煤矿外因火灾的防治研究

华北科技学院毕业设计（专题） 第135页 共156页 矿井外因火灾的防治研究 摘要：简要分析煤矿井下外因火灾的原因，重点探讨外因火灾的预防，以及发生外因火灾时应如何有效进行处理和自救等问题，以避免或减少外因火灾所造成的损失。 关键词：外因火灾；预防措施；处理措施 ；预报 Abstract: Analyse the reason of coal mine underground exogenous fire briefly, emphasize on the precaution of that, how to handle with the situation, and the way to self-escape effectively, in order to reduce or even prevent the loss of the fire.

Key words:exogenous fire; precaution measure; solution measure; forecast

近年来，我国矿难频频发生。一起起触目惊心的矿难，不仅给遇难矿工家庭带来了极大的悲伤，同时也给国家造成了巨大的损失。据不完全统计，在这些频频发生的矿难中，有10％是因矿井外因火灾而酿成悲剧的。而且随着矿井机械化和电气化程度的提高，这个比例仍在增加。因此，寻求预防矿井外因火灾的方法及制定在发生矿井外因火灾时应采取的处理措施迫在眉睫。

1 矿井外因火灾的产生机理 1.1 基本概念 1.1.1 火灾的概念 火对于人类从来都是既有利也有害。火促进了人类文明的发展，推动了社会的进步，但若人们对火失去控制，就会给人类造成灾害。通常把违背人们意愿而发生的非控制性燃烧，称之为火灾。火灾是矿井或煤田较为常见的灾害之一，它往往造成巨大的经济损失和众多的人员伤亡，造成不良的社会影响。 1.1.2矿井外因火灾的概念 凡是发生在矿山地下或地面而威胁到井下安全生产，造成损失的非控制性燃烧均称为矿井火灾，它一般发生再煤矿井下航道、工作面、硐室、采空区等地点。矿井火灾的发生具有严重的危害性，可能会造成人员伤亡、矿井生产持续紧张、巨大的经济损失、严重的环境污染等。根据引燃源的不同，矿井火灾科分为内因（自燃）火灾和外因火灾两大类。 外因火灾是指由于外来热源，如明火、爆破、瓦斯煤尘爆炸、机械摩擦、电路短路矿井外因火灾的防治研究 第136页 共156页 等原因造成的火灾。煤矿井下外因火灾中尤以电气火灾和带式输送机火灾更为严重。一般来说，在电气化程度较低的中、小型煤矿，大多数外因火灾是由于使用明火或违章爆破等引起的。但是随着煤矿装备水平的提高，在机械化、电气化程度较高的矿井，井下电气设备越来越多，机械化运输设备也越来越多，因此，这两种外因火灾呈逐年增多的趋势。如大量可燃胶带在井巷中的使用，由于胶带本身的材质决定了它一旦发生火灾，蔓延速度会很快，同时会产生大量的有毒有害气体，这些气体很快随风流扩散，其危害性比采空区内因火灾要大得多。 外因火灾大多容易发生再井底车场、机电硐室、运输及回采巷道等机械、电气设备比较集中，而且风流比较畅通的地点。这类火灾一般发生得比较突然，发展速度也快。一个小火源，稍有疏忽，火势就可能蔓延扩大到很大的范围。如果发现不及时，处理方法不当，或是行动措施不果断，会给矿井带来严重损失以及发生惨痛的人身伤亡事故。 1.2矿井外因火灾的形成条件 矿井外因火灾的发生必须同时具备以下三个条件： （1）有充足的燃烧物； （2）有助燃物存在，常见的有含一定氧浓度的空气； （3）具有一定温度和能量的火源。 以上三个必要条件必须同时存在，相互作用，使可燃物的温度达到燃点，生成热量大于散发热量，才能发生矿井火灾。 1.3矿井外因火灾的成因 外因火灾的种类按引火的热源分为明火、点火、机械摩擦火、瓦斯煤尘爆炸火灾和爆破火灾。 （1）明火致因 煤矿井下常见的明火有吸烟、焊接、电炉和大灯泡取暖等。这些热源能引燃可燃物而导致火灾。 （2）电火致因 井下用电时，由于电火花、电弧以及高温的导电部分，往往会引起可燃物（煤炭、木支架、变压器油等）的燃烧，造成电气火灾。产生这种电火花、电弧及导电部分高温的原因有：短路、过负荷、接地故障、接触不良、漏电及电气照明设备引起火灾。 （3）机械摩擦致因 华北科技学院毕业设计（专题） 第137页 共156页 机械摩擦产生的高温可引燃可燃物造成火灾。再煤矿摩擦引起的火灾中主要是带式输送机摩擦产生的火灾。 （4）瓦斯煤尘爆炸 瓦斯、煤尘爆炸后的温度在1650℃以上，高温火焰峰面可引燃井巷的可燃物，造成火灾，增加救灾的难度。 （5）爆破致因 由于不按爆破规定和爆破说明书爆破，如放明炮、糊炮、空心炮，以及用动力电源爆破、不装水泥炮、倒掉药卷中的硝烟粉、使用了变质的炸药、炮眼深度不够、最小抵抗线不合规定等都可能出现炮火、或者炸药保管不善导致爆炸、燃烧，引燃可燃物而发生火灾。 2 矿井外因火灾的危害 我国是一个矿井火灾事故多发的国家。仅2000年对全国国有煤矿的425对矿井统计，就共发生各种火灾事故168起，其中外因火灾14起，内因火灾154起，冻结煤量4217Mt，封闭采区或工作面59个，发火率为0.318次/Mt。 矿井火灾对煤矿生产及职工安全的危害主要有以下几个方面。 2.1大量的有害有毒气体产生 矿井火灾发生后，不同的可燃物会产生不同的气体，这些气体大都是有害的，有些气体毒性较大，这是矿井火灾造成人员伤亡的主要原因。 煤炭燃烧会产生二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等。坑木、橡胶、聚氯乙烯等燃烧会产生一氧化碳、醇类、醛类以及其他复杂的有机化合物。 这些有毒有害气体中，一氧化碳对矿工的危害最为严重，其主要原因是一氧化碳铜人体中血红素的亲和力比氧同人体中血红素的亲和力高250~300倍，因此，当空气中有一氧化碳时，人再呼吸这样的空气后，极有可能因吸收不了氧气而出现伤亡。当空气中一氧化碳按体积百分比计算，浓度达到0.4％时，人们呼吸这样的空气就可立即死亡。根据国内外的统计资料表明，在矿井火灾中的遇难者有80％~90％都是死于以一氧化碳为主的烟雾中毒。同样，煤矿发生瓦斯、煤尘爆炸后，造成人员大量伤亡的主要原因也是以一氧化碳为主的有毒有害气体中毒。 《煤矿安全规程》规定，入井人员必须随身携带自救器，其主要目的是一旦出现矿井火灾、爆炸等事故后，能利用自救器保护自己，降低有毒有害气体对自己的伤害程矿井外因火灾的防治研究 第138页 共156页 度。 2.2瓦斯、煤尘爆炸 矿井火灾不但为瓦斯、煤尘爆炸提供了热源，而且火的干馏作用可使煤炭、坑木等放出氢气、沼气和其他多种碳氢化合物等爆炸性气体，从而增加了瓦斯、煤尘爆炸的可能性。同时火灾还可使沉降的煤尘重新悬浮，增加了煤尘爆炸的几率。根据国内资料统计，新中国成立后的所有煤尘爆炸事故，因矿井火灾引起的占6％。因此，矿井火灾的危害并不仅仅是燃烧放热。 2.3设备设施毁坏 一旦出现矿井火灾，现场的各种一起、仪表、设备将会遭到严重破坏。摧毁巷道，破坏支护。有些暂时没被烧毁的设备和器材，由于火区长时间封闭，都可能因长期腐蚀全部或部分报废。 2.4开采接续影响 矿井火灾发生后，特别是大范围的矿井火灾发生后，直接灭火无效，必须对火区进行封闭，而被封闭的火区必须待里边的火完全熄灭后才能打开密闭，重新开采，有些火区因裂隙较多或密闭不严，火区内的火很长时间不能熄灭，有时达几个月甚至几年，严重影响生产，影响煤层开采的连续性。不但如此，被封闭的火区永远是煤矿井下的一种安全隐患，使人们不能放心地进行各种采掘活动。 2.5大量的煤炭资源烧毁 矿井火灾会使煤的发热量大大减少，甚至完全被烧毁，使国家宝贵的资源白白浪费掉。据1997年新疆煤田火区普查结果表明，新疆5大火区的火灾面积总计达3794ha,其中明火面积达826ha,烧毁煤量3113.37Mt。 2.6环境严重污染 有些煤田的露天煤由于火源面积较大，火区温度较高，同时煤的燃烧所放出的各种有毒有害气体，严重破坏了周围的环境，甚至形成大范围的酸雨和温室效应。使绿洲变为荒漠。此外，火区燃烧生成的酸碱化合物对火区附近的地表水的浅层地下水也会造成严重污染。 2.7矿井风流状态紊乱 高温烟流经过不同标高巷道而产生火风压，造成井下风流紊乱。形式包括风流逆华北科技学院毕业设计（专题） 第139页 共156页 转、烟流逆退、烟流滚退，逆转是以同种流体单向流动为主，逆退是不同流体异向流动，滚退是在同一断面上既有新风和烟流的异向流动，又有烟流翻卷引起的同种流体异向流动。滚退是逆退和逆转发生的先兆。 3 矿井外因火灾的预警预报 外因火灾的前期及时发现对灭火工作十分重要。外因火灾预警最常用的方法有：温升变色涂料、感温元件、带式输送机火灾检测自动灭火装置。这些方法主要用于电动机、机械设备的易发热部位和带式输送机火灾预警。 3.1温升变色涂料 温升变色涂料有两种：一种是以杭瑟碘化汞HgI为主体的涂料，另一种是以红色碘化汞HgI2为主体的涂料。将这些温升变色涂料涂敷再电动机的外壳或机械设备的易发热部分，一旦温升超过额定值即会变色给人以预警；当温度下降到正常值，又恢复原色。 黄色碘化汞HgI变色涂料，当涂敷物的温度由常温升到54℃~82℃时变为橘红色；红色碘化汞HgI2变色涂料，涂敷物的温度由常温升到127℃时变为黄色。 3.2感温元件 以易熔合金、热敏电阻等制成的感温元件预警电器机械设备温升，并将这些温感元件与灭火装置联动。在发生火灾时自动启动灭火。 3.3带式输送机火灾监测自动灭火装置 带式输送机火灾检测和自动灭火装置有多种型号，如DFH型KHJ-1型、MPZ-1型等。装置由电源箱、监控系统、水冷却灭火系统和泡沫明火系统组成，其具有监视功能、显示功能、报警和自动灭火功能。 4 矿井外因火灾的防治措施 矿井外因火灾的预防主要从三方面着手，一是防止失控的高温热源；其次是可燃物的管理或消除；三是建立防灭火设施。为了预防外因火灾，必须制定地面和井下的防火措施。 4.1地面火灾的预防 矿井的所有地面建筑物煤堆、木料场等处的防火措施和制度，应遵守国家颁布的有关防火规定和《煤矿安全规程》中对防火提出的具体要求。其要点是： （1）木料场、矸石山、炉灰场距进风井不得小于80m；木料场距矸石山不得小于