愛(ài)華網(wǎng)???? 1.引言 礦井火災(zāi)是直接威脅礦井安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一。火災(zāi)類(lèi)型按其原因來(lái)自礦井內(nèi)部，還是外部分為內(nèi)因火災(zāi)和外因火災(zāi)。外因火災(zāi)可由明火、機(jī)械摩擦、放炮引火、電氣火花等因素引發(fā)[1]。井下外源火災(zāi)一旦發(fā)生，具有火情發(fā)生突然，來(lái)勢(shì)較猛的特點(diǎn)。如不能及時(shí)撲滅，火勢(shì)一旦失控，將產(chǎn)生大量的有害氣體，甚至引起瓦斯、煤塵爆炸，造成災(zāi)難性的后果[2]。而由注漿封堵、堵漏作業(yè)過(guò)程中發(fā)生的外源火災(zāi)事故較為少見(jiàn)，在此著重分析此類(lèi)火災(zāi)事故原因及治理技術(shù)。 2.工程實(shí)例 某礦為提升生產(chǎn)能力對(duì)某一采區(qū)進(jìn)行回風(fēng)道封堵漏風(fēng)技術(shù)改造工作。主要采用注漿堵漏的方法。在回風(fēng)道內(nèi)通過(guò)打鉆孔向巷道四周壓注有機(jī)高分子雙液型注漿材料固特瓏來(lái)封堵漏風(fēng)。該礦為高瓦斯礦井，礦井未發(fā)現(xiàn)煤（巖）及瓦斯噴出和突出現(xiàn)象，煤塵無(wú)爆炸性，煤層不易自燃。 實(shí)施注漿堵漏回風(fēng)道全長(zhǎng)480余米，采用一個(gè)15kW局扇壓入式通風(fēng)，巷道為寬×中高為5×3.2米。注漿作業(yè)前巷道內(nèi)回風(fēng)風(fēng)速低，風(fēng)量小，原始溫度為23℃。另外噴漿體壁后現(xiàn)場(chǎng)的木料和其他可燃的雜物堆積較多，空間較大。注漿作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜。本次作業(yè)共計(jì)注入固特瓏的質(zhì)量為750kg。 注漿作業(yè)26小時(shí)后作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)注漿位置在巷幫有冒煙異?，F(xiàn)象，30分鐘后煙霧逐漸增大，約11小時(shí)后通過(guò)打鉆在巷道壁后側(cè)發(fā)現(xiàn)明火。 3.化學(xué)漿自燃機(jī)理分析 通過(guò)以上火災(zāi)事故過(guò)程的簡(jiǎn)要介紹可知注漿作業(yè)是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接原因。為了從根本上查找根源，本文首先分析化學(xué)漿組分的性質(zhì)，反應(yīng)過(guò)程及機(jī)理；在此基礎(chǔ)上分析工程現(xiàn)場(chǎng)誘發(fā)火災(zāi)的原因。 A.化學(xué)漿組分及反應(yīng)機(jī)理 注漿堵漏的材料為固特瓏，是一種有機(jī)高分子雙液型注漿材料，主要由體積相等的A（俗稱(chēng)黑料）、B（俗稱(chēng)白料）兩種組份組成（其中A組份的主要成分是聚異氰酸酯，B組份的主要成分是聚醚多元醇），經(jīng)專(zhuān)用的氣動(dòng)注漿泵和混合槍將A、B兩種化學(xué)原料等量壓注到破碎煤巖體后，經(jīng)充分混合便發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成對(duì)煤巖體具有較高粘結(jié)性的有機(jī)彈性體——聚氨酯。它可人為地改善松軟破碎煤巖體的物理、力學(xué)性能，起到補(bǔ)強(qiáng)加固、充填密實(shí)作用，達(dá)到堵漏、加固的目的。 聚異氰酸酯（A組份）：聚異氰酸酯的分子式可簡(jiǎn)化為R-N=C=O，聚異氰酸酯會(huì)和任何含有活潑氫離子的分子發(fā)生反應(yīng)。異氰酸酯的重要性質(zhì)包括分子結(jié)構(gòu)、NCO含量，功能特性和粘度。 聚醚多元醇（B組份）：是指聚合物分子主鏈含有醚鍵(-R-O-R-)，其端基或側(cè)基含有大于2個(gè)羥基（-OH）的聚合物統(tǒng)稱(chēng)為聚醚多元醇。常溫下為無(wú)色至棕色黏稠液體，通常易溶于芳烴、鹵代烴、醇、酮，有吸濕性。多元醇構(gòu)成聚氨酯結(jié)構(gòu)中的彈性部分。 聚異氰酸酯可以和聚醚多元醇通過(guò)預(yù)聚反應(yīng)生成一種預(yù)聚物。此反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，放出的熱量使發(fā)泡濟(jì)汽化而形成泡沫。在聚氨酯發(fā)泡過(guò)程中會(huì)發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)，其中異氰酸酯和羥基的反應(yīng)、異氰酸酯和水的反應(yīng)是重要的反應(yīng)。前一個(gè)反應(yīng)屬“凝膠反應(yīng)”，多元醇與多異氰酸酯反應(yīng)生成高相對(duì)分子質(zhì)量聚合物；后一個(gè)反應(yīng)屬“發(fā)泡反應(yīng)”，異氰酸酯與水反應(yīng)生成取代脲和二氧化碳。 由于聚醚多元醇一般為端仲羥基，在催化劑的條件下與異氰酸酯基反應(yīng)較快，以獲得穩(wěn)定的泡沫體系。固特瓏混合物的技術(shù)參數(shù)，見(jiàn)表1所示。 表1 固特瓏的技術(shù)參數(shù) 技術(shù)指標(biāo)技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)參數(shù) 初凝時(shí)間（s）10～4525℃漿液粘度（mPa·s）200～220 終凝時(shí)間（s）60～90（可調(diào)）雙液混合比1:1 抗壓強(qiáng)度（Mpa）10～50膨脹倍數(shù)1～10 粘結(jié)強(qiáng)度（Mpa）3～5漿液密度（g/cm3）1.23 阻燃性能不燃 B. 化學(xué)漿自燃機(jī)理分析 通過(guò)對(duì)以上固特瓏組分反應(yīng)過(guò)程及其影響因素、注漿作業(yè)環(huán)境的分析可知：注漿作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，注入漿液質(zhì)量較大，可能導(dǎo)致參與反應(yīng)的量必會(huì)相應(yīng)增加，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量也會(huì)隨之增加，這就直接導(dǎo)致反應(yīng)后產(chǎn)生聚合物的質(zhì)量和放熱量均較大。而就在此時(shí)巷道、壁后的環(huán)境溫度較高。高溫的環(huán)境不利于漿液反應(yīng)體熱量的擴(kuò)散和釋放。反應(yīng)后釋放的熱量在得不到及時(shí)散發(fā)的情況下，注漿區(qū)域溫度進(jìn)一步升高可能就引發(fā)了聚合物內(nèi)部“燒芯”現(xiàn)象的發(fā)生。熱量積聚為燃燒的發(fā)生提供了熱量，采空區(qū)的可燃物和反應(yīng)產(chǎn)物為燃燒的發(fā)生提供了可燃物，井巷風(fēng)流提供了燃燒發(fā)生所需的助燃物。這樣就滿足了燃燒發(fā)生的可燃物、熱源和氧氣的三個(gè)必要因素，就導(dǎo)致了燃燒及后續(xù)火災(zāi)事故的發(fā)生。施工現(xiàn)場(chǎng)在注漿作業(yè)結(jié)束后24h就發(fā)現(xiàn)了冒煙現(xiàn)象，且在后續(xù)發(fā)現(xiàn)了明火。 4.注惰滅火技術(shù)的應(yīng)用 井下火災(zāi)的處理方式較多，常用的有灌漿技術(shù)、凝膠技術(shù)、惰性氣體泡沫技術(shù)、堵漏技術(shù)及惰性氣體技術(shù)等[3]。通過(guò)對(duì)比分析、結(jié)合火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際確定采用注惰滅火技術(shù)。惰化技術(shù)主要是指將惰性氣體送人擬處理區(qū)，抑制煤自燃的技術(shù)。該技術(shù)主要用在當(dāng)發(fā)生外因火災(zāi)或因自燃火災(zāi)而導(dǎo)致的封閉區(qū)。由于該礦回風(fēng)道周?chē)嬖谛∶焊G老巷道和采空區(qū)，條件十分復(fù)雜，確定注漿堵漏精確范圍和注漿化合物的用量很難。本次使用型號(hào)為DQP-500的多功能礦用燃油惰氣泡沫發(fā)生裝置，在采區(qū)回風(fēng)繞道布置惰氣發(fā)生裝置，利用風(fēng)筒通過(guò)密閉墻將惰氣注入回風(fēng)道著火區(qū)域，進(jìn)行降溫和惰化。這樣一方面為撲滅火災(zāi)節(jié)省了時(shí)間；另一方面減少了很大的工作量，降低了成本。 A. 惰氣制備裝置 DQP-500的多功能礦用燃油惰氣泡沫發(fā)生裝置可隨時(shí)觀測(cè)到氧含量，同時(shí)可調(diào)節(jié)氣體成分，完善了欠水?dāng)嚯娮詣?dòng)保護(hù)裝置。增設(shè)了二次燃燒裝置，使其在氧氣降低的情況下仍能保持CO在較低水準(zhǔn)。采用進(jìn)口測(cè)氧探頭，永久使用不需要換。采用組合隔爆開(kāi)關(guān)、自動(dòng)點(diǎn)火等最新電控裝置，操作安全簡(jiǎn)便。 B.裝置安裝場(chǎng)所及產(chǎn)生氣體要求 根據(jù)MT/T697-1997《煤礦用燃油惰氣發(fā)生裝置通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)惰氣發(fā)生裝置工作實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和產(chǎn)生的混合氣體做了如下要求： 惰氣發(fā)生裝置工作場(chǎng)地要求： ?。?）工作實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的直段應(yīng)不小于惰氣裝置整機(jī)長(zhǎng)度的2倍。惰氣裝置氣體出口正前方50m內(nèi)不得有建筑、堆物及人員。 ?。?）工作實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)有相應(yīng)功率的電源及水源。 ?。?）工作實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地至少應(yīng)配備8kg裝的干粉滅火器5個(gè)。
惰氣裝置產(chǎn)生的濕式混合氣體標(biāo)準(zhǔn)： ?。?）應(yīng)呈灰白色，無(wú)明顯黑煙或?qū)訋Ш跓煟?p> ?。?）氣體中的氧含量應(yīng)不大于5％； ?。?）出口溫度應(yīng)不大于60℃(90℃)。 DQP-500型多功能礦用燃油惰氣泡沫發(fā)生裝置，使我國(guó)燃油除氧產(chǎn)生惰氣的滅火裝置實(shí)現(xiàn)了系列化，這種方法產(chǎn)生惰氣工藝簡(jiǎn)單、成本低(僅是液N2的1/170)產(chǎn)氣量大、惰化火區(qū)速度快，既能撲滅礦井火災(zāi)又能抑制瓦斯爆炸，是處理礦井火災(zāi)理想的滅火裝備。 C.注惰工藝 （1）封閉火區(qū)：封閉火區(qū)的方法主要有三種：鎖風(fēng)封閉火區(qū)、通風(fēng)封閉火區(qū)、注惰封閉火區(qū)。 由于七采回風(fēng)道為獨(dú)頭巷道，只封閉進(jìn)風(fēng)側(cè)即可，在七采回風(fēng)道（七采繞道口里10米位置）構(gòu)筑一道永久密閉，在其中上部埋設(shè)長(zhǎng)1.5米帶閥門(mén)的6分鐵管作為觀測(cè)孔，同時(shí)，封閉-85大巷往七采回風(fēng)道進(jìn)料孔，使用風(fēng)筒布蓋好進(jìn)料孔，上面用黃土搗實(shí)，并在其中一個(gè)進(jìn)料孔中安設(shè)帶閥門(mén)的6分管以便觀測(cè)七采回風(fēng)道有害氣體變化情況，完成對(duì)著火區(qū)域的封閉。 （2）注惰量：七采區(qū)回風(fēng)道巷道總長(zhǎng)480m，著火區(qū)及小窯采空區(qū)容積在3×左右，其中火區(qū)容積為6000左右。注惰氣量要超過(guò)這個(gè)容積值。 5.實(shí)施效果 在采區(qū)回風(fēng)道內(nèi)部及周邊建立四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)一氧化碳、二氧化碳和瓦斯氣體，從注惰開(kāi)始到結(jié)束，期間每隔一段時(shí)間，采集樣本，利用束管檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)氣樣進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)掌握監(jiān)測(cè)點(diǎn)各種氣體參數(shù)的變化情況。同時(shí)及時(shí)檢測(cè)回風(fēng)巷繞道口密閉墻里的氧氣、乙炔、乙烯、乙烷、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、和氮?dú)獾淖兓闆r。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)注惰能有效的降低火區(qū)的氧氣含量，在停止注惰時(shí)，氧氣的濃度值為6.802%，達(dá)到了滅火的目的。為七采回風(fēng)道火區(qū)的啟封提供了依據(jù)，為礦井早日恢復(fù)生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。但需注意注惰后在回風(fēng)道內(nèi)產(chǎn)生了大量CO氣體，其濃度已超過(guò)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定。而后采用注氮置換技術(shù)，一方面可以置換出礦井巷道及采空區(qū)大面積有害氣體CO，另一方面可以進(jìn)一步惰化七采回風(fēng)道著火區(qū)域，降低氧氣濃度，進(jìn)一步保證了滅火效果。另外，在注惰過(guò)程中需要做好準(zhǔn)備、人員撤離、有害氣體監(jiān)測(cè)等工作以保證注惰滅火作業(yè)過(guò)程中的安全。 參考文獻(xiàn) [1] 陳文禮.淺述煤礦外因火災(zāi)安全預(yù)評(píng)價(jià)[J]能源與環(huán)境.2005.03 [2] 劉東風(fēng). 煤礦井下外源火災(zāi)的處理[J].煤炭技術(shù),2002. 21 [3] 鮮學(xué)福,王宏圖等. 我國(guó)煤礦礦井防滅火技術(shù)研究[J] 中國(guó)工程科學(xué),2001.12
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