细水雾灭火系统在矿井火灾方面的应用综述

细水雾灭火系统在矿井火灾方面的应用综述
引言
矿井火灾是直接威肋矿井安全生产的主要灾害之一。

随着科技的发展，矿井开采技术不断进步，开采环境不断改善，但矿井火灾与爆炸灾害并没有呈现下降趋势。

近年来，百万吨发火率达1％，与世界几个主要产煤国家相比，差距还很大。

究其原因，主要是由于更多的新材料，包括各种树脂、塑料、液体燃料和液压机液等应用到矿井中，另外就是机械化程度不断提高，机电设备增多，这些都增加火灾的发生概率。

尤其是近几年，重大火灾事故还时有发生，给煤炭企业带来难以估量的负面影响，特别是有损于煤炭行业的社会形象，也严重制约着煤炭企业的经济效益。

因此，火灾防治工作依然是煤炭企业的一项常抓不懈、重要而艰巨的任务。

1 细水雾在矿井火灾的应用机理
1．1 矿井火灾
矿井火灾又叫矿内火灾或井下火灾。

是指发生在煤矿井下巷道、工作面、硐室、采空区等地点的火灾。

能够波及和威胁井下安全的地面火灾，也叫矿井火灾。

矿井火灾的发生原因按其热源可分为内因火灾和外因火灾。

内因火灾是由煤炭自燃而引起的火灾。

我国煤矿自燃发火非常严重，有56％的煤矿存在自燃发火问题，而我国统配和重点煤矿中具有自燃发火危险的矿井约占47％，矿井自燃发火又占总发火次数的94％，其中采空区自燃则占内因火灾的60％；外因火灾是指由外部火源，如明火、电缆着火、电气设备产生的电弧火花，瓦斯或煤尘爆炸，以及放炮等而引起的火灾。

随着矿井机械化和电气化程度逐渐提高，外因火灾的比例还会增高。

图1为2002年国有重点煤矿事故严重度的统计，尽管当前矿井防灭火技术有了很大的发展，但是仍然难以杜绝矿井火灾的发生，为了保证矿井的安全生产引入细水雾这种特殊的灭火系统。

1．2 细水雾灭火系统的灭火机理
“细水雾”(water mist)是相对于“水喷雾”(waterspray)而言的，可以通过撞击、气动、高压、静电及超声波等多种方式产生。

在NFPA750中，细水雾的定义是：在最小的工作压力下，距喷嘴lm处的平面上，测得的水雾最粗部分的水微粒直径Dv0．99，不大于1 000 tJ．m(Dvf是水微粒直径，它表示累积体积百分数为f时的液滴平均滴径)。

细水雾灭火系统对保护对象可实施灭火、抑制火、控制火、控温和降尘等多种方式的保护，其灭火机理可归纳为高效吸热、窒息、阻隔辐射热、浸润作用等，另外还有对液体的乳化和稀释作用，在灭火的过程中，往往会有几种作用同时发生，从而有效灭火。

对于一般的矿井外因火灾，如：放炮引火、摩擦生火、矿井火焰蔓延等方面，细水雾灭火系统都有较好的应用。

2 细水雾在矿井火灾方面的具体应用
2．1 细水雾抑制瓦斯爆炸的可行性研究
体起爆到火焰传播速度达到最大值所经历的时间明显延长。

这一过程中，超细水雾较高的吸热效率发挥了作用，消耗了混合气体燃烧生成的一部分热量，削弱了火焰传播的能量。

利用超细水雾冷却效率高，吸热效果好的特点，对“瓦斯一空气”混合气体在不同量超细水雾氛围内的爆炸过程进行了初步的实验研究。

实验发现在超细水雾氛围内，瓦斯爆炸的火焰传播速率明显降低，起爆阶段的火焰传播加速度也有较大幅度的降低，火焰在实验管道内的传播时显著延长，并且发生了火焰驻停现象，但爆炸感应期变化不大。

这表明超细水雾较高的吸热效率有效地消耗了瓦斯爆炸燃烧生成的一部分热量，削弱了火焰传播的能量。

如果在超细水雾中再加入某些能够起到化学抑制作用的添加剂，形成含添加剂的超细水雾，就能更为有效地抑制瓦斯爆炸火焰的传播。

2．2 对瓦斯抽放钻子L火灾的防治
瓦斯抽放钻孔的钻进过程中，由于钻头、钻杆与煤层摩擦，钻孔内不可避免地要产生1个高温区域，当该区域的温度超过瓦斯燃点时，极易导致钻孔瓦斯燃烧，进而引起矿井火灾或瓦斯爆炸。

目前国内对于瓦斯抽放钻孔火灾的治理方法，主要有气体灭火法、水喷淋灭火法和填砂灭火法。

该研究采用目前比较先进的细水雾灭火技术，埘瓦斯抽放钻孔的火灾进行防治。

“细水雾”通常是指通过高压、气动、撞击及超声波等方法产生的水微粒。

由于细水雾具有颗粒直径极小、空间分布密集而均匀、在宅中停留时间长的特点，进入火场后具有高效吸热、窒息灭火、阻隔辐射热、动力学效应等作用，因此灭火效果较好。

2．3 在矿井电气火灾方面的应用
利用水进行除尘早已在各粉尘污染严重的领域得到广泛应用。

但是由于水是电的良导体，且具有连续性和流动性，极易导电，所以电气火灾中禁忌直接用消防水枪喷水灭火或者消烟。

近年来发展起来的细水雾技术解决了这个问题。

细水雾技术是指利用水雾喷头，在一定的水压力下，将水溶液流分解成细小水滴，将消烟剂以细水雾的形式喷向烟气。

由于细水雾分子并不象密集水流那样紧密联在
一起，因此不具电的导通性，可以安全应用于各种电气火灾。

2．4 细水雾灭火系统对抑制煤炭自燃方面的应用
用水扑灭井下火灾，简单、经济、效果好，但是普通的水淹矿井火区使矿井火灾熄灭的方法，水淹后会造成矿井长时间停产，火熄灭后又要排水，重新整修巷道。

尤其对于自燃发火，水淹后，煤经过水洗，恢复时更容易自燃，所以煤矿一般不应采用此法灭火。

但是如在超细水雾中再加入某些能够起到化学抑制作用的添加剂，形成含添加剂的超细水雾，既有利于节约用水量，又不会引发水灾，起到了很好的防、灭火作用。

最常用的阻化剂有氯化钙、氯化镁、硝石灰和水玻璃等。

它们都是吸水性很强的无机盐类，当附着在煤的表面时，吸收了空气中的水分，在煤的表面形成含水的液膜，从而阻止煤和氧的接触。

这些药剂能使煤体长期处于含水潮湿状态，水在蒸发时的吸热降温作用，使煤在低温氧化时温度不升高，抑制煤的自热和自燃。

3 细水雾灭火系统应用在矿井火灾方向的特点
细水雾灭火系统因其特殊的灭火机理而区别于传统的灭火方法，具有其它灭火系统无可比拟的优点：
(1)对环境无污染，不产生其它副产物，对大气无破坏作用，不产生温室效应，是理想的环保产品，它克服了二氧化碳系统和卤代烷系统等带来的负面效应。

(2)不连续，绝缘性好。

由于细水雾粒径小，不同于自动水喷淋和水喷雾，喷雾时呈不连续性，几乎不导电(粒径越小电阻变化越小)，故可用于电器火灾。

(3)以水为灭火介质，价格低廉，灭火用水量小，水渍损失甚微，无需水池和大水箱。

细水雾与自动水喷淋、水喷雾比较，相同的灭火时问内喷水是后者的10％～20％。

(4)喷射时可有效吸收和降低火灾区烟气中的固体悬浮颗粒浓度，减少火灾中烟气含量及毒性，减小烟粒对人体和物体的损坏，有利于人员的安全撤离。

(5)细水雾遇到高温，吸收热量迅速汽化，不会对保护对象造成二次损害或二次损害很小。

(6)灭火效能高，应用广。

在一定条件下，对炎热猛烈、蔓延速度快的火灾，其灭火性能更佳，降温作用强大，火场周围环境湿度低。

(7)系统构筑灵活，安全可靠，日常维护工作量和费用较气体系统大大降低。

细水雾设备(如管道等)为耐压的不锈钢材料制成，一般寿命长60 a。

但细水雾灭火系统也存在缺点：
(1)系统专业性强，对喷头的要求高，喷头设计水平和制造的质量对灭火效能影响很大。

(2)对水质的要求高，因此对过滤器材要求也较高。

系统用水应无污染、无腐蚀、无悬浮物。

管道内应清洁，不得有杂质、氧化皮等异物，防止堵塞喷头水道。