一、背景技術(shù)
從全國來看，礦井井筒火災(zāi)具有影響范圍大、涉險(xiǎn)人數(shù)多、造成的安全后果和財(cái)產(chǎn)損失巨大等特點(diǎn)，因此針對高瓦斯礦井井筒內(nèi)和井底馬頭門火災(zāi)管理的重點(diǎn)還是以預(yù)防火災(zāi)為主。對于高瓦斯礦井井筒內(nèi)和井底馬頭門已經(jīng)出現(xiàn)明火的火災(zāi)，由于受到礦井反風(fēng)安全風(fēng)險(xiǎn)大、井筒內(nèi)風(fēng)速大、火災(zāi)蔓延迅速、作業(yè)現(xiàn)場滅火器材有限、滅火空間狹小、井筒深度大和現(xiàn)有滅火方法、工具很難對著火區(qū)域進(jìn)行有效滅火等因素的制約，因此，高瓦斯礦井井筒內(nèi)和井底馬頭門發(fā)生火災(zāi)后的安全后果往往是災(zāi)難性的，這些已經(jīng)在高瓦斯礦井歷次井筒火災(zāi)事故中得到驗(yàn)證。
對于高瓦斯礦井井筒火災(zāi)而言，即使采取礦井反風(fēng)措施后，由于反風(fēng)風(fēng)量僅為正常通風(fēng)期間風(fēng)量50%左右，反風(fēng)回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛缺日；仫L(fēng)流中瓦斯?jié)舛雀叱?倍以上， 含有高濃度瓦斯的回風(fēng)流經(jīng)過井筒著火點(diǎn)，發(fā)生瓦斯爆炸或爆燃幾率大大增加，甚至?xí)斐傻V毀人亡，安全風(fēng)險(xiǎn)極大?；馂?zāi)期間，如保持礦井正常通風(fēng)，有害氣體會沿風(fēng)流迅速蔓延，受災(zāi)范圍人員脫險(xiǎn)獲救的概率幾乎為零?；馂?zāi)如得不到及時(shí)控制，火風(fēng)壓會引起井下風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，大大增加井下發(fā)生瓦斯爆炸或爆燃的概率。因此，高瓦斯礦井井筒內(nèi)火災(zāi)往往因無法采取礦井反風(fēng)手段和滅火手段匱乏，致使滅火不及時(shí)，給員工生命和企業(yè)財(cái)產(chǎn)帶來重大損失。
二、研究內(nèi)容
為解決上述存在的技術(shù)問題，我們研究了一套適用于高瓦斯礦井井筒的高效滅火系統(tǒng)，在保持高瓦斯礦井正常通風(fēng)模式下，利用井筒內(nèi)二氧化碳滅火系統(tǒng)、瓦斯抽放系統(tǒng)及礦井在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)合，對礦井井筒內(nèi)和井底馬頭門火災(zāi)實(shí)現(xiàn)快速、有效滅火，有效保護(hù)高瓦斯礦井井下員工人身和礦井財(cái)產(chǎn)安全。
1.技術(shù)方案
該滅火系統(tǒng)包含有井筒內(nèi)二氧化碳滅火系統(tǒng)、井筒進(jìn)風(fēng)風(fēng)量控制系統(tǒng)、井下有害氣體處理系統(tǒng)和礦井在線監(jiān)測系統(tǒng)。
（1）井筒內(nèi)二氧化碳滅火系統(tǒng)包含有設(shè)置于礦井附近地面的二氧化碳儲存站和若干環(huán)形二氧化碳出氣口，在井筒內(nèi)壁上自上而下至井底馬頭門處每間隔一定距離設(shè)置一個(gè)環(huán)形二氧化碳出氣口，若干環(huán)形二氧化碳出氣口均與二氧化碳儲存站并聯(lián)連接，設(shè)置獨(dú)立控制開關(guān)。
（2）井筒進(jìn)風(fēng)風(fēng)量控制系統(tǒng)包含有若干風(fēng)量控制風(fēng)門，風(fēng)量控制風(fēng)門設(shè)置于井底車場與進(jìn)風(fēng)井井底聯(lián)通的巷道上，用來控制各個(gè)進(jìn)風(fēng)井井筒的風(fēng)量。
（3）井下有害氣體處理系統(tǒng)包括有害氣體抽排系統(tǒng)和增氧系統(tǒng)。有害氣體抽排系統(tǒng)包含有瓦斯抽放站和與之連接的抽放管路，抽放管路接至各個(gè)風(fēng)量控制風(fēng)門靠近井筒的一側(cè)，井筒內(nèi)火災(zāi)期間，利用瓦斯抽放站將有毒有害氣體抽出排放。增氧系統(tǒng)包含有氧氣儲存站和氧氣濃度傳感器二，氧氣儲存站和氧氣濃度傳感器二設(shè)置于主井和副井進(jìn)風(fēng)風(fēng)流匯合處以外10米范圍內(nèi)，氧氣濃度傳感器二檢測到混合風(fēng)流中氧氣濃度低于20%時(shí)，打開氧氣儲存站的氣瓶，向混合風(fēng)流中補(bǔ)充氧氣。
井筒內(nèi)每兩個(gè)環(huán)形二氧化碳出氣口之間以及井底馬頭門處設(shè)置氧氣濃度傳感器一，若干氧氣濃度傳感器一、若干風(fēng)量控制風(fēng)門、若干環(huán)形二氧化碳出氣口、氧氣濃度傳感器二均與礦井在線監(jiān)測系統(tǒng)連接，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程控制各連接器件的操作。
有害氣體抽排系統(tǒng)設(shè)置為地面瓦斯抽放站或者井下專用抽放系統(tǒng)，井下專用抽放系統(tǒng)將氣體直接排放至采空區(qū)回風(fēng)巷或總回風(fēng)巷。
2.技術(shù)效果
該滅火系統(tǒng)適用于具有兩個(gè)及以上進(jìn)風(fēng)井井筒的高瓦斯礦井，單個(gè)進(jìn)風(fēng)井井筒發(fā)生火災(zāi)期間，能夠通過另一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)風(fēng)井井筒保持礦井正常供風(fēng)，保證各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量基本滿足要求。
1、2 風(fēng)量控制風(fēng)門 3 氧氣儲存站 4 氧氣濃度傳感器二
圖1 災(zāi)變前通風(fēng)系統(tǒng)示意圖
（1）在井下建立二氧化碳滅火系統(tǒng)、進(jìn)風(fēng)風(fēng)量控制系統(tǒng)、有害氣體處理系統(tǒng)，結(jié)合礦井在線監(jiān)測系統(tǒng)，將各系統(tǒng)中的監(jiān)測部件以及執(zhí)行部件與礦井在線監(jiān)測系統(tǒng)連接，利用地面遠(yuǎn)程控制程序，在接收到監(jiān)測數(shù)據(jù)后對井下執(zhí)行部件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作，無需操作人員進(jìn)入火區(qū)和災(zāi)區(qū)，操作安全、快捷，不存在人員傷亡，不存在滅火盲區(qū)。
（2）在井底停車場與進(jìn)風(fēng)井井底連通的巷道上設(shè)置若干風(fēng)量控制風(fēng)門，利用礦井井筒控風(fēng)技術(shù)控制火災(zāi)期間進(jìn)風(fēng)井的進(jìn)風(fēng)量，以進(jìn)風(fēng)風(fēng)流為載體，通過遍布井筒和井底馬頭門處的二氧化碳滅火系統(tǒng)將含有大量二氧化碳的低氧空氣送達(dá)著火點(diǎn)，達(dá)到隔絕滅火的效果。
（3）通過有害氣體抽放系統(tǒng)和增氧系統(tǒng)形成有害氣體處理系統(tǒng)，大大減少了混入新鮮風(fēng)流中的有害氣體總量，增加了混合風(fēng)流中的氧氣含量，確保井下風(fēng)流中有害氣體不超限、氧氣濃度符合要求，避免了高瓦斯因礦井反風(fēng)造成的安全風(fēng)險(xiǎn)，既保證礦井通風(fēng)安全又實(shí)現(xiàn)了快速、高效滅火的目的，有效保障了高瓦斯礦井井筒火災(zāi)中人員和財(cái)產(chǎn)的安全，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。
圖2 災(zāi)變后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖
3.具體實(shí)施方式
以高瓦斯礦井副井井口以下350米處發(fā)橫火災(zāi)為例。通過礦井在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到火災(zāi)之后，實(shí)施遠(yuǎn)程控制操作滅火。首先根據(jù)著火點(diǎn)的位置打開自上而下的4個(gè)環(huán)形二氧化碳出氣口的閥門（每兩個(gè)環(huán)形二氧化碳出氣口間距為100米），然后關(guān)閉與副井井筒聯(lián)通的風(fēng)量控制風(fēng)門，如圖2中的風(fēng)量控制風(fēng)門20和21，將副井井筒的進(jìn)風(fēng)風(fēng)量控制到不大于150m3/min，主井做為主進(jìn)風(fēng)井，擔(dān)負(fù)礦井總進(jìn)風(fēng)任務(wù)。通過地面二氧化碳儲存站和井筒內(nèi)的環(huán)形二氧化碳出氣口向副井井筒內(nèi)持續(xù)注入大量二氧化碳，利用井底馬頭門和井筒內(nèi)的氧氣濃度傳感器一來監(jiān)測氧氣濃度，并通過監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整二氧化碳流量，使井筒中著火點(diǎn)以上空氣中的氧氣濃度迅速降低到10%以下，當(dāng)?shù)脱蹩諝饨?jīng)過著火點(diǎn)時(shí)，著火點(diǎn)就會因?yàn)槿毖醵舷⑾?，達(dá)到隔絕滅火的目的。
當(dāng)高瓦斯礦井副井井口發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在利用礦井控風(fēng)技術(shù)進(jìn)行井筒快速、高效滅火的同時(shí)，立即開啟瓦斯抽排系統(tǒng)，對關(guān)閉風(fēng)量控制風(fēng)門范圍內(nèi)的有害氣體進(jìn)行抽排，通過瓦斯抽排管路排放至地面（或總回風(fēng)巷），并通過安裝在混合風(fēng)流處中的氧氣濃度傳感器二監(jiān)測混合風(fēng)流中的氧氣濃度，根據(jù)監(jiān)測的氧氣濃度數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)增氧系統(tǒng)的氧氣補(bǔ)給量，向混合風(fēng)流中補(bǔ)充氧氣，確保混合風(fēng)流中氧氣濃度不低于20%。
三、系統(tǒng)特點(diǎn)
1.該系統(tǒng)適用于高瓦斯井筒內(nèi)各個(gè)位置的火災(zāi)滅火，以進(jìn)風(fēng)風(fēng)流為載體，使低氧空氣能夠全部覆蓋災(zāi)變的進(jìn)風(fēng)井井筒，不存在滅火盲區(qū)；
2.進(jìn)行井筒內(nèi)滅火作業(yè)時(shí)，滅火操作人員均不進(jìn)入火區(qū)和災(zāi)區(qū)，操作更加安全、快捷；
3.適用于具有兩個(gè)進(jìn)風(fēng)井井筒的高瓦斯礦井，單個(gè)進(jìn)風(fēng)井井筒發(fā)生火災(zāi)期間，能夠通過另一個(gè)進(jìn)風(fēng)井井筒維持礦井正常供風(fēng)，保證各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量基本滿足要求，確保井下風(fēng)流中有害氣體不超限、氧氣濃度符合要求，避免了高瓦斯因礦井反風(fēng)造成的安全風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到了即保證礦井通風(fēng)安全又快速、高效滅火的目的。
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