矿井火灾往往造成人员伤亡和财产损失。可造成井下工程中的风流结构和通风系统的风流状态破坏;资源、材料、设施、设备和工程建筑烧毁;引起瓦斯或硫化矿尘爆炸,刺激人的感官,阻碍人的视线,使污染区域的人员被烧伤、患热病、中毒和窒息;破坏正常的生产、生活秩序等直接危害。还可造成人们产生恐惧心理、降低工作效率等间接危害。
发生在矿山井下、危及矿山生产安全并形成灾害的非控制性燃烧。
矿井火灾往往造成人员伤亡和财产损失。可造成井下工程中的风流结构和通风系统的风流状态破坏;资源、材料、设施、设备和工程建筑烧毁;引起瓦斯或硫化矿尘爆炸,刺激人的感官,阻碍人的视线,使污染区域的人员被烧伤、患热病、中毒和窒息;破坏正常的生产、生活秩序等直接危害。还可造成人们产生恐惧心理、降低工作效率等间接危害。
按引火源不同分为内因火灾和外因火灾两类。
又称为自燃火灾。主要是由矿物本身的物理和化学反应发热并积聚热量,发展到自燃而引起的火灾。常见的内因火灾主要有煤自燃和硫化矿石自燃。
煤因长期与空气中的氧接触而发生物理、化学作用的结果。煤自燃主要分为3个阶段:自燃潜伏期、自热期、自燃期(见图)。①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,但煤的化学活性增大,着火温度稍有降低,这一阶段为自燃潜伏期。②随后,煤的氧化速度加快,不稳定的氧化物先后分解成水、二氧化碳和一氧化碳,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。③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,这一阶段为自燃期。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。
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、长焰煤和气煤较易自燃,无烟煤则不易自燃。碳化程度低、含水量大的煤,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,其含量越多,煤越易自燃。实验室鉴定煤的自燃倾向的方法很多,主要采用吸氧法,模拟煤的氧化过程,以其氧化能力作为判定依据。
硫化矿石暴露在空气中时,会发生氧化反应而放出大量热, 在一定的外界条件下极可能引发自燃,是硫化矿床开采过程中的重大灾害之一。
预防自燃的基本原则是减少矿体的破坏和碎矿的堆积,以免形成矿石氧化和热量积聚的漏风条件。主要预防措施有: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,能隔绝空气,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,可考虑将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。用调节风压的方法降低漏风风路两侧压差,以减少漏风,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。使用防止矿石氧化的化学制剂,如氯化钙、氯化镁、熟石灰等,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。
由于外界热源引燃可燃物而引发的火灾。一切产生高温或明火的器材设备,如果使用管理不当,即可点燃易燃物,引发火灾。
引起矿山火灾的外因主要有:①明火引起的火灾,包括火柴点火、吸烟等。②爆破作业引起的火灾。③焊接作业引起的火灾。④电气设备使用或管理不善引起的火灾。⑤机械作用引起的火灾,包括摩擦、震动冲击等。
预防外因火灾的主要措施有:①矿山井下禁止吸烟和明火照明。②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。③机械运转部分要定期检查,防止因摩擦产生高温。④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。⑤尽量用不燃材料代替易燃材料。⑥一些主要巷道和机电硐室必须砌碹或用不燃性材料支护。⑦有些地点要设防火门等。
矿井灭火方法可分为4类:直接灭火法、隔绝灭火法、联合灭火法、均压灭火法。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。在火源进风、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。使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,当少量漏风使火区内氧浓度维持在3%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,也可灌注氮气或二氧化碳。均压灭火法是设置调压装置或调整通风系统,以降低漏风通道两端的风压差,减少漏风量,使火区缺氧而熄灭火源。用调压装置调节风压的具体做法有风窗调压、局扇调压、风窗-局扇联合调压等。
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,墙内一氧化碳浓度稳定在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,清除火灾残迹后,才能恢复生产。