矿井防灭火关键技术.pdf

矿 井 防 灭 火 关 键 技 术 兖矿集团防部刘守华徐立中 1煤的自燃理论 煤的自燃与不自燃只是相对而言的, 实验证明, 如果时间 足够长, 任何煤都会自燃。不同的煤种的自燃情况也不相同, 对同一种煤种来说, 耗氧越快就会越容易自燃。 煤的自燃过程发生了三步化学反应第一步是生成氧化 基, 每消耗1摩尔氧气, 放出5 9 k J的热量; 第二步, 生成物进 一步分解, 每消耗1摩尔氧气, 放出2 5 3 k J的热量; 第三步, 产 生了C O, 每消耗1摩尔氧气吸收1 4 . 8 k J /摩的热量。三步反应 是同时进行的, 总的发热效率为2 9 0 k J /摩, 即每消耗1摩O2, 放出2 9 0 k J热量。 煤的粒径越小, 吸氧就越快, 当粒径小于2 m m后会趋于 极限。当煤的堆积厚度大于0 . 4 m ,氧浓度大于1 5 时, 煤氧化 升温的速度最快。 煤的导热性能很差, 厚度为0 . 5 m的煤的上下温差能达到 1 0 0 ℃, 空气的导热系数更差, 远小于煤的导热系数, 在1 8 0 ℃、 氧气浓度4 . 4 情况下, 煤温仍上升, 氧浓度低于3 时, 阴燃的 火才能够熄灭, 由于氮气对煤体降温的作用很小, 当氧浓度升 高时会重新复燃。 实验证明,2 8 ℃时就能出现C O气体,而且不同煤种出现 C O的多少也是不同的,不同煤种产生气体情况也并不相同。 如果以C O为指标来确定是否已经发火, 不能只以C O浓度的 高低为根据, 要观察它的变化是否有上升趋势。一般来说, 煤 温 达 到1 2 0 1 8 0 ℃后 会 出 现C 2H6、C2H4等 气 体 ; 煤 温 达 到 1 8 0 ℃时会出现H2, 当然, 不同的煤产生各种气体的温度值也 不是完全相同的。 当温度达到1 5 0 ℃后,各种气体的发生速度都明显加快, 但变化的速度并不完全相同, 丙烷、 丁烷、 烯烷比的值随着煤 温的升高而增大的关系明显。 针对我公司的煤种而言, 在温度达到2 0 0 ℃左右时会出现 煤焦油味, 此时的C O浓度能达到1 ; 温度达到3 0 0 ℃时能够 见到青烟, 到4 0 0 ℃时就能见到明火。 如果在1 0 0 ℃时不采取措 施 , 几天就会上升到3 0 0 ℃而出现青烟, 济二矿2 3下0 1停采 线从出现C 2H4温度已达到1 2 0 ℃到明显有煤焦油味温度 已达到2 0 0 ℃仅两天, 到明显青烟温度已达到3 0 0 ℃仅七 天。 煤在低温氧化的初期, 氧化速度低, 需氧量少,只需很小的 漏风就可以维持氧化发展,因此想完全抑制常温氧化发展在 矿井中是很困难的, 当氧化速度增加温度升高以后, 需氧 量加大, 若能把漏风控制在一定范围内, 使通过疏松煤堆中的 风量在0 . 1 0 . 9 m 3 / m i n . m 2范围内时, 易发生自燃发火, 当低于 0 . 0 6或大于1 . 2 m 3 / m i n . m 2时不会发生自然发火,而最有利于 使煤自燃的风量是0 . 4 m 3 / m i n . m 2 ; 另外, 当大气中氧浓度低于 8 ～ 1 0 时也不会发生煤的自燃,抓住这些特点就可以更加有 效地控制煤层的自然发火。 一氧化碳在发火过程中会贯穿于全过程,开始出现的时 间早, 出现时的浓度高于其它气体, 容易被检测出, 乙烷出现 的时间几乎与一氧化碳同时, 也贯穿于发火的全过程, 浓度低 于一氧化碳, 而且变化不太明显; 出现C 2H4时, 煤的自燃温度 已达到1 0 0 ℃, 出现C 3H8、C3H6、C4H1 0时, 煤的自燃温度已达到 1 3 0 ℃, 因此, 一般把出现乙烯作为自燃进入加速氧化阶段的 标志, 把出现丙烷、 丙烯、 丁烷作为自燃进入激烈氧化阶段的 标志。 煤的自燃分自燃氧化阶段、 储热阶段、 加热氧化阶段、 激 烈氧化阶段和燃烧阶段, 一般地, 根据煤自然燃发火的五个阶 段的分析, 把煤自燃的温度超过7 0 ℃作为高温点。 2防灭火关键技术 可以分以下几个阶段介绍。 2 . 1工作面布置中的防灭火技术 从防灭火方面考虑,对采区和工作面设计应有以下几方 面的要求 1尽可能减少孤岛工作面的产生; 2尽可能不在采空区两侧同时采掘, 尾随工作面进行 掘进时要相距一定的距离; 3 尽量保证一个采区的各个工作面推进方向一致, 要 防止产生太多的开切眼和停采线, 开切眼、 停采线附近要布置 必要的边界巷道, 以利于均压等防灭火措施的实施, 工作面之 间应留有一定尺寸的保护煤柱, 为封堵采空区漏风创造条件, 各种硐室应布置在有工作面的一侧,防止沿空掘进时揭露该 硐室引起发火。 在进行工作面设计时,要保证顺槽的风流方向与相邻采 空区周边的风流方向同性, 即同为进风或同为回风。工作面不 能采全高, 必须有丢煤时, 要丢底不丢顶。 开采有自燃煤层的矿井中, 风门、 风窗等通风设施均应按 防灭火的要求正确选择位置, 避免增加采空区、 煤柱裂隙、 火 区之间的风压差, 一般地, 各种设施的阻力不宜超过1 0 0 P a。 2 . 2掘进中的防灭火技术 沿空掘进工作面必须进行喷浆堵漏,喷涂厚度不小于 1 0 0 m m,对沿空有高温的区段可采用注胶体泥浆的办法进行 治理在沿空掘进的巷道与采空区密闭或上分层的溜煤眼贯通 前, 以及在贯通二次揭露的断层时, 在可能的情况下应通过观 测密闭内气体情况或打钻的办法了解内部煤的自燃情况, 如 果断定有自燃时,要采取一定的灭火措施后才能对该密闭进 行启封,并在启封前做好灭火的准备工作和因不能灭火而进 行快速密闭的准备工作。 随着综放采煤工艺的采用, 出现了多次高冒、 离层松散煤 体引起的顶煤发火,成为综放工作面顺槽准备时期的防灭火 重点。综放工作面顺槽高冒处的松散煤体和有离层处要进行 喷浆和压注凝胶的堵漏处理。 煤矿现代化2 0 0 7年第5期总第8 0期 2 9 2 . 3采煤过程中的防灭火技术 对两侧为实体煤的采煤工作面来说,如果推进速度比较 正常, 本面采空区发火的可能性是很小的, 采煤工作面推进的 极限距离是3 0 m, 从安全方面考虑, 我们一般保证工作面月推 进度要在6 0 m以上, 但在工作面压产、 推进不正常的情况下, 就要注意本面采空区的发火问题。 工作面生产时的进风隅角一侧是防灭火的重点,最好能 向采空区喷洒阻化剂, 并在喷洒后挂帘。锚网支护可以防止冒 顶, 对防止顶煤发火非常有利; 但同时也有对防灭火不利的一 方面, 工作面采过后, 顺槽顶板长时间不能跨落, 造成向采空 区的漏风。为防止引起采空区浮煤发火, 可在工作面推进速度 较慢时, 每隔一段距离用黄土袋子将巷道堵死, 防止向采空区 的漏风引起采空区浮煤的自然发火。工作面发火通常是发生 在进风一侧, 且距煤层表面一般不大于1 0 m。 如果相邻的是综放面采空区,应对采空区内两道周围松 散煤体采用注浆的措施进行防灭火处理,并应在注浆结束后 封堵注浆管, 以防止向相邻采空区的漏风。 在工作面推进到外错硐室时, 用黄土袋子将硐室堆满, 可 避免沿空掘进到该硐室时引起的松散煤体发火,在沿空掘进 巷道掘进到该硐室时也要注意该硐室周围松散煤体的自燃情 况。 对工作面隅角和工作面周围的采空区密闭内气体成分应 做到定期的分析化验, 工作面隅角C O异常的工作面要有专职 瓦检员每班对隅角和回风流中的C O情况进行检查; 在工作面 隅角要悬挂C O便携仪, 以便于随时了解采空区煤层自燃的发 展情况。 对高温点采取各种防灭火措施处理后,有能保证工作面 顺利通过的把握, 当工作面距高温点距离已经很近时, 可以采 取注水降温的方法保证工作面顺利采过高温点。 工作面采过的联络巷要及时封闭,采过的溜煤眼要及时 封堵, 防止漏风引起发火, 这些地点是非常容易产生煤层自然 发火的地点, 如果工作面在推进过程中发现隅角的C O浓度逐 惭升高或出规C 2H4等发火征兆时, 应引起足够重视。 2 . 4工作面停采时的防灭火技术 工作面停采后要及时地进行撤除和封闭,并且封闭后对 停采线要采取注浆后注胶体泥浆的办法来进行防灭火处理, 如果由于特殊原因而不能做到及时封闭,应提前做好各种防 火措施, 并做好注氮的准备工作, 以备当工作面出现异常情况 时能及时采取注氮的措施。 综放工作面在停采前有1 0 2 0 m是 不放煤的, 在采空区留有大量浮煤, 而且在停采前推进速度减 慢, 工作面撤除也需要一定的时间, 给停采线后部采空区的发 火创造了条件, 为防止停采线发火, 主要应做好以下工作 停 采前尽量加快工作面推进速度、 加快回撤、 快速封闭并对停采 线采取注浆等防灭火措施。 2 . 5救灾时期的防灭火技术 出现自然发火后要立即成立防灭火管理中心,负责资料 整理、 判断火区的位置、 分析火情的发展和制定合理的防灭火 措施。 矿井火灾时期的通风系统稳定是非常重要的,风量不稳 定会使采空区内的气体突然涌出, 特别是当井下存在火点时, 盲目调节风量,会使高温点产生的有害气体因压力变化而涌 出, 同时救灾时风压的来回调整, 不利于对火源点位置和火灾 发展情况进行准确性判断,特别是对于为防灭火减小风压差 的调风措施更应慎重。 水在6 0 0的℃的条件下会分解生成H2和O2, 发火后不能 用水灭火, 防止产生水煤气爆炸。 有时在救灾时是需要建造防火墙的,对救灾时期建造的 防火墙应满足隔爆要求。 对火区内气体进行分析是很有必要的。例如, 当火区中的 C O2浓度增加到了2 5 . 5 , 火区内瓦斯浓度高也不可能导致瓦 斯爆炸, 如果火区内O2浓度低于1 2 时也是如此。 火区内C H4 浓度应用色谱分析的方法进行分析,因为在低氧情况下测得 的瓦斯浓度与火区内的瓦斯的实际浓度相差很大,易为救灾 造成错误的判断。 为确保安全, 救灾时, 在有害气体中的工作时间不应超过 一定的限度。 3结论 目前在防灭火工作中存在的主要问题 1由于对可能发火地点分析不全, 自燃隐患不能被及 时发现。 2发现后由于管理方面的原因, 采取的防灭火措施不 能落实, 造成贻误战机。 3由于缺少必要的培训, 对各种防灭火措施的使用条 件、 各种防灭火技术掌握不够熟练。 4对出现的自然发火或自燃隐患采取的往往是综合防 灭火措施, 造成了不必要的浪费。 今后的防灭火工作要重点做好以下工作,并在做好这些 工作的同时, 技术上有所创新和突破。 1弄清煤层的自燃特性, 加强预测预报, 做到火灾的早 期发现。主要有 煤层最短自然发火期; 煤层自燃临界温度; 煤 温超过临界温度距发火的时间; 自燃过程的各种指标气体; 在 不同温度时煤的耗氧速度、 一氧化碳气体产生速度; 不同温度 时标准状态下煤气氧化放热量及相应的最大升温速度;引起 浮煤自燃的最小煤层厚度。 2做好对重点地点防灭火的超前处理。 3研究和掌握自然火灾事故处理办法。 4进一步提高均压防灭火技术和注氮防灭火技术的应 用水平。 5继续研究防灭火新材料, 使之向低成本、 高效率方面 发展。 6使现有技术装备的作用充分发挥出来。 7对灾变事故地点的快速密闭技术。 8优化通风系统, 使通风系统简单化, 并对每段的阻力 和每地点的风压做到了如指掌,对灾变事故时的通风系统调 整有条做到不稳。 9形成防治自然发火的有效的管理网络。 1 0进一步完善各种防灭火装备, 并保证配套和完好, 做到能够随时发挥其防灭火作用。 收稿日期2 0 0 7 - 8 - 1 7 煤矿现代化2 0 0 7年第5期总第8 0期 3 0