1、2023,煤矿防灭火,二O二三年五月,河南义马矿区是我国比较典型的煤自然发火矿区，如耿村煤矿所开采的23煤为易自然煤层，最短发火期仅7d。煤层属特厚煤层（18.5m）,且煤层瓦斯含量大。,内因火灾防治系统情况,1.注浆系统2.注氮系统3.阻化剂喷洒系统和束管监测系统；自然发火监测系统。,煤矿防灭火细则,近年来，反应型高分子材料等新型防灭火材料、液态惰气防灭火等新技术的大量应用，部分煤矿井下单轨吊柴油机车辅助运输的推广，对井下防灭火提出了新的要求，且近年皮带火灾、明火动焊引发火灾等事故案例教训暴露出新问题。1.2017年3月9日，黑龙江东荣二矿副井，因副井地面平台违章烧焊，引起井口操车系统基础下
2、部负层空间发生火灾，导致副井辅助提升机钢丝绳断裂发生坠罐事故，造成17人死亡。2.2019年11月19日，山东梁宝寺能源公司井下3306掘进工作面高冒区因使用高分子喷涂充填材料积热自燃（2017年山西、2019年四川发生两起）。3.2020年12月4日，重庆吊水洞煤矿井下切割吸水管时，掉落的高温熔渣引燃了水仓吸水井内沉积的油垢，进而引燃了水仓中留存的岩层渗出油，造成23人死亡。4.2020年9月27日，重庆能投松藻煤矿输送机胶带火灾导致16人遇难、38人中毒受伤。,煤矿防灭火细则,煤的自燃倾向性：煤的自燃倾向性是指煤在常温下氧化能力的内在属性。自然发火：由于煤炭或其他易燃物质自身氧化蓄热，发生
3、燃烧而引起的火灾。自然发火期：在一定条件下，煤从接触空气到自燃所经历的时间。自然发火三带：采煤工作面由切顶线向采空区方向形成的散热带（冷却带）、氧化带、窒息带。自燃标志气体：可根据煤自燃进程中的气体释放等变化特征判识自燃状态，是对自然发火进行识别并预警的基础，具有唯一性、规律性、敏感性、可测性、煤炭吸附率和风流中原始含量低。束管监测：连续自动通过管路抽取井下相关区域、地点气样，进行自燃发火危险程度分析。,“预防为主、综合治理”是矿井火灾防治工作中的指导方针。随着煤矿生产的不断发展和现代科学技术的进步，煤矿内因火灾防治技术得到了长足的发展，目前防治自燃火灾的技术主要包括均压堵漏、注浆、洒阻化剂、
4、注惰气、注凝胶和泡沫材料等。,氧气：降低氧气含量（N2、CO2等）、减少漏风（系统优化减阻降压、局部堵漏、均压等）可燃物：减少丢煤量（合理开拓布局和开采工艺等）热源：浆、水、液态CO2、凝胶、三相泡沫等,-消除燃烧三要素中的任何一个或全部。,可 燃 物,源,热,氧,气,注浆、凝胶、三相泡沫同时具备隔氧、降温的功能,煤矿防灭火细则,阻化剂灭火：向采煤工作面底板浮煤，随采随喷阻止煤炭氧化自燃的化学药剂。（氯化钙、氯化镁、氯化铝、氯化锌等）均压防灭火：采用矿井通风设施或专用设备（如局部通风机）、专用管路，使井下局部区域进、回风两端的压力差降低，控制漏风减少供氧量，达到防治矿井火灾的技术。注氮防灭火方
5、法：将氮气通过管路输送到需要防灭火的区域，使之降低该区域内空气中的氧气浓度，以达到阻止煤炭氧化或窒息火源的目的。注浆防灭火方法：是指注浆材料(黄土、页岩、矸石、粉煤灰、尾矿等)细粒化后加水制备成浆，通过专用管路输送到煤矿井下防灭火区域内，封堵漏风通道、包裹煤岩阻止氧化、冷却煤岩温度而预防或扑灭火灾的一项技术措施。,合理的通风系统,开采自燃煤层时，合理的通风系统可以大幅度降低或消除自然发火的供氧与蓄热条件，因为无供氧蓄热条件的煤是不会发生自燃的。所谓合理的通风系统就是指：矿井通风网络结构简单、实现分区通风、通风阻力小、风流稳定可靠、通风设施布置合理。合理的通风系统不仅对防止自燃火灾的发生具有重要
6、作用，还对发生火灾及时控制火情、防止灾害蔓延和减少灾变损失都具有十分重要的意义。,堵漏措施（1）工作面上、下端头堵漏,工作面正常回采期间工作面上、下端头的封堵示意图,（2）沿空巷道挂帘布,沿空巷道挂帘布堵漏风1胶质风筒布；2背板,密集支柱胶质风筒布的铺放1风筒布；2背板；3密集支柱,（3）喷涂防止漏风,均压防灭火就是采用风窗、风机、连通管、调压气室等调压手段，改变通风系统内的压力分布，降低漏风通道两端的压差，减少漏风，从而达到抑制和熄灭火区的目的。均压作为一种“以风治火”的技术，方法简单，成本最低。根据煤矿井下实施均压技术的区域是否封闭，均压技术可分为开区均压和闭区均压两种类型。,（1）调节风
7、窗均压 适用于工作面采空区内形成的漏风方式。通常在工作面的回风巷内安设调节风窗，使工作面内的风流压力提高，以降低工作面与采空区的压差，从而减少采空区中气体涌出。适用于采空区内已有自燃迹象，并抑制采空区中的火灾气体（一氧化碳等）涌到工作面，威胁工作面的安全生产。,（2）局部通风机均压 有时为提高风路的压力，需在风路上安设带风门的风机（即辅助通风机），利用风机产生的增风作用，改变风路上的压力分布，达到均压的目的。如图所示。,图 局部通风机调压原理,风窗-风机联合增压调节,示意图：C处安设了辅助通风机，能够有效增加该点至D点之间的风压；而D处安设了调节风门，使通风阻力增大，该点之后风压明显减少。这样
8、能够提高C、D两点之间的风压，同时又能降低C、D二者之间的压差，可有效避免漏风进入工作面，为回采提供了安全保障。,（3）调节风窗与局部通风机联合均压,工作面采空区内部的漏风通道有时是比较复杂的，当相邻为采空区时，还有外部漏风，这些漏风最后都要经过经回采工作面上隅角排出。,C、D,C、D,闭区均压 所谓闭区均压，就是对已经封闭的区域进行均压，它一方面可以防止封闭区中的煤炭自燃，又可加速封闭火区的熄灭速度。,常用的闭区均压技术措施有：并联风路与调节风门联合均压调压风机与调节风门联合均压连通管均压。,（1）并联风路与调节风门联合均,5、8段压力大，F区漏风严重。,取消5、8密闭，与F区并联；在A处增
9、加一道调节风门。,封闭区(F)进回风口5、8两点的压差过大,如压能图(b)所示，漏风严重,以致有自然发火的危险。为了控制漏风采取了两项措施，如图(a)所示，取消了5-8上山内的两道密闭，使之成为与封闭区漏风并联的通道；同时在8-9区段内构筑调节风门A，将通过5-8上山的风量限制在最小的范围之内。闭区进回风口5、8两点压差显著减小，漏风量降低，这样就消除了封闭区自然发火的危险。如果封闭的是个火区，当然也会加速火的熄灭。,（2）调压风机与调节风窗联合均压,当上山58区段的风量不允许控制时，为实现对封闭的采空区(F)进行均压，可在封闭区的两端进回风口采取调压风机与调节风门联合组成均压峒室的方法。,启
10、动通风机后，调节风门窗口的大小以消除原有密闭墙内外的压差，从而阻止了通过密闭墙的漏风。密闭内外压力的均衡，可由安设于调节风门之外的“U”形水柱计显示。这里应当注意，封闭区两侧的均压峒室是有区别的：进风侧是负压峒室，调压通风机抽出式工作；回风侧是正压峒室。这种均压方式用于已经封闭的火区，限于条件，无其它适当的均压方法时才考虑使用，因为通风机运行消耗电能、经济上很不合理。另外，一旦发生故障，通风机停止运行，均压作用消失，措施的可靠性较差。,（3）连通管均压,在可能发生煤炭自燃的封闭区（F）的回风侧密闭外面，再加筑一道密闭墙。然后，穿过外部密闭墙安设直径为300500mm的金属管路(1、2)直通地面
11、。在管路上安设调节阀门，或者在外部密闭墙上构筑风窗调节孔，以控制通过连接管的风量。使其阻力h1-2与进风1-2-5区段的阻力(h1-5)相等，则封闭区进回风两端(5、2)的压能一样而漏风消失。,（a）连通管均压布置图；（b）将连通管视为一条风路；（c）连通管均压压能图加筑的密闭墙；连通管；调节阀门,注浆防灭火就是将不燃性注浆原料（粘土、粉煤灰、矸石以及砂等固体材料）细粒化后与水按一定配比制成悬浮液，利用静压或动压，经由钻孔或输浆管路水力输送至矿井防灭火区，以阻止煤炭氧化或扑灭已自燃的煤体。注浆的主要作用就是隔氧与降温，即通过浆体材料包裹煤体，隔绝氧气与煤体的接触，防止煤的氧化；同时对于已自燃的
12、煤炭降温和灭火。注浆防灭火是防治煤炭自然发火的一项最经济、最有效的防灭火技术措施之一。,注浆防灭火,井下防灭火注浆材料一般要具备5个基本性能：不含可燃或助燃物质；易成浆，利于管道水力输送；具有必要的粘结性、稳定性和脱水性；制成的浆液具有较大的渗透力和小的收缩率；注浆材料堆成的实体具有足够的密封性能。煤矿中使用的传统注浆材料是含砂量不超过25%30%黄土，根据矿区条件，也可选用适当的代用材料。目前，已经成功试用的代用材料有：粉煤灰、煤矸石和山砂等。,优点：流量大；黄土等用量大的材料通过管道输送，井下材料运输量和工作量极小。缺点：投资大，需铺设较长的灌浆管路，一旦堵塞，处理难度大。,地面固定式灌浆
13、注胶防灭火工艺流程及系统装备图,注浆按与回采的关系大体可分为：采前预注、随采随注和采后封闭注浆三种类型。采前预注：在工作面尚未回采前对其上部的采空区进行注浆。这种注浆方法适用于开采老窑多的易自燃、特厚煤层。对于开采老窑多、易燃厚煤层进行采前预注，充填老窑空区，可消灭老空蓄火、降温和粘结浮煤，并起到除尘和排挤有害气体的作用，以实现老空的安全复采。,钻孔注浆 打钻注浆是在煤层底板运输巷或回风巷以及专门开凿的注浆巷道内，也可以在邻近煤层的巷道内，向采空区打钻注浆，钻孔直径一般为75 mm，如下图所示。为减少孔深或便于安装钻机，而又不影响巷道内的运输，在巷道内一般每隔2030 m距离开一小巷（称钻窝或
14、钻场），在钻场内向采空区打扇形钻孔注浆如下图所示。,由底板巷道打钻灌浆1-底板巷道；2-回风巷；3-钻孔；4-进风道,由钻窝打钻灌浆1-底板巷道；2-钻窝；3-钻孔；4-回风巷；5-进风巷,埋管注浆 埋管注浆是在放顶前沿回风道在采空区预先铺好注浆管，一般预埋1015 m，预埋管一端通往采空区，一端接胶管，胶管长一般为2030 m，放顶后立即开始注浆。为防止冒落岩石砸坏注浆管，埋管时应采取防护措施（如架设临时木垛）。随工作面的推进，按放顶步距用回柱绞车逐渐牵引注浆管，如下图所示，牵引一定距离注一次浆。,埋管灌浆1-注浆管，2-三通，3-预埋注浆管，4-洒浆胶管,工作面洒浆或插管注浆 从回风巷注浆
15、管上接出一段浆管，沿倾斜方向向采空区均匀地洒一层泥浆，洒浆量要充分，泥浆能均匀地将采空区新冒落的矸石包围。洒浆通常作为埋管注浆的一种补充措施，使整个采空区特别是下半段也能注到足够的泥浆。对综采工作面常采用插管注浆的方式，即注浆主管路沿工作面倾斜铺设在支架的前连杆上，每隔20 m左右预留一个三通接头，并分装分支软管和插管。将插管插入支架掩护梁后面的跨落岩石内注浆，插入深度应不小于0.5 m。工作面每推进两个循环，注浆一次。,惰气防灭火技术,惰性气体简称惰气。矿井防灭火所用的惰气与化学上的惰气在概念上有所区别，是指不能助燃的气体，常用的有氮气、二氧化碳和烟气等，在煤炭自燃的防治应用方面，氮气纯度高
16、（纯度97%）、对人与环境安全性更好，因此应用最广。,注氮防灭火,氮气防灭火的作用机理 注氮是实现可燃物对氧气的一种隔绝和屏蔽，即消除燃烧三要素中的氧气这一要素。所有的有火焰的燃烧都会在氧气浓度低于1012时候熄灭，低温干馏性的燃烧在氧气浓度低于2时熄灭。用惰气防灭火和阻止瓦斯爆炸的过程称为惰化，惰化后的火区因氧气不足而不能燃烧和爆炸。氮气防灭火技术就是指将氮气送入防灭火区，使该区域内空气惰化，使氧气浓度小于煤自然发火的临界氧浓度，从而防止煤氧化自燃，或使已经形成的火区窒息的防灭火技术。,氮气防灭火的作用主要表现在：（1）当对防灭火区域注入大量的氮气后，使得采空区内的氧气浓度下降；氮气部分地替
17、代氧气进入到煤体裂隙表面，与煤的微观表面进行交换吸附，从而使得煤表面对氧气的吸附量减少，在很大程度上抑制或减缓了遗煤的氧化作用。（2）对于有一定封闭条件的防灭火区域注氮防灭火而言，长期连续地注入氮气后，大量的氮气可使采空区内形成正压，从而使得采空区的漏风量减少，使遗煤处于缺氧环境中而不易氧化。（3）较低温度的氮气在流经煤体时，吸收了部分煤氧化产生的热量，可以减缓煤升温的速度和降低周围介质的温度，使煤的氧化因聚热条件的破坏而延缓或终止。（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）。当惰性气体与可燃件气体的混合物比例达到一定值时，混
18、合物的爆炸上限与下限重合，此时混合物失去爆炸能力。这是注氮防止可燃、可爆性气体燃烧与爆炸作用的另一个方面。,注氮方式 开放式注氮 开放式注氮即是在需要注氮的区域未封闭的情况下，进行的一种注氮方式。一般在不影响工作面正常工作的情况下，利用大量的氮气使得采空区内氧化带的氧含量降低到能使浮煤发生自燃的浓度以下，从而达到防灭火的目的。开放式注氮适用于推进中的工作面采空区早期自燃的防灭火工作。封闭式注氮 封闭式注氮：为控制火情或防止瓦斯爆炸，将发生火灾或积聚瓦斯的区域先封闭后进行注氮。当封闭的火区内漏风严重或者存在有大量高浓度瓦斯时，可采取封闭式注氮来降低氧含量并抑制瓦斯爆炸。,注氮方法 埋管注氮 在工
19、作面的进风侧采空区埋设一条注氮管路，埋入一定长度后开始注氮，同时再埋入第二条注氮管路，如此循环，直至工作面采完为止。也可以埋入一根干管，再分支管。拖管注氮 在工作面的进风侧采空区埋设一定长度的注氮管。它的移动主要利用工作面的液压支架、工作面运输机头机尾，或工作面进风巷的回柱绞车作牵引。,钻孔注氮 在地面或施注地点附近巷道向井下火区或火灾隐患区域打钻孔，通过钻孔将氮气注入火区。封闭注氮 利用密闭墙上预留的注氮管向火区或火灾隐患的区域实施注氮，是封闭式注氮的一种形式。,阻化剂是阻止煤炭氧化自燃的化学药剂，又称阻氧剂。阻化剂防火技术是利用某些能够抑制煤炭氧化的无机盐类化合物如氯化钙（CaCl26H2
20、O）、氯化镁（MgCl26H2O）、氯化铵（NH4Cl）、水玻璃（xNa2OySiO2）等喷洒于采空区或压注入煤体之内以抑制或延缓煤炭的氧化，达到防止煤炭自燃的目的。,阻化剂防火技术,目前有三种学说：（1）吸水盐类的液膜隔氧学说；（2）提高反应物之间活化能的副催化学说；（3）封闭煤间裂隙、减少漏风及副催化作用结合的凝胶阻燃学说。其实，从煤氧化自燃的基-链式反应过程来看，可以说是多种因素综合作用的结果。煤的外在水分是一种良好的阻化剂，随着煤的外在水分增加，阻化效果也增强；当煤中的外在水分蒸发减少到某一限度之后，阻化作用将转变为催化作用，能够促进煤的氧化自燃。由于水分的蒸发，在煤体上阻化液形成的液
21、膜因失水而破裂，将起不到隔氧、降温的作用。所以，只有吸收大量水分的阻化剂在煤体上形成液膜才能起到阻化作用。,防火机理,阻化剂防火工艺分三类：一是在采煤工作面向采空区遗煤喷洒阻化剂液防止煤的自燃；二是向可能或已经开始氧化发热的煤壁打钻孔压注阻化液；三是汽雾阻化剂，借助漏风方向向采空区送入雾化阻化剂。,防火工艺,喷洒系统示意图,固相：粉煤灰或黄土液相：水气相：空气、氮气、二氧化碳发泡剂：起泡剂，形成泡沫群,三相泡沫防灭火技术,防灭火机理,泡沫性能随浆液浓度的变化关系,发泡剂浓度与发泡能力的关系,在制浆站中将一定比例的水与粉煤灰或黄泥混合形成的浆液送到注浆管路中；通过定量螺杆泵将发泡剂注入到注浆管路中；浆液与发泡剂在混合器中充分搅拌混合后进入发泡器，在发泡器中接入氮气管路，气体与粉煤灰或黄泥浆体相互作用产生出高倍数的三相泡沫。三相泡沫在使用过程中，发泡剂的添加十分灵活，可以根据现场情况的需要，采取井下添加或者地面添加的方式。,三相泡沫防灭火技术,防灭火工艺,三,制浆站（粉煤,混合器,发泡器,相泡沫,发泡剂,或空,氮气,气,灰或黄泥）,
