矿井火灾基础理论及基本规律

[摘要]：矿井火灾是煤矿重大灾害之一，矿井火灾发生后，火势发展迅猛，变化复杂，影响范围广，往往造成人员伤亡和财产资源损失，还可能诱发瓦斯爆炸，酿成更大灾害。

[关键词]：矿井火灾 瓦斯爆炸

0 前言

在不同矿井灾害中，矿并火灾救灾难度最大、技术性最强、危险性最大。这是矿井各类灾害事故的不同特征决定的。

1 燃烧的基本概念

1.1燃烧的特征

可燃物和氧化剂在空间发生激烈化学反应的过程称为燃烧，它常常伴随放热、发光过段，会生成新物质。反应物中化学性质活泼的氧原子组分称为氧化剂(助燃剂)，被氧化剂所氧化的物质称为燃料或可燃物，反应生成物称为燃烧产物。放热、发光和生成新物质是燃烧反应的三个特征，是区别燃烧和非燃烧现象的依据。点亮的灯泡中钨丝放热、发光，但末生成新物质，属于物理过程，而非燃烧现象。金属生锈、动物呼吸会放热，并产生新物质，但因反应速度低，放热速度慢，无发光现象，所以也不是燃烧反应。

1.2燃烧的条件

燃烧必须同时具备于三个条件；燃料(可燃物)、供氧(氧化利)和热源，通常称为燃烧的三要素。缺少任一条件，燃烧都不可能发生。若燃烧发生后缺少任一条件，则会熄灭，这是矿井防灭火工作的根本依据。矿井防灭火的措施，其目的是除去燃烧的全部或部分条件。燃烧除要求上述三要素外，还要求可燃物、氧化剂和热源应具备一定数量、浓度或能量。

1.3燃烧的形式

绝大多数火灾事故是在大气条件下发生的，因此，可燃物在空气中的燃烧状况是矿井火灾的主要研究内容之一。矿井火灾中可燃物可分为固态(如煤、木材、橡胶、合成高分子化合物等)、气态(如瓦斯、热解产生的各种挥发性气体、一氧化碳等)、液态(如燃油、润滑油等)三大类。它们在井下火灾中的燃烧形式有以下几种：

(1)扩散燃烧

(2)分解燃烧

(3)表面燃烧

(4)预混燃侥

2 富氧燃烧和富燃料燃烧

2.1火源燃烧的分类及特点

(1)火源燃烧分类的由来

矿井火灾救灾实践显示，一些火灾可能引发瓦斯爆炸，也可能在新的位置诱发再生火源，但另一些火灾却不会；过去，对于火灾时期火源燃烧并未根据燃烧环境(氧气与燃料)，燃烧生成物组分和浓度进行分类，而这些因素恰好与火灾防治有密切关系。

(2)富氧燃烧和富燃料燃烧类火灾的基本特性

①富氧燃烧

具有与地面火灾相似的燃烧和蔓延机理，也称为非受限燃烧。火源燃烧产生的挥发性气体在燃烧中已基本耗尽，无多余炽热挥发性气体与主风流汇合并预热下风侧更大范围内的可燃物。燃烧产生的火焰以热对流和热辐射的形式加热邻近可燃物至燃点，保持燃烧的持续和发展。此种燃烧火源范围小、火势强度小、蔓延速度较低、耗氧量少，致使相当数量的氧剩余。下风侧氧浓度一般保持在15％(体积浓度)以上，故称为富氧燃烧。

②富燃料燃烧

火源燃烧时，火势大、温度高．火源产生大量炽热挥发性气体．不仅供给燃烧带消耗，还能与被高温火源加热的主风流汇合形成炽热烟流，预热火源下风侧较大范围的可燃物，使其继续生成大量挥发性气体。另一方面，燃烧位置的火焰通过热对流和热辐射加热邻近可燃物使其温度升至燃点。由于保持燃烧的两种因素的持续存在和发展，此类火灾使燃烧在更大范围进行，并以更快速度蔓延，致使主风流中氧气几乎全部耗尽，剩余氧浓度低于2％。所以，此类火灾蔓延受限于主风流供氧量。

（3)矿井火灾火源分带

①富燃料燃烧火源分带

②富氧类火灾分带

2.2富燃料类火灾的危险性及形成条件

富燃料燃烧取决于可燃物的类型、数量及供氧量。尽管富燃料类火灾发生的概率铰小，但它是最危险的矿井火灾。它增加了直接灭火和救灾工作的困难和危险，扩大了灾害影响其危险性有：

(1)富燃料燃烧可产生近1000℃的高温，分解出大量挥发性气体，生成可燃性高温烟流，并预热相邻地区可燃物，使其温度超过燃点，牛成大量炽热挥发性气体。

(2)炽热含挥发性气体的烟流与相接巷道新鲜风流交汇后燃烧，使原火源下风侧可能出现若干再生火源，即燃烧蔓延的“跳蛙”现象。

(3)高温烟流与相接巷道新鲜风流交汇后产生的广述危险，使从事直接灭火的人员面临决策的困惑。在直接灭火时，为保证人员在相接巷道从事救火工作和通行的安全．要求新鲜风流经相接巷道流向着火巷道，而避免烟流流向相接巷道。但是，新鲜风流的引入，在火源下风侧又可能产生爆炸危险。

（4)由于炽热气体上浮力和节流阻力的影响，在火源上风侧巷顶出现逆风流方向的姻流滚退现象。

(5)火源上、下风侧炽热气体与新鲜风流交汇，在接触界面上的燃烧可能引燃巷道煤壁和支护木材。

3 结语

煤炭企业安全生产形势仍较为严峻：一方面．煤矿开采水平正在不断加深，生产条件更加复杂化；另一方面，一些煤炭企业仍然存在着盲目追求最大经济效益、不重视安全生产的行为。因此，依法加强对煤矿企业安全生产的监察，通过培训全面提高煤矿企业从业人负的安全素质，是非常必要的。

参考文献：

[1]高水庭．防火防焊工程学．北京：四防工业出版社，1989.

[2]博维义．燃烧学．北京：高等教育出版社,1992.

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