在瓦斯矿井进行火灾事故抢救的安全技术问题探讨

  仪器信息网 ·  2007-04-26 21:40  ·  21780 次点击
邓永平
煤矿作业环境复杂,在生产过程中往往受到瓦斯、煤尘、水、火、顶板等灾害的威胁。当矿井发生事故后,如何安全、迅速、有效地抢救人员,保护设备,控制和缩小事故影响范围及其危害程度,防止事故扩大,将事故造成的人员伤亡和财产损失降到最低限度,是救灾工作的关键。井下各类事故各有其特点。然而,火灾事故与瓦斯事故常相关联,在瓦斯矿井发生火灾事故,可能引起瓦斯爆炸,在井下发生瓦斯煤尘爆炸事故,也可能发生火灾事故。解决这两类相互关联的事故,一直是理论界和实际工作人员感到棘手的问题。相对来说,瓦斯煤尘爆炸引起井下着火的机率比火灾事故引爆瓦斯的机率要小;在事故抢救方面,火灾引起瓦斯爆炸的处理也更加困难。本文拟就处理瓦斯矿井重大火灾事故的行动准则、采掘面火灾事故安全技术问题及难点进行论述和探讨。
一、瓦斯矿井火灾的特点及灾变
1、一般矿井外因火灾的特点及灾变
矿井外因火灾的特点是突然发生、来势凶锰,如果不能及时发现和处理,往往可能酿成恶性事故。据统计,世界煤矿重大恶性90%以上属于外因火灾。但是外因火灾的燃烧火源早期往往是在表面,如果及时发现和采取措施还是易处理的。
矿井火灾如果未及时发现或未及时采取有效措施处理,一旦发展开去,凡是烟流所流经的巷道,由于热对流和热辐射等传热作用,高温烟流预热下风侧可燃物,使其升温燃烧从而使燃烧带蔓延。在火源蔓延和烟流传播区域,由于空气温度高,密度下降,因热能转变为机械能产生两种作用,一是因体积膨胀和燃烧生成物的加入引起通风风阻增加的“节流作用”;二是产生热风压而出现的“上浮作用”。节流作用增加巷道风阻,减少风流流量。烟流温度愈高,节流效应愈强。炽热烟流“上浮作用”对通风风流的影响视环境条件而定。矿井火灾产生的热效应即浮力和节流效应的综合应用,引起矿井风流状态三种形势的紊乱:
风流逆转在浮力和节流效应共同作用下,反抗机械风压的影响致使矿井某上结巷道风流方向发生变化,称为风流逆转。逆转主要发生在其反向热风压大于正向机械风压的旁侧支路(主干风路是指从入风井经火源到回风井的通路,旁侧支路是指除主干风路外的其余支路)。
烟流逆退在浮力和节流效应分别作用下(取决于巷道倾角),加上巷道纵、横断面方向温度、压力梯度的影响,在着火巷火源上侧,新鲜风流继续沿巷道底部供风的同时,烟流沿巷道顶部逆向流动。风流逆退可能发生在着火巷及其相连接的主干风道上。
烟流滚退在火源下风侧节流效应和巷道断面温度、压力梯度影响下,在新鲜风流沿巷道底部按原风向流入火源的同时,火源产生的烟流沿上风侧巷道顶部逆向回退并翻卷流向火源。在一定条件下,这种现象也可能发生在下风侧。
逆转以同种流体单向流动为主,逆退是不同流体(烟流与新鲜风流)异向流动,滚退是在同一断面上,既有新风和烟流的异向流向动,又有烟流翻卷引起的同种流体异向流动。滚退是逆退和逆转发生的先兆。
上述风流紊乱的发生,不仅使井巷风量减少,还将着火产生的易燃、易爆、有毒有害气体蔓延到非着火巷道,扩大火灾烟流影响范围,还会将这些气体回流到火点加剧燃烧甚至爆炸,严重影响灾害的抢救。
2、瓦斯矿井外因火灾的特点
瓦斯矿井发生火灾后,除具备上述(一般矿井)火灾的特点和灾变外,由于火灾节流作用巷道风量减少,瓦斯浓度上升。加之,矿井火灾产生大量CO、H2等可燃气体使瓦斯爆炸界限下降,往往导致火区瓦斯爆炸(甚至连续爆炸),扩大灾情。
值得一提的是,瓦斯矿井的火灾若初期未能及时扑灭和控制,一旦产生风流紊乱(上述的风流逆转、风流逆退、烟流滚退现象),则加剧火区瓦斯爆炸的可能性和严重性;1风流逆转经历减风——停风——反风的过程。在减风、停风过程风量剧减,风流中瓦斯浓度升高聚集达到爆炸界限,而反风时火源下风侧富含挥发物的风流或局部瓦斯聚集带的污风再次进入着火带或者使火焰反向回流至火区上风侧瓦斯聚集带产生爆炸。2烟流逆退,由于烟流与进风混合再次进入火源,在一定条件下可诱发爆炸。3烟流滚退导致火源上风侧烟流与新鲜风流掺混后,再逆流回火源,在一定条件下,可能诱发瓦斯爆炸。
二、瓦斯矿井重大火灾事故的处理
在瓦斯矿井发生火灾事故时,不仅要遵循一般矿井火灾的处理原则,还要针对瓦斯矿井火灾事故的特点采取特别措施。
瓦斯矿井的火灾事故,除具有一般火灾事故的危害外,还会发生瓦斯煤尘爆炸,扩大事故灾害范围,因此,对该类事故的处理,在采取抢救火灾事故的同时,应采取防止瓦斯爆炸的措施。
1、防止灾区风流紊乱的措施
灾区风流紊乱是风流反向的前骤,也是(节流效应和浮力效应综合作用)火风压作用的结果。明火火灾刚发生时,井下风流和烟气是沿发火前的原有方向流动的。火势发展后,凡是烟气所经流的巷道内气温升高,空气成分也发生变化,产生一种火风压。高温气体流经的巷道始末两端标高差越大,产生的火风压值越大。火势越大,温度越高,产生的火风压也越大。火风压在通风网路中的作用如同多台风压值逐渐变化的辅助通风机,能改变网路中原有的风压分布,引起风路中风量的增减,甚至造成风流逆转,使正确的通风系统遭受破坏,扩大事故范围。在瓦斯矿井极易引起瓦斯爆炸。火风压的危害分别在上下行风流各有差别:当火风压发生在上行风流中时,由于烟气的上升趋势,火风压的作用方向与主通风机作用方向一致。使用火源所在巷道(或烟气流经的巷道),风量增加,其旁侧并联风路风量减少。当火风压达到一定值时,其旁侧并联风流发生逆转。同理,下行风流中发生火灾时,将使火源所在的风路中风流逆转。正因为火灾事故中火风压形成后有如此严重危害,就应采取控制火风压产生的措施:
1)积极灭火,控制火势
火灾发生后,应尽一切可能创造条件积极灭火。直接灭火失效,在灾区人员已撤出的情况下,应在火源的进风侧建筑临时密闭,适当控制火区的进风量,减少火烟产生。必须注意:火灾发生在上行风流行,主要密闭应建在火源所在的主干风路中(密闭与火源之间无旁侧风道)。如这种要求难以达到,则应首先把旁侧风流密闭起来,然后再密闭主干风路,以免在旁侧风路产生风流逆转和引起瓦斯爆炸。在下行风路中发火时,应首先密闭旁侧风道,暂时加大火源所在风路的风量,防止风流逆转,需要时再在火源所在风道中建造密闭。
2)正确调度风流,避免事故扩大
火灾发生在分支风流中时,应维持主要通风机原来的工作状态,特别是在救人灭火阶段,不能采取减风或停止主要通风机运转的措施。在多风机抽出式通风矿井,除了在进风井筒及其井底发生火灾外都不能把承当排烟任务的那台风机停转,发生在上行风流时,在有些情况下,把其他的无火烟流经的风机停转以利于工作,并无不可。
3)减少排烟风路风阻,加大排烟能力
在可能的排烟风路上,应迅速打开风窗或已有的防火风门,甚至密闭墙(若无瓦斯超限),消除阻碍风流和火烟流动的障碍物使回风路线畅通和扩大排烟能力,迅速将火烟直接导入总回风道排走。
2、采取措施防止瓦斯爆炸
瓦斯矿井处理火灾时,除了高温烟流及火焰对人员造成威胁外,另一个最难解决的难题是会发生瓦斯爆炸。因此,在瓦斯矿井处理火灾时,对灾区要进行合理的通风,防止瓦斯爆炸的发生(合理的通风对此有决定性作用)。在火灾处理过程中,必须监测掌握瓦斯的变化,合理调度风流,其原则是有助于控制火势,又能冲淡瓦斯,及时将瓦斯排走。不能随意减少或中断灾区供风,必要时(瓦斯浓度上升)还应增加火区供风量,加强巷道维护,防止冒顶堵塞巷道,增加巷道阻力,风量减少而瓦斯聚集。
1)上下山和运输平巷发火时,如果在火源的上风侧有掘进头和废巷,应将积存瓦斯的巷道严密封堵。在火源的下风侧有冒顶、废巷和掘进头聚集瓦斯时,对灭火人员威胁最大,为防止瓦斯爆炸应果断封闭火区,或者进行局部反风,将这些瓦斯封闭后,再组织人员灭火。
2)处理巷道高冒处火灾时,必须在喷雾水枪的掩护下(迫使火源局限在高冒处),在火源的下风侧设水幕,然后在高冒处两端用水枪灭火。
3)处理瓦斯矿井独头巷道火灾时,不能停风,要在保持正常的通风或大风量的条件下处理火灾。但是,由于某种原因(如人员撤退时停掉局部局扇或火焰烧断风筒),风流中断或风机停转时,应检查巷道中瓦斯和烟雾情况,只有瓦斯浓度不超过2%时才可以进入救人灭火。特别是上山独头煤巷发火,如果风机已停转,在无需救人的情况下,严禁进入侦察或灭火,应立即在远距离封闭。对于下山掘进煤巷迎头发火,在通风条件下,瓦斯浓度不超过2%时可直接灭火。若在下山中段发火时,无论通风与否都不得直接灭火,要远距封闭。
当直接灭火无效或不可能时,应封闭火区。在瓦斯矿井封闭火区是相当危险的工作。应根据瓦斯涌出情况,通过加大风量将瓦斯浓度降至2%以下,于火区进风侧和回风侧同时建造防火墙,并在三分之二高处留有通风排气口,然后在统一指挥下同时封口。这种封闭方法,不易产生瓦斯爆炸,即使燃烧,人员安全系数也很大。这是因为防爆墙建毕后,火区氧气消耗快,可生成大量CO2,有助于抑制火势,同时瓦斯上升慢,不易达到爆炸浓度。24小时后在防爆墙掩护下建筑永久密闭,完成火区的封闭工作。如果人力物力不足时也可封闭火区进风,但密闭墙的位置应尽量靠近发火点,并且保证墙体绝对严密,否则由于风侧空间过大或密闭质量不好,积存大量瓦斯极易造成爆炸。当在多头巷道封闭时,应先封闭困难大的风路及分支风路(风量小的风路),然后封闭主要风道(风量大的风路)。进风侧封闭后,等待1至3天,待火区稳定后再封闭火区回风。实践证明,火区进风侧封闭后十多小时,回风侧的烟雾减少70%,温度下降50%,瓦斯浓度也有明显降低,这种封闭方法也是比较稳妥可靠,只是要强调进风侧密闭要距发火点近和严密不漏风,否则会产生爆炸,同时在砌墙的过程中(如有条件)注入惰性气体会更安全。
封闭采区内的火区时,还应考虑某巷道封闭后,是否会造成临近采空区内瓦斯被大量吸出通过火源引起爆炸。另外还必须强调任何情况下,不准先堵回风、后堵进风,否则会发生火烟逆退或瓦斯爆炸。
三、重大火灾事故处理的几个问题讨论
前已述及,煤矿重大火灾事故兼有火焰灼伤、有害气体窒息、瓦斯爆炸的危害,是煤矿重大事故中最难处理的一种。要完成好火灾事故的抢险救灾工作,将事故控制在最小范围之内,应注意以下问题:
1、指挥员要纵观全局、抓住战机,巧妙地组织力量运用一切可以动用的手段,力争最快地抢救事故。战机是控制灾害、消灭事故的最好时间。从时间上看处理任何事故都是宜早不宜晚,灾害初期总是易于控制的,要及时、果断地采取有效的对策与措施,决不允许犹豫、拖拉。对于火灾事故,此点尤为重要,因为着火初期火势不大总是易于扑灭,而井下易燃物多,如果火势发展开去,受空间和灭火器材的限制,要将其扑灭不但困难重重,如果形成火风压或瓦斯浓度上升,极易产生爆炸。因此火灾初期须采取有效措施积极灭火,控制火势,如果灭火失效应考虑其他控制方法。值得一提的是,无论何种事故救人是关键,只要具备条件就要先把人救出。或者边控制火势边救人,切忌只顾灭火而忘记救人,以免火灭不了又耽误对灾区人员的施救。
2、在事故面前要敢于决断,井下重大事故的发生,现场情况瞬息万变,很难作出一个面面俱到的方案。但是,每次灾变的发生都是由多种因素汇集而成的。如果能抓住其中一项关键因素即可获得控制全局的成果。多起案例表明,由于决定的作出往往需要承当风险,使得许多人举棋不定,甚至推委扯皮贻误了战机。然而做到这一点,不仅需要指挥人员具有处理事故的丰富知识,也要有敢于承担风险的信心。
3、处乱不惊,正确决策。煤矿重大事故发生后,必须按《矿井灾害预防及处理计划》的程序汇报、断电撤人、及时召请矿山救护队,成立救灾指挥部。指挥部根据灾变及时正确决策,是救灾成功的关键。如何正确决策?首先必须明确事故性质、范围,充分听取事故井工程技术人员的意见和救护队意见,抓住事故关键因素,敲定有效方案并立即实施。实践证明,重大事故发生后,特别是出现人员伤亡时,许多人员惊慌失措,怕承担风险,有效的措施不敢采取,以至事态进一步扩大。

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