综合防灭火系统.ppt

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煤层自燃火灾综合防治煤层自燃火灾综合防治关键技术关键技术国家级重点学科国家级重点学科安全技术及工程安全技术及工程一、一、煤层自燃火灾状况煤层自燃火灾状况二、二、现有技术存在的问题现有技术存在的问题三、三、煤层自燃火灾特点煤层自燃火灾特点四、四、煤层自燃火灾总体防灭火思路煤层自燃火灾总体防灭火思路五、五、煤层自燃性实验测试技术煤层自燃性实验测试技术六、六、煤层自燃预测技术煤层自燃预测技术七、七、胶体防灭火技术胶体防灭火技术八、八、推广应用情况推广应用情况九、九、典型应用实例典型应用实例汇报内容汇报内容1）煤矿井下自燃火灾）煤矿井下自燃火灾火灾严重程度：

国有煤矿火灾严重程度：

国有煤矿72.86%存在自燃危险；存在自燃危险；经济损失：

经济损失：

近百亿元近百亿元/年年；制约制约煤炭行业高产高效技术煤炭行业高产高效技术发展；发展；安安全全生生产产问问题题：

引引发发瓦瓦斯斯爆爆炸炸；产产生生水水煤煤气气爆爆炸炸；有毒有害气体有毒有害气体沿一维井巷流动。

沿一维井巷流动。

一、煤层自燃火灾状况一、煤层自燃火灾状况火火火烟高高瓦瓦斯斯矿矿井井的的煤煤层层自自燃燃犹犹为为可可怕怕，往往往引起往引起瓦斯事故瓦斯事故，造成灾难性的后果。

，造成灾难性的后果。

阳泉矿区是全国闻名的阳泉矿区是全国闻名的高瓦斯矿区高瓦斯矿区，近年来由于推行高产高效近年来由于推行高产高效综采放顶煤综采放顶煤技技术，术，自然自然发火严重，发火严重，曾曾多次发生由多次发生由自燃自燃引发的瓦斯引发的瓦斯爆燃爆燃及及爆炸爆炸现象。

现象。

一、煤层自燃火灾状况一、煤层自燃火灾状况严重程度：

严重程度：

着火面积着火面积720km2烧毁煤量：

烧毁煤量：

3000多万吨多万吨/年年累计烧毁：

累计烧毁：

42亿吨亿吨经济损失：

经济损失：

40多亿元多亿元/年年环境破坏：

环境破坏：

严重严重2）煤田自燃火灾）煤田自燃火灾一、煤层自燃火灾状况一、煤层自燃火灾状况在在低低温温阶阶段段（潜潜伏伏期期）煤煤氧氧复复合合时时耗耗氧氧速速度度为为10-12数数量量级级、放放热热强强度度为为10-6数数量量级级，属属于于痕痕量量和和微微量量。

煤煤又又是是一一个个非非常常复复杂杂的的分分子子结结构构不不定定的的体体系系，故故实实验验模模拟拟十十分分困困难难。

煤煤自自燃燃的的关关键键在在低低温温阶阶段段，目目前前世世界界上上进进行行的的煤煤自自燃燃实实验验起起始始温温度度都都在在6070以以上上（即即自自热热期期以以后）。

后）。

1.煤自燃性及发火期测试方面煤自燃性及发火期测试方面时间温度潜伏期潜伏期自热期自热期自燃自燃风化风化6070临界温度临界温度痕量与微量反应二、现有防灭火技术存在的问题二、现有防灭火技术存在的问题2.煤自然发火时间和区域的预测和判定方面煤自然发火时间和区域的预测和判定方面目目前前，国国内内外外对对发发火火时时间间的的预预测测主主要要凭凭经经验验和和现现场场统统计计值值；火火区区判判定定的的方方法法主主要要是是根根据据火火区区产产生生的的能能量量或或放放射射性性气气体体异异常常，判判定定火火区区范范围围，但但这这些些技技术术只只能能对对已已形形成成大大火火的的区区域域进进行行大大范范围围的的粗粗略略判判定定，而而不不能能满满足足井井下下直直接接灭灭火火的的要要求求。

且且由由于于受受各各种种其其它它地地质质因因素素的的干干扰扰，对对矿矿井井局局部部高高温温或或正正处处于于自自热热阶段阶段和和潜伏期的自燃危险区域潜伏期的自燃危险区域无法判定。

无法判定。

二、现有防灭火技术存在的问题二、现有防灭火技术存在的问题3.防灭火技术方面防灭火技术方面1）常规的灭火技术，如注水、灌浆等，难以扑灭常规的灭火技术，如注水、灌浆等，难以扑灭高部位自燃火灾，且存在高部位自燃火灾，且存在水煤汽爆炸水煤汽爆炸和和水蒸汽伤人水蒸汽伤人危险。

危险。

火注水、浆注水、浆或阻化剂或阻化剂巷道巷道CH4+H2O（汽）汽）顶顶煤煤二、现有防灭火技术存在的问题二、现有防灭火技术存在的问题火注水、浆注水、浆或阻化剂或阻化剂巷道巷道CH4+H2O（汽）汽）顶顶煤煤用水用水（泥浆或阻化剂泥浆或阻化剂）灭火：

灭火：

水呈锥形沿着冲水呈锥形沿着冲出的水沟下流，两个水管之间中上部出的水沟下流，两个水管之间中上部难以难以熄灭熄灭。

二、现有防灭火技术存在的问题二、现有防灭火技术存在的问题火注水、浆注水、浆或阻化剂或阻化剂巷道巷道CH4+H2O（汽）汽）顶顶煤煤水流冲刷粉煤，使漏风通道更畅通，供水流冲刷粉煤，使漏风通道更畅通，供氧充分，氧充分，灭火困难灭火困难。

二、现有防灭火技术存在的问题二、现有防灭火技术存在的问题火注水、浆注水、浆或阻化剂或阻化剂巷道巷道CH4+H2O（汽）汽）顶顶煤煤水在高温区汽化，产生大量蒸汽，蒸汽在水在高温区汽化，产生大量蒸汽，蒸汽在600以上时，分解为以上时，分解为H2、O2与冒落空洞内的与冒落空洞内的CH4、煤干馏气体混合，返回火区，易形成煤干馏气体混合，返回火区，易形成水水煤汽爆炸煤汽爆炸。

二、现有防灭火技术存在的问题二、现有防灭火技术存在的问题火注水、浆注水、浆或阻化剂或阻化剂巷道巷道CH4+H2O（汽）汽）顶顶煤煤高温蒸汽沿顶煤缝隙向周围渗透，加热煤高温蒸汽沿顶煤缝隙向周围渗透，加热煤体，促进顶煤体，促进顶煤火势向外发展火势向外发展。

二、现有防灭火技术存在的问题二、现有防灭火技术存在的问题2）注氮灭火时，注氮灭火时，N2由于瓦斯抽放容易流失，灭火由于瓦斯抽放容易流失，灭火效率差。

效率差。

火火火注氮管注氮管二、现有防灭火技术存在的问题二、现有防灭火技术存在的问题3）采采用用封封闭闭灭灭火火，灭灭火火周周期期很很长长（通通常常需需几几个个月月至一年以上），且恢复生产时，火区至一年以上），且恢复生产时，火区极易复燃。

极易复燃。

火注N2能维持煤自燃的氧气浓度：

能维持煤自燃的氧气浓度：

5%；能维持煤温不下降的氧气浓度：

能维持煤温不下降的氧气浓度：

3%。

二、现有防灭火技术存在的问题二、现有防灭火技术存在的问题火源点隐蔽、通常相对位置较高、火源点隐蔽、通常相对位置较高、呈立体分布呈立体分布；松散煤体蓄热性好、热量不易散失松散煤体蓄热性好、热量不易散失；能贫氧氧化、且温度越高反应速度能贫氧氧化、且温度越高反应速度越快越快；热力风压自供氧热力风压自供氧

（一）

（一）煤层自燃火灾的一般特点煤层自燃火灾的一般特点三、煤层自燃火灾特点三、煤层自燃火灾特点巷道顶煤巷道顶煤CH4+H2O（汽）汽）1）顺顺槽槽沿沿底底板板一一次次掘掘出出，服服务务时时间间长长，沿沿空空顺顺槽槽多多次次受受到到采采动动影影响响，顺顺槽槽顶顶煤煤较较破破碎碎、易易于于离离层层、压压裂裂冒冒落落，小小煤煤柱柱易易压压裂裂破破碎碎，使使得得巷巷道道自自燃燃火火灾灾增多。

增多。

（二）综放开采煤层自燃的特点

（二）综放开采煤层自燃的特点三、煤层自燃火灾特点三、煤层自燃火灾特点2）综综放放工工作作面面的的开开切切眼眼断断面面大大，易易压压裂裂破破碎碎，安安装装时时间间较较长长，且且初初期期工工作作面面推推进进速速度度一一般般相相对对较较慢慢。

工工作作面面停停采采前前30m左左右右，工工作作面面不不放放顶顶煤煤，采采空空区区遗遗煤煤较较厚厚，且且工工作作面面撤撤架架时时间间相相对对较较长长。

因因此此，开开切切眼眼、停停采采线线附附近近采采空空区区易易发发生生自自燃燃火火灾。

灾。

三、煤层自燃火灾特点三、煤层自燃火灾特点III-I剖面0510m510m0150m至200m12m812m回采率：

8085%采空区浮煤：

12m两道浮煤：

510m3）工工作作面面两两道道端端头头支支加加不不放放顶顶煤煤，采采空空区区留留有有大大量量浮浮煤煤,使使得得在在无无煤煤柱柱开开采采中中,相相邻邻采采空空区区浮浮煤煤自自燃燃火火灾增多。

灾增多。

三、煤层自燃火灾特点三、煤层自燃火灾特点火火巷道巷道岩岩层层4）综综放放无无煤煤柱柱开开采采中中，由由于于顺顺槽槽与与相相邻邻采采空空区区连连成成一一片片，火火灾灾治治理理将将极极为为困困难难；甚甚至至有有可可能能发发生瓦斯燃烧和爆炸灾害。

生瓦斯燃烧和爆炸灾害。

三、煤层自燃火灾特点三、煤层自燃火灾特点4）巷道巷道顶煤顶煤及及煤柱煤柱自燃初期难以发现，自燃初期难以发现，待发现时，已冒烟，形成火灾。

待发现时，已冒烟，形成火灾。

火火巷道巷道岩岩层层三、煤层自燃火灾特点三、煤层自燃火灾特点5）随着工作面不断推进，采空区三带范围也随着工作面不断推进，采空区三带范围也动态移动，且大范围的采空区往往见烟，而不动态移动，且大范围的采空区往往见烟，而不知高温区位置。

知高温区位置。

火火火烟三、煤层自燃火灾特点三、煤层自燃火灾特点1）高瓦斯矿高瓦斯矿综放面经常用尾巷或钻孔综放面经常用尾巷或钻孔抽放瓦斯抽放瓦斯，使，使采空区采空区漏风漏风流向和漏风强度发生很大流向和漏风强度发生很大变化变化，因此自燃，因此自燃火源点隐蔽、灭火困难火源点隐蔽、灭火困难。

2#钻1#钻运输顺槽高位瓦斯抽放巷火207中巷路进风回风停采线回风上山进风上山瓦斯排放尾巷三、煤层自燃火灾特点三、煤层自燃火灾特点（三）高瓦斯矿综放面煤自燃火灾特点（三）高瓦斯矿综放面煤自燃火灾特点2）高瓦斯矿易发生局部瓦斯积聚，煤）高瓦斯矿易发生局部瓦斯积聚，煤层层自燃时自燃时，可伴随，可伴随瓦斯燃烧瓦斯燃烧或或爆炸，爆炸，使使火势迅猛发展火势迅猛发展。

因此，高瓦斯综放面自燃一般具有因此，高瓦斯综放面自燃一般具有面面积大积大，灭火困难灭火困难，灭火后，灭火后容易复燃容易复燃和火和火灾产生的灾产生的后果严重后果严重等特点。

等特点。

三、煤层自燃火灾特点三、煤层自燃火灾特点四、煤层自燃火灾综合防治总体思路四、煤层自燃火灾综合防治总体思路1.建立了煤低温自然发火实验系统。

建立了煤低温自然发火实验系统。

大型煤自然发火实验台大型煤自然发火实验台五、煤自燃性参数及最短发火期测试技术五、煤自燃性参数及最短发火期测试技术实现了煤低温阶实现了煤低温阶段段（6070以下以下）的自然发火模拟。

解的自然发火模拟。

解决了复杂非稳态体系决了复杂非稳态体系的痕量与微量反应的的痕量与微量反应的定量测定；定量测定；解决了煤最短解决了煤最短自自然发火期然发火期的测定。

的测定。

采用大煤量（采用大煤量（1.5吨以上）、吨以上）、模拟模拟现现场实际自燃的环境场实际自燃的环境条件条件，解决了低温，解决了低温阶段的物理模拟，阶段的物理模拟，从而解决了痕量与从而解决了痕量与微量反应的参数定微量反应的参数定量测定问题。

量测定问题。

自然发火实验模拟系统自然发火实验模拟系统原理图原理图2.实验原理实验原理五、煤自燃性参数及最短发火期测试技术五、煤自燃性参数及最短发火期测试技术煤量：

煤量：

1.5吨左右吨左右粒度：

粒度：

10mm供风量：

供风量：

0.150.3m3/h起始温度：

起始温度：

室温室温3.实验条件实验条件五、煤自燃性参数及最短发火期测试技术五、煤自燃性参数及最短发火期测试技术实验台监控平台实验台监控平台实验台监控平台实验台监控平台特征温度特征温度临界温度干裂温度着火点温度煤自燃特性参数煤自燃特性参数耗氧速率放热强度标志气体标志气体最短自然发火期最短自然发火期煤自燃极限参数煤自燃极限参数4.实验测试主要参实验测试主要参数数五、煤自燃性及发火期实验测试技术五、煤自燃性及发火期实验测试技术根据煤低温自燃理论和实验测定参数，根据煤低温自燃理论和实验测定参数，结合现场实际条件，该预测技术较好地解结合现场实际条件，该预测技术较好地解决了以下两个问题：

决了以下两个问题：

着火前（着火前（6070以下以下）哪些部位哪些部位可可能发火，以及可能发火的能发火，以及可能发火的时间时间；着火后火源位置在着火后火源位置在什么区域什么区域。

六、煤层自然发火预测技术六、煤层自然发火预测技术

（一）采空区自然发火预测技术

（一）采空区自然发火预测技术1.采空区采空区漏风强度漏风强度测算方法测算方法通过测定采空区氧浓度分布推算漏风强度：

六、煤层自然发火预测技术六、煤层自然发火预测技