[科普中国]-矿井防灭火

背景

煤炭是我国的主要能源，在国民经济能源结构中占据很重要的位置，在原煤产量快速增长的同时，必须保证矿井的安全高效开采，矿井火灾是煤矿的主要自然灾害之一。而煤炭自燃又是矿井火灾的主要形式，在我国国有重点煤矿中，有56%以上的矿井都存在自燃发火的危险，由煤炭自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的90%以上。近年来，综采放顶煤技术得到大力的推广和应用，使煤矿生产效率大幅提高，但该方法冒落高度大、采空区遗留残煤多、漏风严重，使得矿井煤炭自燃发火频繁发生，已成为制约矿井安全生产与进一步发展的主要因素之一。1

常规防灭火技术为了防治煤炭自燃，国内外广泛采用注水、灌浆、喷洒阻化剂、注惰气等技术。近年来，又较广泛地采用了凝胶、胶体泥浆、阻化汽雾、泡沫树脂等防灭火技术。该类技术对保证矿井安全生产起了重要作用，推动了矿井防灭火科技的进步。
在20世纪50年代，灌浆技术成为我国煤矿防灭火技术的主要手段，并且一直沿用到今天。所谓的预防性灌浆技术就是指将水和灌浆材料按适当的比例混合，配制成一定浓度的浆液，经过铺设的输浆管路利用自燃压差或泥浆泵送到可能发生煤炭自燃的区域，以防止自燃火灾的发生。

灌浆技术是一项传统的、简单易行的、比较可靠采用注水来代替灌浆，增加煤体的水分，也取得了较好的效果。
阻化剂技术在美国、波兰、前苏联等国家得到了较好的应用;近些年来，阻化剂技术在我国也得到推广应用。该技术主要是让水溶液附着在易被氧化的煤体表面，惰化煤体表面的活性结构，阻止煤与氧气的接触的作用。
惰性气体技术从20世纪70年代开始在德、法、英等发达国家煤矿中大量使用；从80年代起，我国开始了氮气防灭火技术的研究与推广。
近年来，凝胶技术在我国得到较广泛应用。凝胶分为无机凝胶和高分子凝胶两大类，其防灭火机理是凝胶通过钻孔或煤体裂隙进入高温区，其中一部分未成胶时在高温下水分迅速汽化，快速降低煤表面温度，残余固体形成隔离层，阻碍煤氧接触而进一步氧化自燃;而流动的部分混合液随着煤体的温度的升高，在不远处及煤体孔隙里形成胶体，包裹煤体，隔绝氧气，使煤氧化、放热反应终止；干涸的胶体还可以降低原煤体的孔隙率，使得通过的空气量大大减少，从而抑制复燃。1

火区管理由于发生矿井火灾而封闭的巷道、采掘工作面和煤炭资源等区域，叫做火区。火区封闭后虽然可以认为矿井火灾已被控制住，但对于矿井防灭火工作来说，这仅仅是灭火工作的开始，只要火源还没有彻底消除，它仍是对矿井安全生产潜在威胁，如果管理不善，形成漏风进入火区，使火区的火源不仅得不到抑制，反而加重火势；如果在火源未消除情况下擅自启封，将造成矿井火灾重复出现，后果不堪设想。所以，必须加强对火区的管理。

火区熄灭条件《煤矿安全规程》规定，火区同时具备以下5个条件时，方可认为火区的火已经熄灭：

（1）火区内的温度下降到30℃以下，或与火灾发生前该区的日常空气温度相同。

（2）火区内空气中的氧气浓度降到5%以下。

（3）火区内空气中不含有乙烯、乙炔，一氧化碳浓度在封闭期间内逐渐下降，并稳定在0.001%以下。

（4）火区的出水温度低于25℃，或与火灾发生前该区的日常出水温度相同。

（5）上述4项指标持续稳定的时间在1个月以上。

启封火区条件只有经取样化验证实火区的火已熄灭后，方可对该火区进行启封。因为启封火区是一项比较复杂而又危险的工作，一定要做好以下安全注意事项：

（1）启封已熄灭的火区前，必须制定安全技术措施，包括火区侦察与防火墙启封顺序、启封时防止人员中毒、防止火区复燃和防止爆炸的通风技术措施。

（2）因为启封火区和火区恢复通风期间，将排出火区内的有毒有害气体，还容易发生因受到通风影响而再次出现一氧化碳或火区复燃现象，所以，这时必须由矿山救护队负责进行，并撤出火区回风流中的所有人员。

（3）启封火区时，应采用锁风启封方法，以备万一启封过程中发生火区复燃，能够安全有效地加以控制和重新封闭。

（4）在启封工作完毕后的3天内，每班必须由矿山救护队检查通风工作，并测定水温、空气温度和空气成分。

防灭火装备防 灭火主要装备包括：(1)防灭火供水系统。(2)井下机电硐室、火药库、 风动工具清洗硐室的出口装设向外开的防火门。(3) 自然矿井的回采工作面进、回风巷口以及可能发生自燃的巷道或硐室必须预先砌筑的防火门套，并在附近贮放足够数量的材料。(4) 采用皮带运输机的矿井，应装设 皮带火灾报警装置和自动洒水灭火装置。 (5) 井底车场、机电硐室、火药库、风动工具清洗硐室等火灾隐患严重的地点，配备足够数量的灭火器材。(6)所有矿井在井上、井 下建立的消防材料库。(7) 所有矿井建立的矿井反风系统 (包括主扇反风设施和井下反风设施)。(8)矿井防灭火灌浆系统，灌浆系统必须配套，包括制浆、输浆和灌浆以及供料、供水等设备。(9) 开采自燃煤层的矿井 或矿区建立的气体分析化验室及配备的仪器仪表。(10)所有矿井以矿井调度室为中心建立的井上、井下灾变紧急通讯联络网系统。

灭火方法消灭矿内火灾的方法有直接灭火法、隔绝灭火法和联合灭火法。

直接灭火法指用灭火器材在火源附近直接灭火，是 一种积极的方法。可采用水、砂子、灭火器、岩粉或者是挖除火源。

(1)用水灭火。 利用强力水流的机械力量压灭燃烧物体的火焰，而且水能浸湿物体表面而阻止其继续燃烧。用水灭火方法简单、经济，且矿内水源较充足，故被广泛采用。用水灭火尚有以下优点：水的比热大(4187J/kg)，蒸发时吸热量多(2240kJ/kg)，所以比其他任何灭火物质的冷却作用都大;借水泵造成的压力，可以把水从很远的地方送往火源地去；可以产生大量蒸汽(1m水可产生1700m蒸汽)，降低燃烧物体附近空气中的氧含量。但有下列缺点：不能用于消灭带电的电气设备和易燃油料的火灾；在硫化矿内，从火源流出的酸性水会更强烈的促进氧化作用而引起相邻地区的矿石自热；如果用水量不足，在火区的高温作用下，水分解成氢和一氧化碳；水蒸汽会对不牢固的巷道顶板起破坏作用，使顶板塌落。

用水灭火时，必须注意下列事项：矿山应该准备好充足的水量，可随时供给任何地点的灭火用水；火灾时期应保证正常通风，以便将火烟和水蒸汽顺利地排到回风流中；扑灭火势猛烈的火灾时，不要把水流直接冲往火源中心，应先将水流射往火源外围，随着燃烧物体的冷却逐渐逼向火源中心。用喷雾水灭火也取得了良好效果，用特制的喷嘴在巷道内组成扇状水幕，雾状水很快变成水气隔断了火源的氧气供给，同时也起了冷却火源的作用。为了扑灭竖井井筒中的火灾，可将喷水器悬系在钢丝上，下放到发火地点喷水灭火。用这种方法不仅节省了用水量且能扑灭易燃油料的火灾。用水淹没整个火区或矿井的灭火方法只是在万不得已时采用。淹没了的采区或矿井在将来恢复时，需要付出巨大的人力和费用。

(2)用灭火器灭火。 在矿内利用化学灭火器消灭初发的外因火灾是相当有效的，它使用灵活，灭火效能高。在井下某些可能发生火灾的地方，如井底车场、机修硐室、水泵房、炸药库、井下大型固定机械和转载矿石的地点以及主要巷道内等处，设置有一定量的化学灭火器以备随时使用，这对于及时扑灭火灾是有效的。必须指出，上述手持式灭火器对于扑灭较小的初起火灾才有效，并且需要储备大量的灭火器。如果发生较大的火灾时，此类灭火器的作用就显得不足，在这种情况下，应使用高倍机械空气泡沫灭火器。

(3)用砂子和岩粉灭火砂子和岩粉可以用于消灭电气设备和易燃油料的火灾，优点是使用简单，成本低廉，但在井下运送和保存较困难。所以，仅用于消灭硐室火灾。

(4)挖除火源 将燃烧物从火源地取出立即浇洒冷却熄灭，这是消灭火灾最彻底的方法。但是这种方法只有在火灾刚刚开始尚未出现明火或出现明火的范围较小，人员可能接近时才使用。在挖除火源时，为了防止可能发生可燃气体的爆炸，应采取必要的预防措施。

隔绝灭火法在通往火区的所有巷道内建筑防火墙，并用黄土、灰浆等材料堵塞巷道壁上的裂缝，填平地面塌陷区裂隙以阻止空气进入火源，从而使火源因缺氧而熄灭。绝对不透风的防火墙是没有的，因此若把隔绝法单独使用，则往往会拖延灭火时间，不能达到灭火的目的。只有在不可能用直接灭火法或者没有联合灭火法所需的设备时，才用防火墙隔绝火区作为独立的灭火方法。

联合灭火法直接灭火法和隔绝灭火法的配合使用。是消灭矿内自燃火灾使用最广的一种方法。先用防火墙将火区封闭后，再向隔离火区注入泥浆或惰性气体灭火。2