矿井火灾防治新技术

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2)反风演习:不仅考虑验证40%反风量和10min改变风向的
《规程》规定,
还应了解上述预先准备是否具有可操作性和有效性,以及多
风机不同组合联合反风影响、生产水平采掘工作面实际反风 量、反风对采煤工作面采空区瓦斯涌出和火区的影响等。
显示火灾与爆炸灾害转换致灾防治的重要性,也显 示火灾防治特别是采空区自燃防治也是爆炸防治的重 点和难点。
1. 2013年吉林通化xx(xx)矿“3.29、4.1”因采空区自燃封闭
引起瓦斯爆炸,53人死亡;
2. 2014年重庆南桐矿业有限责任公司砚石台煤矿“6· 3”自燃 引发重大瓦斯爆炸事故,22人死亡; 3. 2014年新疆建设兵团大黄山豫新煤业“7.5”因采空区自燃 火区缩封发生重大瓦斯爆炸事故,17人死亡; (采空区具备瓦斯、可燃物、漏风供氧条件,爆炸防治困难) 4.2013年河北张矿集团艾家沟煤矿 “2.28”空压机火灾事故,
(2)强调自燃防治措施的预防性实施, 第二百六十五条 开采容易自燃和自燃煤层时, 必须制定防治采空区、巷道高冒区、煤柱破坏区自 然发火的技术措施。
当井下发现自然发火征兆时,必须停止作业,立 即采取有效措施处理。在发火征兆不能得到有效控 制时,必须撤出人员,封闭危险区域。进行封闭施 工作业时,其他区域所有人员必须全部撤出。 所谓发现自燃征兆,指的是原来无 CO ,现出现 CO;或原来煤层含有 CO或存在常温氧化生成的 CO, 现CO有所增加的自燃初期征兆,而尚未达到出现自 然发火恶化状况的阶段。本条规定了发现自然发火 初期征兆后的三个应对步骤:
发现自燃征兆:1)“必须停止作业,立即采取有效措施处
理。”有效措施指加强注浆、喷洒阻化剂、注惰气、凝胶、 三相及阻化泡沫,采取控制漏风等综合性防灭火措施。在 原《规程》232条提出采取预防性措施十分重要,本条已删 除的原因,一是因本条和230条已要求制定自燃(预)防治 (理)措施,二是发现自燃初期征兆(而非到达自燃恶化 状况)必须采取措施就是预防性防灭火措施。 2)“在发火征兆仍不能得到有效控制,必须撤人,封闭危 险区域。” 撤人、封闭危险区时间节点=发火征兆未能控制 (自燃发展阶段),非自燃已达到着火并具有爆炸危险阶 段,甚至在已发生爆炸的阶段时才封闭危险区域。在自燃 到着火阶段才封闭火区,必然存在较大爆炸危险。同时, 发火征兆未能控制,也不得以加快采煤面推进试图使火区 进入窒息带的方式继续生产。陈家山 3)“进行封闭施工作业时,其他区域所有人员必须全部撤 出。”这是考虑到封闭火区存在未知强度和影响范围的爆 炸危险,而且封闭火区时间不长,撤人对生产影响后果不 大的缘故。
2. 采空区自燃救灾安全保障
采空区自燃处置中,避免爆炸是火灾救灾最大难题。 1)理念的转换 提升采空区自燃火区封闭安全性是可以实现的 提前实施防灭火措施,正确选择封闭时间节点; 尽可能正确的判断火区状况,尽可能掌握爆炸危险 性趋向; 正确分析爆炸后是否有火源存在(增量值); 在封闭前和封闭期惰化采空区; 合理确定密闭范围和顺序; 边检测、边通风(边惰化)、边密闭,加强救灾信 息沟通;
3. 火区启封条件判断分析技术(13条)
(1)火区大气含氧浓度并不能完全代表火源燃烧的供氧状况。 (2)在岩温或可燃物阴燃温度超过150℃左右时,若空气中氧 浓度大于5%可能导致复燃。 (3)环境影响造成:存在或无CO也并不绝对意味火源尚未或 已经熄灭。 (4)在漏风较大的火区,即使CO、CH4、H2、CmHn和CO2浓度下 降,O2浓度也可能增加。 (5)若火区较大量瓦斯涌出,挤走火源生成的气体,火源生 成气体浓度可能下降到安全值,并不意味着火源已熄灭。 (6)合理处理“最大值”,避免出现高、低估火情的判断。 (7)启封时间应考虑环境影响,在火区范围大、可燃物为木 材或高挥发煤、顶板破碎、大气压力变化时,宜延长。
(9)在抽取气样前,预抽时间为取样管一次换气所需时 间的3倍 (10)应回风侧取样,气样应仅来自待测区域,排除漏 风影响。 (11)取样钻孔宜下套管并注浆密封。 (12)考虑钻孔内外气压,最好的取样时间是夜晚。 (13)取样管宜尽可能伸向火源位置。 (14)采用混合气样分段采集方法。 (15)在同一处抽取气样应缩短取样时间间隔,增加取 样次数。 (16)取样应定期进行。 (17)注意气相色谱仪的使用的几个问题。 (18)在CO以很大速率增减时,注意紧邻数据较验,应
2. 火区燃烧状态判断技术准则(11条)
(1)没有燃烧,无或少量O2吸附情况,火区内各种 气体浓度变化率R应相等。 (2)由煤层涌入该区域的CH4会以相同速率稀释该区 域的其他气体。 (3)各种气体浓度不按相同速率下降说明燃烧或环 境因素影响较大。 (4)取CO、CO2浓度变化速率,分析是否能够排除环 境影响因素。 (5)当O2浓度减少速率近似CO2和CO浓度的增加速率 时,火势发展。 (6)当O2、CO2和CO浓度以稳定速率降低或其速率近 似为零时,火势处于稳定状态。
矿井火灾防治新技术
一、新形势下对火灾防治重要性的新认识
火灾事故及与爆炸事故的统计分析
表面:火灾事故占比比较低; 实际:重、特大瓦斯爆炸事故中火灾特别是采空区自 燃导致的爆炸事故占较大比例。
而且在瓦斯防治工作加强的新安全生产形势下,因 巷道、工作面常规瓦斯积聚引发爆炸逐年减少,而采 空区自燃及其治理期间引起瓦斯爆炸比例上升。
煤炭自燃过程
2)注意自燃防治薄弱环节
第二百六十一条 开采容易自燃和自燃煤层时,必须 开展自然发火监测工作,建立自然发火监测系统, 确定煤层自然发火标志气体及临界值,健全自然发 火预测预报及管理制度。 (1)提高采空区自燃预警能力 人工每班检测+监控系统连续监测+(束管)定期 取样检测 确定本矿条件的自燃预警指标气体、浓度及其变 化趋势自燃预警限——排除风量和环境因素对气体 浓度的影响。 CO 0.0024%(ppm)自燃预警限的误区。
12人死亡;
5. 2015年黑龙江省龙煤集团鸡西矿业公司杏花煤矿“11· 20”
重大皮带火灾事故,22人死亡;
二、火灾防治新理念——新技术发展基础
1.自燃防治: 1)理念的转换
(1) 自燃-----次生爆炸隐患严重,因此必须树立 “不能让采空区着火”的预防为主的理念;(突 出、不能短兵相接) (2)确定三个时间节点: A 采用预防性防灭火措施; B 进行自燃火区封闭; C 人员撤退(范围)。
2.实验及现场测试分析环境对火灾生成气体影响
CO2↑ 燃烧(火势增强), CO2↓ 环境:酸性水与酸性盐反应, 缓慢氧化(吸收反应),煤岩 自然涌出 火势减弱, 环境:溶于酸性水(风 速大、碱性大),为炭 黑、焦炭吸附
CO↑ 燃烧(火势增强), CO↓ 火势减弱, 环境:缓慢氧化,部分含有CO 环境:木材为真菌分解 煤层的涌出 ,湿煤吸收,为炭黑、 焦炭吸附
(正确分析火区自燃状态) 发生多起正压通风导致采空区自燃且未能及时预警事 故。 正压通风两弊端: 正压通风顶不住火:火源具有吸氧逆向蔓延特征,其 上风侧供氧充足火源逆向蔓延,使小矿采空区火灾逆 向迎风传至相联大矿采空区,引发火灾; 正压通风难以自燃预警:将大矿采空区自燃生成CO压 入小矿或地表,CO流入大矿工作面上隅角大大减少, 不易发现而造成突发性火灾。

三、矿井火灾的预警防治技术研发
(一)矿井火灾预警 普遍存在的问题: 我国煤矿采空区、巷道高冒区自燃往往不能及时预警? 选择适当的标志气体是自燃预警前提 选择适当的预警限是自燃预警保障

1.完善标志气体应具有的特征:
(1)唯一性—只能由燃烧产生(重要补充) 普遍用作标志性气体的CO存在不具备唯一性的问题! (2)规律性(单调变化性)—单调上升或下降 (3)敏感性(早期显现性)—煤炭发生自热早期出现 (4)可测性 (5)煤炭吸附率和风流中原始含量低
反风与反风演习重要性的争论
反风有无实用价值,若有为什么现场往往反对?
反风的复杂性及次生灾害危险(欧美反对、前苏联和我国支
持)
1)反风成功取决于事故前的预先准备
应急预案针对性、灾害警报和决策的及时性、进风区人员撤 退及时性、遇险人员对反风的熟悉程度、反风门的维护和控 制能力、反风演习的合理性、主提升司机的配合、避难峒室 的使用、。
四、煤矿外因火灾的防治:
1.理念: 外因火灾必须做好预先防治; 煤矿外因火灾防治的先天不足(249); 现场人员直接灭火职责和灭火安全(275)。 2. 如何做好预防治理: 1) 皮带巷、机电峒室重点防范 2)专项应急预案和现场处置方案 3)风流控制措施(风流短路和全矿、局部反风) 4)反风演习
(二)封闭启封安全性分析技术准则
1.火区气体信息采集准则(18条)
(1)不能在有地面漏风进入的钻孔中取样。 (2)测定钻孔内的气压,孔内压力宜大于或等于地表压 力。 (3)火区气体的采样地点应选在火区出风密闭处。 (4)当密闭墙设置在倾斜巷道内时最好在不同的高度位 置上取样。 (5)地表大气压力较为平稳时取样。 (6)必须在采样管为出风状态时才能采取气样。 (7)每次取样点应一致,气体混合缓慢时,在巷道断面 各点取样,取其平均值。 (8)取样点不仅在火源附近,还应布置在相关关键区域。
(8)在注氮启封火区的注意事项。 (9)应先启封两侧压差最小的密闭,避免瓦斯涌出速度 过快。 (10)启封程序:预确定气体排放路线,撤出路线上人员, 首先打开出风侧防火墙(先开小孔并逐渐扩大),过 一段时间打开一进风侧防火墙,待一段时间无异常, 打开其余防火墙 。 (11)设法让密封区与一条巷道构成并联风路,使密封区 涌出的瓦斯被并联巷道风流迅速稀释 。 (12)启封选择地表气压平稳期,气压变化大,对火区产 生呼吸作用,影响火区状态的稳定性。 (13)在难了解火区内气体、火源状况时,鹤岗矿井火区 启封方法是合适的。
3)采空区着火条件下如何安全封闭火区?
(1)理念:充分警惕爆炸可能性,以安全封闭为主,
到此时生产不得不让位。
救灾不能急于求成! 救灾不计成本,成功救灾早日 恢复生产具有最大的经济效益!
(2)按法规办事:
(1)及时预警、正确分析火区状态变化,
(2)及时采取对应措施
地面或井下钻孔注材料,隔离火区,
封闭前和进行时惰化火区, 在了解火区已惰化前提下,实施火区安全封闭。
*说明CO、CO2浓度增减受环境因素干扰,造成预警失误! *解释为什么有CO并未发生自燃?为什么无CO的火区启封复 燃?从而提高火灾预警的正确性。

3.注意风流稀释对CO浓度预警火灾的影响
在分析灾区状态变化时,必须注意CO浓度是受 风量影响十分大的参数。 一氧化碳浓度——不能直接判断火区的燃烧状 态,必须加上风量,因为浓度会被风流稀释,应 以CO浓度变化趋势预警。 指出许多煤矿自燃预警的失误。 为各矿自燃及时预警和法律法规修改提供技 术支持




260条:煤的自燃倾向性仅反映自燃内因属性, 煤的最小自燃发火期反映自燃内、外因属性,更全面。 但由于煤的自燃倾向性能以实验室测定,煤自燃的外因 属性,生产环境、防治措施、开采工艺的实验室准确模 拟极度困难,实验室难以测定煤最小自燃发火期,故 《规程》不得不以自燃倾向性来衡量煤的自燃特性,并 据此要求开采容易自燃和自燃煤层的矿井,必须编制防 灭火专项设计和采取综合预防煤自然发火措施。 必须指出,由于煤的赋存状况、开采工艺、漏风和预注 浆等自燃防治实施状况等外因属性的不同影响,可能出 现自燃倾向性为容易自燃、自燃的煤层未发生自燃,而 不易自燃的煤层发生自燃的状况。因此,不易自燃的煤 层仍不能忽视自燃防治。
4.CO浓度判断火区状态误差的校正方法

浓度差值法—排除环境因素影响
200ppm↑ ↓ 150+50 220ppm ↓ 150+70 220-200=20 70-50=20 20ppm 1%
CO


浓度比值法—排除风量因素影响。
风量增10倍 风量增10倍
CO 200ppm↑ ΔO2 10%
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5.注意正压通风对自燃预警的不利影响
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