号煤层防治煤层自燃发火综合措施.docx

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号煤层防治煤层自燃发火综合措施

8号煤层防治煤层自燃发火的

综合措施

煤炭自燃的发展过程

煤炭自燃的发展过程可分为潜伏期、自热期和自燃期3个阶段。

1、潜伏期

自煤层被开采接触空气起至煤温开始升高所经过的时间区间称为潜伏期或自燃准备期。

在潜伏期，煤与氧的作用是以物理吸附为主，放热很小。

在潜伏期之后，煤的表面分子某些结构被激活，化学性质变得活泼，燃点降低，表面颜色变暗。

在潜伏期的长短取决于煤的分子结构、物理化学性质和外部条件。

若改善煤的散热、通风供氧等外部条件，可以延长潜伏期。

2、自热期

随着时间增长，煤温度开始升高到达着火点所经过的时间区间称为自热期或自热阶段。

经过潜伏期，被活化了的煤炭能更快的吸附氧气，氧化速度增加，氧化放热量较大，如果来不及散热，煤温就逐渐升高，当煤温逐渐升高到某一临界温度（一般为70℃）以上时，氧化急剧加快，产生大量热量，使煤温继续升高。

这一阶段的特点是：

（1）氧化放热较大，煤温及其环境（风、水、煤壁）温度升高；

（2）产生CO、CO2和碳氢类（CmHn）气体产物，并散发出煤油、汽油味和其他芳香气味；

（3）有水蒸气生成，火源附近出现雾气，遇冷会在巷道壁上凝结成水珠（俗称巷道“出汗”）；

（4）微观结构发生变化，如在达到临界温度之前，改变了供氧和散热条件，煤的增温过程就自然放慢而进入冷却阶段，煤逐渐冷却并继续缓慢氧化到惰性的风化状态，失去自然性。

3、自燃期

煤温度升高到燃点后，若供氧充分，则发生燃烧，出现明火和大量高温烟气，烟气中含有CO、CO2和碳氢化合物；若煤温达到燃点后，供氧不足，只产生烟雾而无明火，煤发生干馏或阴燃。

煤炭干馏或阴燃与明火燃烧稍有区别，CO多于CO2，温度低于明火燃烧。

二、影响煤炭自燃的因素

煤炭需要具备四个条件：

具有自燃倾向性的煤呈破碎状态堆积，且厚度大于0.4m。

连续的供氧；有较好的蓄热条件；前边三个共存的时间大于煤的自燃发火期。

（一）影响煤炭自燃倾向性的因素

煤的自燃倾向性是指煤自燃的难易程度，它主要受下列因素影响：

1、煤的化学性质与变质程度

依据“煤一氧复合导引学说”的理论，煤的自燃与其吸氧量有关。

吸氧量越大，自燃倾向性越大；反之，则小。

据研究，无论何种煤，虽然化学成分不相同，但都有吸氧的能力，因此，任何一种煤都存在自燃发火的可能性。

从科研和生产实践可知，煤的自燃倾向性随煤的变质程度增高而较低，褐煤燃点最低，其发火次数比其他煤多得多，气煤、长焰煤次于褐煤，但高于无烟煤，无烟煤发火性最低。

2、煤岩成分

暗煤硬度大，难以自燃。

镜煤和亮煤脆性大，易破碎，自燃性较大。

丝煤结构松散，燃点低（190℃--270℃），吸氧能力较强，可以起到引火物的作用，镜煤、亮煤的灰分低，易破碎，有利于煤炭的自燃发展。

因此含丝煤多的煤，自燃倾向性大，含暗煤多的煤，不易自燃。

3、煤的含硫量

煤中的硫以三种形式存在，即黄铁矿、有机硫、硫酸盐。

对煤的自燃倾向性影响大的是以黄铁矿形式存在的硫。

黄铁矿容易与空气中的水分和氧相互作用，放出大量热，因此。

黄铁矿的存在，将会对煤的自燃起加速作用，其含量越高，煤的自燃倾向性越大。

4、煤中的水分

煤中水分少时，有利于煤的自燃；水分足够大时，会抑制煤的自燃，但失去水分后，其自然危险性将会增大。

5、煤的空隙率和脆性

煤的空隙率越大，越易自燃。

对于变质程度相同的煤，脆性越大，开采时易破碎，自燃容易。

（二）影响煤炭自燃的性质、开采因素

1、煤层厚度

煤层厚度越大，自燃危险性越大。

这是因为厚煤层的开采，煤炭回收率低，煤柱易遭到破坏，采空区不易封闭严密，漏风较大等原因所致。

厚煤层的开采目前有分层开采和一次采全高两种方法。

分层开采时，下分层的回采巷道的掘进和回采作业均在假顶下进行，采煤和掘进过程都会与上分层的采空区发生漏风联系，自燃发火严重。

放顶煤开采时，采空区范围大，遗煤多，工作面推进速度慢，发火较严重，但小于分层开采。

2、煤层倾角

煤层倾角较大，发火较严重。

这是由于倾角大的煤层开采时，顶板管理较困难，采空区不易充实，尤其急倾斜煤层煤柱也难留住，漏风大。

3、顶板岩石性质

坚硬难垮落型顶板，煤层和煤柱上所受的矿山压力集中，易破碎，采空区充填不实，漏风大、且封闭不严，有利于自燃的发生。

松软易冒落的顶板，采空区充填充分，漏风小，自燃危险性较小。

4、地址构造

受地质构造破坏的煤层松软、破碎、裂隙发育，氧化性增强，漏风供氧条件良好，因此，自然发火比煤层赋存正常的区域频繁得多。

尤其有岩浆侵入的区域自然发火更多。

5、开采技术因素

开采技术因素是影响煤层自燃的重要因素。

不同开拓系统与采煤方法，使煤层自然发火的危险性不同。

因此，选择合理的开拓系统和采煤方法对防止自然发火是十分重要的。

合理的开拓系统应保证对煤层切割少，留设的煤柱少，采空区能及时封闭；合理的采煤方法应是巷道布置简单，煤炭回收率高，推进速度快，采空区漏风小。

6、漏风强度

漏风给煤炭自燃提供必须的氧气，漏风强度极限大小直接影响着煤体的散热。

有的学才认为,采空区漏风强度大于1.2m3/（min.m3）或小于0.06m3/（min.m2）时都不会发生自然火灾。

最危险的漏风强度为0.4m3（min.m2）～0.8mm3/（min.m2）.在防火工作中，必须尽量减少漏风。

三、煤炭自然的早期识别与预防

煤炭自燃的早期发现，有利于防止其继续发展，避免自然火灾的发生。

早期识别煤炭自燃的方法可归纳为以下两种。

（一）人体感觉识别煤炭自燃

煤炭从自热到自燃的氧化过程中有许多征兆，这些征兆人们可以直接感觉到，有以下感觉时，应引起重视，及时汇报。

1、视力感觉

巷道中出现雾气或巷道壁及支架上出现水珠，表明煤炭已开始进入自燃阶段。

但是，当井下两股温度不同风流汇合处也能出现雾气，井下发生透水事故前的预兆也有水珠出现。

因此，在井下煤壁上发现水珠时，应结合具体条件加以分析，做出正确的判断。

2、气味感觉

如果在巷道或采煤工作面到煤油、汽油、松节油或焦油气味，表明此处风流上方苛地点煤炭自燃已以发展到自热后期。

温度已在100℃～200℃。

3、温度感觉

当人员行人某些地区，感觉空气温度高，闷热；用手触摸煤壁或巷道发热或烫手，触摸从煤壁纸内涌出水，感觉较热，说明煤壁内已自热或自燃。

4、身体不舒的感觉

人员在井下某些地区出现头痛、闷热、恶心、精神疲乏、裸露皮肤轻微疼痛等不适舒服的感觉，表明所处位置附近）的煤炭已进入自然发火期，这些不舒服的感觉是由于自燃，使空气中氧气含量减少，有害气体（如CO）含量增加，使人轻微中毒所致。

（二）气体分析法

气体分析法是利用仪器分析和检测某些指标气体的浓度变化，来预报煤炭自燃的方法。

1、指标气体与预报指标

（1）CO绝对量

（2）火灾系数

（3）链烷比法

2、取样

（1）观测点的布置

观测点的布置一般应遵循下列原则：

①巷道周围压力较小、支架完整、没有拐弯、断面没有扩大或缩小的地段；

②根据预测指标和预测的范围来确定观测点，对有发火危险的工作面回风巷内设观测点，对潜在火源的下风测，距火源适当的位置设观测点；

③每个生产工作面的进风和回风侧，都要分别设观测点，一般距工作面煤壁10m；

④已封闭的火区或采空区观测点设在出风侧密闭墙内，取样管伸入火墙内1m以上；

⑤温度观测点设置要保证在传感器的有效控制范围之内；

⑥观测点应随采煤工作面的推进与火性的变化而调整。

（2）取样

取气样的方法有人工采集气样和连续采集气样两种。

①人工采集气样，即用玻璃采样瓶取样。

取样应在不生产、不放炮的检修班或在交接班时间采样，每个采样点2d～3d轮流取1次。

如发现可疑现象，应缩短为每天采样1次，并适当增设采样点。

在每次采样时，应测定采样点风量和温度。

采样时，采样人员面向风流，手拿采样瓶，伸向身体前方，从巷道顶板缓慢移动到底板，再从底板移到顶板，这样上下移动，直至采集到观测点巷道全断面上的平均气样。

②连续采集气样，即利用束管检测系统连续抽取井下各观测点的气样。

3、气体分析

目前气体分析使用的仪器有气象色谱仪和红外线气体分析仪等仪器。

4、束管检测系统

（1）采样系统。

（2）控制装置。

（3）气体分析

（4）数据储存、显示的报警。

5、矿井火灾检测

对于自然火灾除了使用束管检测系统以外，还可以采用煤矿环境检测系统进行早期预报。

目前，我国生产的这类设备种类较多，在高瓦斯矿井应用广泛。

可以通过CO传感器、温度传感器、烟雾传感器等来监测预报区的CO浓度、温度、烟雾，通过其变化来预报矿井火灾。

传感器不能安装在密闭区内，对发现密闭区内的煤炭自燃存在滞后的缺点。

第四节，预防煤炭自燃的开采、通风防治措施

根据现场统计，煤炭自燃火灾一般发生在即有浮煤堆积又有漏风的地方。

井下易发生的地点经常有：

采空区，特别是未及时封闭或封闭不严且留有大量浮煤的采空区；煤柱内；煤层巷道的冒空垮帮处；地质构造附近。

一、选择合理的矿井开拓系统

开采自燃煤层的矿井，选择有利于防火的开拓系统应从矿井设计和建井开始做起，一旦矿井开拓系统形成，改造起来是很麻烦的，即影响矿井生产，又浪费很大资金。

合理的开采系统应符合；对煤层的切割少；系统简单，运输环节少，通风线路短，通风风压低，通风设施少，矿井内外部漏风小，采（盘）区或区域划分合理；有利于灾害的预防，便于灾变时人员撤离。

其主要体现在以下几点：

1、开拓巷道的布置

从预防煤炭自燃的角度出发，矿井的主要开拓巷道应布置于煤层底板岩石中，对煤层的切割少，维护量小。

对开采多煤层的矿井联合布置很优越。

但由于岩巷的掘进费用大，工期长，从20世纪90年代以后，新建的矿井开掘煤层大巷的增多。

若在煤层中布置开拓巷道，必须砌碹或用不燃性材料支护，且两侧应留足够尺寸的护巷煤柱。

对煤层群开采，采用联合开拓时，开拓巷道尽量布置在岩石中。

苦开拓煤巷时，应布置在不自燃或自然发火性小的煤层中。

2、开采顺序

采用来（盘）区后退式开采顺序比前进式开采顺序有利于防火。

后退式，运输大巷两侧为实体煤，漏风小，护巷煤柱不发火或发火少。

大巷随采（盘）区的结束而报废，护巷煤柱随之被回收，采空区易封闭，且采空区漏风小，煤炭自燃的机率小。

3、通风系统

通风系统的合理与否对煤炭自燃的影响起相当重要的作用。

中央式通风系统的线路长、阻力大，不适合开采自燃煤层的矿井；对角式通风线路短，阻力小，有利于防火。

即使发生煤炭自燃，用密闭灭火时，不致于使全矿井停产。

矿井安全出口多，便于人员撤退，安全性好，抗灾能力强。

二、选择合适的采煤方法

采煤方法包括准备、回采巷道的布置与回采工艺。

适合于自燃煤层的采煤方法应具备；巷道布置简单，对煤层的切割少，漏风小，易采取各种防火措施，采空区易于封闭；机械化程度高，推进速度快，采空区冒落充分；煤炭回收率高。

具体采用以下措施；

1、准备巷道布置

对一些服务年限较长的准备巷道，尽量布置在岩石中，减少对煤炭的切割。

苦布置在煤层中，应采用锚喷支护或巷道表石喷涂不燃性堵漏材料。

对多煤层尽量采用联合或分组联合布置准备巷道。

2、回采巷道分采分掘

留煤柱开采工作面，在掘进工作面巷道时，上一区段运输平巷下一区段回风平巷采用平行掘进的方法，每隔一定的距离，开一条联络巷，往往由于此联络巷封闭不严，导致上区段采空区或联络巷煤柱发生自燃。

为了解决此问题，采用各区段巷道分采分掘，取消与上区段之间的联络巷。

以减少上区段间的漏风。

3、采用先进的采煤设备，采区煤炭生产集中化

先进的采煤设备和工艺，有利于提高工作面单产，采区煤炭生产集中，一个采煤工作面可保证全矿井的产量，工作面推进速度快，采空区浮煤在较短的时间被甩入窒息带，有利于防止煤炭自燃。

另外，集中化生产，工作面个数较少，暴露的煤层面积小，且推进速度快，采空区封闭及时，因此，集中化煤炭生产对防止自燃火灾极为有利。

4、改进煤层采煤方法，尽量减少分层数

我国20世纪80年代以前对厚煤层的开采，主要以分层开采为主。

这种采煤方法对易燃煤层，在开采第一分层时不易发火，但开采其他分层发火很严重，有些矿井由此而产生严重的采掘失调。

如铜川矿务局北区的侏罗纪煤层为易燃厚煤层，开采此煤田的焦坪矿、陈家山矿，采用分层开采时，除第一分层外的其他分层开采发火相当严重，准备的几百m长的平巷，第一分层勉强可以采完，但第二分层巷道一开掘，就发生自燃，焦坪矿由此而造成严重的采掘失调与煤炭损失。

90年代以后，自陈家山等矿采用了综采放顶煤一次采全高以来，自燃火灾的次数明显减少。

5、提高工作面回采率，减少采空区的遗煤

采空区遗煤是煤炭自燃的内在因素，因此，减少采空区浮煤是防止自燃的根本途径。

为了防止自燃，回采过程中不得留顶煤，以减少采空区浮煤。

放顶煤工作面应确定放煤步距和与割煤相配合的、合理的组织方式以及放煤的操作程序，力求避免早期混矸，减少丢失顶煤；工作面两端可设置过渡架和端头支架，把两端的顶煤全部放出；在工作面开切眼设备安装后到初次来压前要人工挑落放出顶煤，为以后利用地压破煤开出自由面，减少顶煤损失；对不易破碎、冒落和放出的煤层，采用具有辅助破煤机构的液压支架，若顶烧工超过了3m时，应采用超前水力压裂措施或向顶煤打眼放松动炮的方法破碎顶煤，以提高顶煤的回收率。

6、推广无煤柱开采，减少煤柱火灾

7、工作面采用后退式回采

长壁后退式回采工作面进、回风巷随采随废，采空区不留巷道，易对工作面采用均压，采空区漏风少。

三、通风防火技术

（一）选择合理的通风系统

开采自燃煤层时，合理的通风系统对防止煤炭自燃所起的作用很大。

所谓合理的通风系统是指：

矿井通风网路结构简单；通风阻力小；主要通风机与网路匹配；通风设施少，布置合理，通风压力分布适宜。

1、通风网路结构合理，主要通风机与风网匹配

根据各种通风系统的特点可知，对角式通风系统，通风网路为分区式，通风阻力小，采区封闭后可以调节其压力，消除主要通风机的影响；另外，灾变时风流易控制，不至于影响全矿井，因，对角式通风是大中型开采自燃煤层矿井首选的通风系统。

采区和采煤工作面必须采用分区通风，避免串联、角联。

采煤工作面保持后退式回采，通风方式采用“U”型通风。

开采自然火灾严重的采区或工作面，应建立局部反风系统。

主要通风机与通风网路匹配是指：

通风机在其服务年限内能满足不同通风时期的通风网路，且运行工况点位于高效率区内，为了避免由通风压力过高加重煤炭自燃，需降低通风网路的风阻值，大中型矿井主要通风机风压应控制在3KPa以下。

2、通风设施布置合理

通风网路中安设的风门、风墙和调节风门，其位置不适当时，能增大采空区、火区、煤柱等易发火地点的漏风，加速自燃。

调节风门位置不同，漏风通道两端的压差不同，漏风的大小也不同。

因此，在设置这些通风设施时，一定要选好位置。

一般来说，以减小采空区、火区进回风密闭墙两侧压力差为准。

3、通风压力分布合理

通风压力分布合理是指矿井各通风区域之间的通风压力分布基本均衡。

如果各通风区域之间通风压力不均时，用增阻调节法调节风量时，增加的风阻值大，由此而导致风压升高、漏风增大，煤炭自燃加重。

开采自燃煤层的采区和采煤工作面进、回风两端压差不宜超过0.2KPa。

超过0.2KPa时，应采取降压措施。

（二）防止漏风的措施

1、及时封闭采空区及废旧巷道

采区和采煤工作面回采结束后45d内必须全部撤出设备，进行永久型封闭；对已经报废或无用的井巷及时封闭，以简化通风系统和保持通风网路风流的稳定性。

2、充填与采空区连通的地面裂缝

冒落式管理顶板，对开采深度较小的矿井，塌陷裂隙往往发展到地面，在通风负压下、裂隙成为向采空区漏风的通道。

及时充填地面裂隙，防止向采空区漏风。

3、堵漏

用可塑性强、难燃、抗静电、耐压、不透气的材料如聚胺脂泡沫塑料，对沿空巷道的顶板和沿空帮、放顶煤工作面的巷道顶板、有漏风的巷道区的顶板和两帮密闭墙及墙外的巷道周边进行喷涂，以减少漏风。

4、降低采煤工作面风量，减少采空区漏风

自然发火严重的采煤工作面，在保证排除瓦斯和满足最低风速的条件下，尽量减少采煤工作面的风量，以减少采空区的漏风。

（三）均压防火

均压防火就是降低漏风通道两端的压力差，减少漏风量，防止煤炭自燃，是利用通风方法掏煤炭自燃的防火技术。

密闭区一侧与进风巷相通，另一侧与回风巷相接，进回风密闭外的压力分别为PA和PB，两密闭及采空区的风阻值为PAB，采空区两侧的通风压力H=PA-PB，则漏入采空区的风量为

Q=n√H/RAB

式中n—流态指数，n=1～2

采空区的漏风量与H有关，减少H，Q减少，H→0,Q→0采空区浮煤因缺氧而窒息，不发生自燃。

设法降低PA或者增大PB，采空区进回风侧压力差H降低，漏风量减少。

均压技术既用来防火，也用于灭火和防瓦斯漏出。

根据使用的条件不同，均压技术可分为闭区均压与开区均压两大类。