矿井火灾及防治措施

【任务描述】

矿井火灾也是煤矿生产过程中的主要灾害之一。矿井火灾会产生大量高温烟流，造成人员伤亡，还会引起瓦斯煤尘爆炸，使灾情扩大等。本课题主要对矿井火灾的分类、危害，矿井内因火灾、外因火灾的预防，井下灭火的方法做介绍。通过本课题的实施，使学生能熟练掌握矿井火灾、煤的自燃倾向性、自燃发火期等概念，矿井火灾的分类和危害；掌握煤炭自燃的基本条件、过程和征兆；掌握矿井内因火灾、外因火灾的预防措施，井下灭火的方法；掌握《规程》对矿井火灾防治的相关规定，提高矿井安全生产意识。

【知识学习】

火灾是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。

发生在煤矿井下或地面井口附近但火烟能进入井下威胁井下安全的火灾，统称矿井火灾。我国曾是矿井火灾非常严重的国家之一，1995年12月5日，大屯煤电公司姚桥煤矿因胶带与矸石摩擦引起火灾，造成27人死亡。近年来，随着技术的进步和防火措施的逐步完善，煤矿的外因火灾已很少发生，但是煤炭自燃发火的发生次数仍然较多。

一、矿井火灾的分类

矿井火灾按发火地点不同分为井上火灾和井下火灾；按引起火灾的热源不同分为外因（或外源）火灾和内因火灾（自燃火灾）。

1）外因火灾。外因火灾是指由外部高温热源（如放炮、明火、烧焊、电流短路、漏电、电器设备过负荷、爆破、机械摩擦、瓦斯煤尘爆炸等因素形成的外部火源）引起的火灾。外因火灾大都发生在风流畅通的地点，具有外火源明显、发生突然、火势凶猛等特点，若发现不及时或发生火灾后处理方法不当，往往酿成严重后果。据统计，国内外有记载的煤矿重大恶性火灾事故有90%是外因火灾。由于外因火灾往往是由表及里进行的，若发现及时，灭火工作一般较内因火灾容易。

2）内因火灾。内因火灾是由于煤炭在一定条件下氧化生热形成火源引起的火灾。内因火灾大都发生在不通风（靠漏风供氧）或通风不良的地点，具有火源的形成需要一定的过程和较长的时间、在燃烧发生之前会出现发火预兆、火灾发生的地点往往人员不能直接到达、寻找准确的火源和灭火都比较困难等特点。

二、矿井火灾的危害

矿井火灾对煤矿生产和人身安全的危害主要有以下几个方面。

1）产生大量高温烟流，造成人员伤亡。矿井火灾特别是井下火灾能在火区及其下风流形成高温、缺氧和有毒气体严重超标的环境，威胁灾区人员的生命安全，造成人员伤亡。矿井火灾产生的主要有害气体一般是CO。据统计，矿井火灾造成的人员伤亡90%以上是因CO中毒所致。

2）引起瓦斯煤尘爆炸，使灾情扩大。矿井火灾不仅形成了引燃瓦斯、煤尘的火源，还能产生大量可燃气体，火灾引起风速的改变，灭火工作还可能扬起煤尘，这就大大增加了瓦斯煤尘爆炸发生的危险性。我国20世纪70年代发生的重大瓦斯爆炸事故有70%是由火灾引起的。

3）引起矿井风流状态紊乱。高温烟流经过不同标高巷道而产生火风压，造成井下风路紊乱。

4）烧毁、冻结设备设施及煤炭资源，破坏矿井正常生产秩序。矿井火灾能烧毁火区的设备、设施和煤炭资源。此外，井下发生火灾时常常采用封闭火区的方法处理，封闭火区前往往不能撤出火区的设备和设施，火区的煤炭资源也将被封闭一定时间，这对矿井的正常生产和经济效益都将产生一定的影响。

5）处理火灾常常需花费大量的人力、物力和财力。

三、矿井内因火灾的预防

矿井火灾中内因火灾约占80%以上，预防内因火灾是矿井防火工作的重点。矿井内因火灾主要指煤炭自燃形成的火灾，预防矿井内因火灾除应采取合理进行矿井开拓开采、优化矿井通风系统等措施外，主要应防止煤炭自燃和防治煤炭自燃形成的火灾。

1.煤的自燃倾向性与自燃发火期

（1）煤的自燃倾向性 煤炭倾向于自燃难易程度的特性称为煤的自燃倾向性。它是煤炭的一种自然属性，取决于煤在常温下的氧化能力。

煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃、不易自燃三类。

《规程》规定，新建矿井的所有煤层的自燃倾向性由地质勘探部门提供煤样和资料，送国家授权单位做出鉴定，鉴定结果报省级煤矿安全监察机构及省（自治区、直辖市）负责煤炭行业管理的部门备案。生产矿井延深新水平时，必须对所有煤层的自燃倾向性进行鉴定。开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤层自燃发火的措施。

（2）煤层自燃发火期 煤层自燃发火期是指在开采过程中暴露的煤炭，从接触空气到发生自燃所经历的时间。它是煤层自燃危险在时间上的量度，自燃发火期越短的煤层，其自燃危险性越大。目前，我国规定采用统计比较法和类比法确定煤层的自燃发火期，一般6个月以内为容易自燃煤层。

2.煤炭自燃的基本条件

从煤的氧化自燃过程可以看出，煤炭自燃必须具备以下四个基本条件。

1）煤本身具有自燃倾向性。这是煤炭自燃的内在因素，与煤本身所含化学成分有关。

2）煤呈破碎状态堆积存在。

3）连续的通风供氧维持煤的氧化过程不断地发展。

4）煤氧化生成的热量能大量蓄积，难以及时散失。

上述四个条件必须同时存在，缺一不可。在上述条件同时具备的状态下，持续一定的时间，使煤体达到着火温度，才会导致煤炭自燃。

煤本身具有自燃倾向性为煤的内部特性，是内因，它取决于成煤物质和成煤条件；而后三个条件为外因，决定于矿井的地质条件和开采技术条件，可以人为地控制。预防煤炭自燃火灾的发生，应设法避免后三个条件的形成。

3.煤炭自燃的过程

煤炭自燃是一个复杂的氧化过程，按其自燃过程的温度和物理化学特征，分为潜伏期、自热期和自燃期三个发展阶段。潜伏期与自热期之和称为煤的自燃发火期，如图8-5所示。

（1）潜伏期（低温氧化阶段） 煤层被揭露与空气接触后吸附氧气，在其表面生成一些不稳定的氧化物。潜伏期煤的氧化速速慢，生成的热量少，并能及时放散出去，煤体温度不升高，其外表特征没有明显变化。

（2）自热期 这一阶段煤层的氧化速度加快，放热量增大，若热量不能及时放散，会使煤体温度迅速上升。该阶段的特征是：煤体温度升高；空气湿度加大，支架和巷道壁有水珠凝结；空气中CO含量升高等。

图8-5 煤炭自燃过程

（3）自燃期 当煤体温度达到其自燃临界点温度以上时，若继续得到充分的供风，煤就开始着火燃烧，进入自燃期。

如果煤体温度在达到临界温度之前，或已达到临界温度以上时，停止供风或改变散热条件，使散热大于生成的热量，则煤体温度会很快下降而进入煤的风化状态。

4.容易发生煤炭自燃的地点

根据统计分析，矿井自燃火源主要分布为：采空区、煤柱、断层附近、煤巷高冒顶、煤巷巷邦和碹后、工作面上下隅角、地质构造破碎带和起采及停采线等地点。其中，自燃发火发生在采空区、巷道及其他地点的比例分别占60%、29%和11%。

5.煤炭自燃发火征兆

井下发生自燃发火时往往会出现以下一些征兆，据此可早期判断、预报自燃发火的产生。

1）温度升高。通常表现为煤壁温度升高、自燃区域的出水温度升高和回风流温度升高，这是由于煤炭氧化进入自热阶段放热所致。

2）湿度增加。通常表现为煤壁“出汗”，支架上出现水珠等，这是因为煤在自燃氧化过程中生成和蒸发出的一些水分，遇温度较低的空气或介质重新凝结形成水珠或雾气。

3）出现火灾气味。巷道（或采煤工作面）中出现煤油、汽油、松节油或煤焦油气味，表明自燃已发展到自热阶段的后期，不久就可能出现烟雾和明火。

4）人体感到不适或出现某些病理现象。自燃发火过程中释放出大量的一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等有害气体，人体吸入后往往会出现头痛、疲乏、昏昏欲睡、四肢无力等病理现象。

5）出现烟雾或明火。自燃发火发展到一定程度时，会出现烟雾或明火，此时处理措施一定要谨慎、得当，以免引燃、引爆瓦斯，造成非常严重的后果。

6.矿井内因火灾的防治措施

（1）防止煤炭自燃发火的开采技术措施

1）选择合理的矿井开拓系统。从预防煤炭自燃发火的角度出发，对开拓巷道布置的基本要求是最小的煤层暴露面、最少的煤柱和易于隔绝的采空区。

2）选择合理的通风系统。开采有自燃发火危险性煤层的矿井，必须合理地选择通风系统。

3）选择合理的采煤方法。预防煤炭自燃的开采要求巷道布置简单，对煤层的切割最小，煤炭采出率最大，回采速度最快，采空区漏风最小。(www.xing528.com)

（2）预防性灌浆 将水、黄土、破碎后的页岩或矸石、热电厂的炉灰等固体材料按适当的比例混合，制成一定浓度的浆液，利用泥浆自重和地面与井下可能自燃的区域的高差或PN型或PS型泥浆泵加压，借助输浆管路输送至井下可能自燃的区域，采用采前预灌、随采随灌、采后灌浆等方法，将浆液灌注到煤层中或采空区，达到防止自燃火灾发生的目的。

（3）阻化剂防火 阻化剂又称阻氧剂，是一种吸水性很强、能抑制氧气与煤炭结合、阻止煤炭氧化的无机盐化学药剂。当阻化剂附着在煤的表面时，能吸收空气中的水分，在煤的表面形成含水液膜，从而阻止煤和氧气接触，起到隔氧阻化作用，并使煤体表面长期处于含水湿润状态，以吸收煤炭氧化产生的热量，抑制煤的氧化自燃现象的发生。

（4）凝胶防灭火 凝胶防灭火是将水玻璃基料和碳酸氢钠促凝剂的水溶液混合后，经化学反应形成胶体，这种胶体便是凝胶。凝胶在成胶前是液体，具有流动性，注入煤体后可渗入煤体的缝隙中，成胶后充填空洞、裂隙，包裹松散煤体，隔绝空气，预防煤炭自燃。凝胶无毒，胶体含有大量水分，可吸热降温，且遇高温不易消失，不仅可用于防火，也可用于灭火，是一种比较理想的防灭火材料。

（5）氮气防灭火 煤的自燃发火是一个氧化反应过程，充足的氧气供给是煤炭自燃发火发生和持续发展的必要条件。当氧气浓度小于3%时，任何物质的燃烧将不能持续进行。氮气防灭火就是将氮气送入拟处理区，使该区域内空气惰化，氧气浓度小于煤炭自燃发火的临界浓度，从而防止煤炭氧化自燃，或使已经形成的火区窒息的防灭火技术。

（6）均压防灭火 均压防灭火就是利用调节风门、局部通风机、调压气室和连通管等调压设施，改变漏风区域的通风压力分布，降低漏风压差，减少漏风，从而达到抑制遗煤自燃、惰化火区，或使采空区自燃的遗煤窒息而熄灭的目的。

（7）其他防灭火技术 三相泡沫防灭火、罗克休泡沫防灭火、艾格劳尼泡沫防灭火。

四、矿井外因火灾的预防

1.预防外因火灾的一般性措施

外因火灾在矿井火灾总数中所占的比例不大，只有20%左右，但是外因火灾具有突发性和意外性，一旦发生，往往容易造成人们惊慌失措而酿成重大事故。随着矿井机械化程度的提高，外因火灾有上升的趋势，矿井必须十分重视外因火灾的预防工作。

（1）建立防火制度 《规程》规定，生产和在建矿井必须制订井上、井下防火措施。矿井的所有地面建筑物、煤堆、矸石山、木料场等处的防火措施和制度，必须符合国家有关防火的规定。

（2）采用不燃性材料支护井巷和硐室 井筒、平硐与各水平的连接处及井底车场，主要绞车房与主要运输巷、回风巷的连接处，井下机电设备硐室，主要巷道内带式输送机机头前、后两端各20m范围内，都必须用不燃性材料支护。

（3）设置防火门 为了防止地面火灾波及井下，矿井的进风井口应装设防火铁门，防火铁门必须严密并易于关闭，并应定期维修。如果不设防火铁门，必须有防止烟火进入矿井的安全措施。

（4）设置消防材料仓库 当矿井火灾发生时，为了能够及时迅速地为灭火工作提供灭火器材，井上、井下必须设置消防材料库。地面消防材料库应设在井口附近，并有轨道直达井口；井下消防材料库应设在每一个生产水平的井底车场或主要运输大巷中，并装备消防列车；消防材料库储存的材料、工具的品种和数量应符合有关规定，并定期检查和更换，不得挪为他用。

2.外因火灾的预防措施

1）入井人员严禁携带烟草和点火物品。井口房和通风机房附近20m内，不得有烟火或用火炉取暖。井下严禁使用灯泡取暖和使用电炉。井下和井口房内不得从事电焊、气焊和喷灯焊接等工作。如果必须在井下主要硐室、主要进风井巷和井口房内进行电焊、气焊和喷灯焊接等工作，每次必须制订安全措施，必须严格遵守《规程》第二百二十三条的具体规定。

2）井下和井口房，严禁采用可燃性材料搭设临时操作间、休息间。

3）矿井必须设地面消防水池和井下消防管路系统。井下消防管路系统应每隔100m设置支管和阀门，但在带式输送机巷道中应每隔50m设置支管和阀门。地面的消防水池必须经常保持不少于200m³的水量。如果消防用水同生产、生活用水共用同一水池，应有确保消防用水的措施。

4）井下使用的汽油、煤油和变压器油必须装入盖严的铁筒内，由专人押运送至使用地点，剩余的汽油、煤油和变压器油必须运回地面，严禁在井下存放。井下使用的润滑油、棉纱、布头和纸等必须存放在盖严的铁筒内。用过的棉纱布头和纸也必须放在盖严的铁筒内，并由专人定期送到地面处理，不得乱放乱扔。严禁将剩油、废油泼洒在井巷和硐室内。

5）带式输送机必须装设驱动滚筒防滑保护、堆煤保护和防跑偏装置，还应装设温度保护、烟雾保护和自动洒水装置。带式输送机必须使用阻燃输送带。液力偶合器严禁使用可燃性传动介质（调速型液力偶合器不受此限）。

6）井下使用的电缆必须选用经检验合格并取得矿用产品安全标志的阻燃电缆。电缆的主芯线的截面应满足供电线路负荷的要求。加强对电缆的保护工作，防止其受到摩擦、碰撞和挤压。电气设备不应超过额定值运行。井下配电网路（变压器馈出线路、电动机等）均应装设过流、短路保护装置。必须正确选择熔断器的熔体。井下不得带电检修、搬迁电气设备、电缆和电线。

7）使用带式输送机或液力偶合器的巷道，以及采掘工作面附近的巷道中应备有灭火器材。井下工作人员必须熟悉灭火器材的使用方法，并熟悉本职工作区域内灭火器材的存放地点。

五、井下灭火

1.井下火灾发生时现场人员的行动原则

1）任何人发现井下火灾时，应视火灾性质、灾区通风和瓦斯情况，立即采取一切可能的方法直接灭火，控制火势，并迅速报告矿调度室。

2）电气设备着火时，应首先切断电源，在切断电源之前，只准使用不导电的灭火器材进行灭火。

3）在抢救人员和灭火过程中，必须指定专人检查瓦斯、一氧化碳、煤尘、其他有害气体以及风向、风量的变化，还必须采取防止瓦斯、煤尘爆炸和人员中毒的安全措施。

2.灭火方法

井下火灾的灭火方法有直接灭火法、隔绝灭火法和综合灭火法三种。

1）直接灭火法：就是将灭火材料直接作用于火区的一种灭火方法。直接灭火法属于积极的灭火方法，比较适合扑灭初起火灾。根据使用的灭火器材不同，直接灭火法主要有用水灭火、用砂子或岩粉灭火和用化学灭火器灭火等。

2）隔绝灭火法：隔绝灭火法的实质就是通过消除火区的供氧条件达到灭火的目的。具体做法就是用挡风墙（也称密闭）将火区隔离。如果能保证隔离效果，就可达到灭火的目的。

3）综合灭火法：当采用直接灭火法或隔绝灭火法不能达到灭火目的时，可将两种方法结合应用，进行综合灭火。

3.用水灭火的注意事项

为了防止用水灭火时发生事故，并保证灭火的效果和速度，用水灭火时应注意下列事项。

1）应有充足的水源，以免贻误灭火的时机。灭火水柱应从火源边缘逐渐推向火源中心，避免将水直接浇到火源中心，防止突然产生大量水蒸气烧伤救火人员。

2）水是导电的物质，发生电气火灾时，在切断电源之前严禁用水灭火。

3）油类着火时不宜用水灭火。因为油是流体且比水轻，将大量的水送入火区可能造成火区范围扩大。另外，油是可以在水面上燃烧的，因此不宜用水灭火。

4）用水灭火过程中必须保证火区的正常通风，以便及时将灭火过程中产生的火烟和水蒸气带走，并防止发生瓦斯积聚导致瓦斯爆炸。

5）要有瓦斯检查员在现场经常检查瓦斯浓度。

【任务考评】

本课题的考评表见表8-4。

表8-4 任务考评表

【思考与练习】

1.什么是矿井火灾？矿井火灾有哪些危害？

2.什么是外因火灾？什么是内因火灾？

3.矿井防火的一般性措施有哪些？

4.矿井应采取哪些措施预防外因火灾？

5.井下发生火灾时现场人员的行动原则是什么？

6.井下用水灭火时的注意事项有哪些？

7.煤炭自燃的条件是什么？

8.煤炭自燃的早期识别方法是什么？