矿井火灾

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[外文]：minefire矿井发生的火灾(包括危及井下的地面火灾)，常招致人员伤亡，设备损失，矿井停产，资源破坏，甚至引起瓦斯、煤尘或硫化矿尘爆炸。1894年俄斯特拉发-卡尔维纳地区(Ostrav-Karvina)拉瑞什(Larisch)煤矿(位于今捷克斯洛伐克境内)因火灾引起瓦斯爆炸，当场死亡235人，处理事故时又发生第二次瓦斯爆炸，矿山救护队员大部分牺牲。矿井火灾按引起的热源不同分内因火灾和外因火灾两类。内因火灾煤自燃有自燃倾向的煤在常温下吸附空气中的氧，在表面上生成不稳定的氧化物。煤开始氧化时发热量少，能及时散发，煤温并不增加，但化学活性增大，煤的着火温度稍有降低，这一阶段为自燃潜伏期。随后，煤的氧化速度加快，不稳定的氧化物先后分解成水、CO2和CO，氧化发热量增大，当热量不能充分散发时，煤温逐渐升高，这一阶段称为自热期。煤温继续升高，超过临界温度（通常为80℃左右），氧化速度剧增，煤温猛升，达到着火温度即开始燃烧。在到达临界温度前，若停止或减少供氧，或改善散热条件，则自热阶段中断，煤温逐渐下降，趋于冷却风化状态，如上图所示。煤的化学成分和碳化程度是影响煤自燃倾向的重要因素。褐煤最易自燃；烟煤、中长焰煤和气煤较易自燃；无烟煤则很少自燃。碳化程度低、含水分大的煤，水分蒸发后易自燃；碳化程度高的煤，水分对自燃的影响不明显。煤成分中的镜煤、丝煤，吸氧能力强，着火温度低，煤中含量越多，越易自燃。实验室鉴定煤的自燃倾向的方法很多，都是模拟煤的氧化过程，以其氧化能力作为判定依据。硫化矿石自燃铁、铜、铅、锌等金属的硫化矿物均易氧化。硫化矿物吸附空气中的氧，氧化发热，随着热量积聚，温度升高，在适宜的外界条件下，氧化过程逐渐加速，直到自燃。通常含硫量高，自燃倾向大。次生硫化矿富集带的矿石比原生矿石具有较大的氧化速度和较低的着火温度。水对硫化矿物自燃有催化作用，湿黄铁矿的氧化速度高于干黄铁矿。矿井水的酸度高，可加速矿石氧化。矿石破碎程度增加，氧化表面积增大，易于自燃。坑木的着火温度低，受酸性水侵蚀的坑木，着火温度只有230～250℃，坑木氧化发热，可促进硫化矿石自燃。预防自燃措施基本原则是减少矿体的破坏和碎矿的堆积，以免形成有利于矿石氧化和热量积聚的漏风条件。（1）选择正确的开拓开采方法。合理布置巷道，减少矿层切割量，少留矿、煤柱或留足够尺寸的矿、煤柱，防止压碎，提高回采率，加快回采速度。（2）采用合理的通风系统。正确设置通风构筑物，减少采空区和矿柱裂隙的漏风，工作面采完后及时封闭采空区。（3）预防性灌浆。在地面或井下用土制成泥浆，通过钻孔和管道灌入采空区，泥浆包裹碎矿、煤表面，隔绝空气，防止氧化发热，是防止自燃火灾的有效措施。根据生产条件，可边采边灌，也可先采后灌。前者灌浆均匀，防火效果好；自燃发火期短的矿井均采用。泥浆浓度(土、水体积比)通常取1:4～1:5。在缺土地区，可考虑用页岩等矸石破碎后代替黄土制浆，粉煤灰或无燃性矿渣也可作为一种代用品。（4）均压防火。用调节风压方法以降低漏风风路两侧压差，减少漏风，抑制自燃。调压方法有风窗调节、辅扇调节、风窗－辅扇联合调节、调节通风系统等。（5）阻化剂。防止矿石氧化的化学制剂，如CaCl2、MgCl2等，将其溶液灌注到可能自燃的地方，在碎矿石或碎煤表面形成稳定的抗氧化保护膜，降低矿石或煤的氧化能力。加强监测是早期发现自燃征兆的重要步骤。测定空气中的CO浓度，可判断煤自燃的发展程度及自燃地点。应用红外线分析仪和气相色谱仪分析空气中的微量CO，配合束管法(用细塑料管束从井下各取样地点连至地面)远距离取样，已可在地面进行连续自动检测与报警。外因火灾一切产生高温或明火的器材设备，如果使用管理不当，可点燃易燃物，造成火灾。在中、小型煤矿中，各种明火和爆破工作常是外因火灾的起因。随着机械化程度提高，机电设备火灾的比例逐渐增加。预防外因火灾的主要措施有：煤矿井下禁止吸烟和明火照明；电气设备和器材的选择、安装与使用，必须严格遵守有关规定，配备完善的保护装置；机械运转部分要定期检查，防止因摩擦产生高温，采煤机械截割部必须有完善的喷雾装置，防止引燃瓦斯或煤尘；易燃物和炸药、雷管的运送、保管、领发和使用，均应遵守有关规定;尽量用不燃材料代替易燃材料；一些主要巷道和机电硐室必须砌或用不燃性材料支护；有些地点要设防火门。矿井灭火火灾时的风流控制火灾烟气顺风蔓延，当热烟气流经倾斜或垂直井巷时，可产生与自然风压类似的局部火风压，使相关井巷中的风量变化，甚至发生风流停滞或反向，常导致火灾影响范围扩大，人员不能安全撤退，无法进行灭火，有时还能引起瓦斯或煤尘爆炸。在上行风路中发生火灾，其火风压作用方向与主扇作用方向一致，使火源所在风路的风量增加，旁侧风路的风量减少；随火势发展，火风压增加，旁侧风路的风流可能反向，烟气将侵入。在下行风路中发生火灾，其火风压作用方向与主扇相反，使火源所在风路的风量减少，旁侧风路的风量增加；当火风压增大，火源所在风路的风流可能反向，烟气侵入旁侧风路。在矿井总进风流中发生火灾时，往往需要进行全矿性反风。以免烟气侵入采掘区。所以主要扇风机必须装有反风设备，必须能在10分钟内改变巷道中的风流方向（见矿井通风）。灭火方法火灾初起时，可用水、砂或化学灭火器直接灭火，有时还要配合挖除火源。火势较大，不能接近火源时，可用高倍数泡沫灭火机灭火。在采空区内发生自燃火灾，或井巷中发生火灾，无法直接灭火时，可用隔绝灭火法。在火源进、回风两侧合适地点修筑密闭墙严密封闭火区，可使火源缺氧熄灭。常用的封闭材料有泥、木、砖、石等。用液态高分子材料就地发泡成型，或用塑料、橡胶气囊充气修筑临时密闭墙，均可减轻劳动强度，缩短修筑时间。有瓦斯涌出的火区，要考虑在封闭过程中发生瓦斯爆炸的危险，通常应先用砂、土袋修筑隔爆墙，在其掩护下建立密闭墙。火区封闭后，少量漏风使火区内氧浓度维持在3～5％以上时，火源可能长期阴燃不熄。为了加速灭火，防止漏风，可采用联合灭火法。向封闭的火区灌注黄泥浆最有效；也可灌注N2或CO2。火区管理与启封火区封闭后，要经常检查密闭墙的严密性。定期测定墙内空气成分和温度。对于煤矿，墙内CO浓度稳定在0.001％以下，气温30℃、水温25℃以下，氧气浓度低于2％时，才能认为火已熄灭。对于硫化矿山，也有相应规定。启封火区时应将火区回风流直接引向回风道。在有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井，应切断与火区相连地点的电源。启封工作应由矿山救护队进行。启封时要在防止新鲜风流进入火区条件下，从回风侧进入侦察，确认火已熄灭，再打开进风侧密闭墙，逐步恢复通风，排除有害气体，清理巷道，消除火灾残迹后，才能恢复生产。