（又称为先入后排）；二是进回同时。（三）混合灭火法 混合灭火法就是先用防火墙将火区封闭，然后再采取其他灭火手段，如灌浆、调节风压和充入惰性气体等加速火的熄灭。四、高瓦斯矿井处理火灾时的注意事项四、高瓦斯矿井处理火灾时的注意事项 高瓦斯矿井处理火灾时，对灾区进行合理的通风，对防止瓦斯爆炸有决定性的作用，采取相应的措施。（
26、1）上、下山和运输平巷发火时，如果在火源的上风侧有掘进头和废巷，应将积存瓦斯的巷道严密封堵。（2）处理高瓦斯矿高冒处火灾时，必须在喷雾水枪的掩护下（迫使火源局限在高冒处），在火源的下风侧设水幕，然后在高冒处两端用水枪灭火。（3）处理高瓦斯矿井独头巷道火灾时，不能停风，要在保持正常通风或加大风量的条件下处理火灾。（4）当直接灭火无效或不可能时，应封闭火区。在高瓦斯矿封闭火区是相当危险的工作。（5）封闭采区内的火区时，还应考虑某巷道封闭后，是否会造成邻近采空区内瓦斯被大量吸出通过火源引起爆炸？另外，还必须强调一下，任何情况下（无论是高瓦斯矿、还是低瓦斯矿），不准先堵回风，后堵进风，否则会造成火烟逆
27、退或发生瓦斯爆炸。（二）火区启封技术1、判别火区火熄灭的条件(1)火区内温度下降到30 以下，或与火灾发生前该区的空气日常温度相同；(2 火区内的氧气浓度降到5 以下；(3)火区内空气中不含有C2H2、C2H4,CO 在封闭期间内逐渐下降，并稳定在0.001%以下；(4)火区的出水温度低于25 ，或与火灾发生前该区的日常出水温度相同；(5)以上四项指标持续稳定的时间在1 个月以上。现场应用时要注意以下几个问题：(1）火区内空气的温度、氧气浓度、CO 浓度，都应在大气压力稳定或下降期间于回风侧防火墙内或钻孔中测取，并以最大值为准；(2)火区的出水温度应以火区所有出水的防火墙或钻孔中出水的最大温度
28、为准；(3）在上述地点测得的指标，应保持连续测定时间不少于30 天，每天不少于3 次。复习题复习题1什么是煤炭自燃发火？煤炭自燃发火经过哪几个阶段？2煤炭自燃的条件是什么？什么是煤的自燃发火期？3煤的自燃倾向性主要取决于哪几个方面的因素？4影响煤炭自燃的地质开采因素有哪些？5.什么是火风压？火风压的特性是什么？6如何计算火风压？7风流的紊乱形式有哪此？8开拓开采技术预防自燃发火的措施有哪些？9通风措施防治自燃发火的原理是什么？主要有哪些技术途径？问题思考问题思考1为什么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Ll+L2？2封闭采区内的火区时，是否会造成邻近采空区内瓦斯被大量吸出引起爆炸？
