礦井火災(zāi)防治(教案)1-2章 概述、煤炭自燃課件

礦井火災(zāi)防治技術(shù)（）聯(lián)系方式：；宅E-mail：井工地下開(kāi)采進(jìn)風(fēng)井回風(fēng)井礦井通風(fēng)回風(fēng)井河南新密東興煤礦發(fā)生重大火災(zāi)事故，致25人死亡“3·15”重大火災(zāi)事故的8名瀆職官員因涉嫌構(gòu)成玩忽職守罪被提起公訴

2010年3月15日20時(shí)30分，新密市東興煤業(yè)有限公司主井西大巷第一繞巷發(fā)生電纜著火事故，當(dāng)班入井31人，25人被困。經(jīng)過(guò)5個(gè)多小時(shí)的全力營(yíng)救，6人安全升井，25名礦工遇難。據(jù)了解，火災(zāi)源于井下電纜線起火，產(chǎn)生大量一氧化碳，礦工吸入后迅速昏迷。救援人員說(shuō)，遇難的25名礦工均未配備自救器，如果礦主按照國(guó)家規(guī)定給礦工配備自救器，一些礦工還是有生還機(jī)會(huì)的。礦工在井下遇到火災(zāi)或瓦斯事故，打開(kāi)自救器，通過(guò)吸氧可維持生命，能贏得15~45分鐘的救援時(shí)間，一個(gè)自救器售價(jià)僅500~600元。此次重大火災(zāi)事故，造成巨大人員傷亡，造成經(jīng)濟(jì)損失4910萬(wàn)元。

3月16日，新密市主管安全生產(chǎn)的副市長(zhǎng)蘇瑩璽被免職。隨后，新密市煤炭局局長(zhǎng)、副局長(zhǎng)，市安監(jiān)局局長(zhǎng)，牛店鎮(zhèn)黨委書(shū)記、鎮(zhèn)長(zhǎng)、副科級(jí)干部被免職。對(duì)牛店鎮(zhèn)駐礦安監(jiān)人員王洪濤、朱東輝，新密市煤炭局駐礦安監(jiān)人員岳絢峰予以開(kāi)除。新密“3·15”事故發(fā)生后，新密市檢察院對(duì)新密市煤炭管理局、新密市安監(jiān)局、新密市牛店鎮(zhèn)政府安全辦等相關(guān)單位的工作人員失職、瀆職情況進(jìn)行偵查。經(jīng)查明，公司屬于六證不全企業(yè)(六證包括：采礦許可證、礦長(zhǎng)資格證、礦廠安全資格證、工商營(yíng)業(yè)執(zhí)照、安全生產(chǎn)許可證、煤炭生產(chǎn)許可證)。該企業(yè)在尚未通過(guò)安全檢查驗(yàn)收的情況下，私自進(jìn)行生產(chǎn)。新密市檢察院審查該案后認(rèn)為，岳絢峰、王洪濤、田松濤、朱東輝、范建朝、魏朝平、朱新憲、張建濤8人的行為均已涉嫌構(gòu)成玩忽職守罪，據(jù)此依法對(duì)8人提起公訴。新密市東興煤業(yè)有限公司出資人付滿(mǎn)倉(cāng)、法人代表付曉、礦長(zhǎng)白小博、安全礦長(zhǎng)李丙燦、機(jī)電礦長(zhǎng)王雙彬5名犯罪嫌疑人的行為因涉嫌構(gòu)成重大責(zé)任事故罪被另案處理。湖南湘潭煤礦發(fā)生火災(zāi)

已致25人死亡使用教材內(nèi)容簡(jiǎn)介《礦井火災(zāi)學(xué)》是國(guó)內(nèi)目前第一部系統(tǒng)介紹煤礦礦井火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展規(guī)律及其防治理論與技術(shù)的著作。全書(shū)共7章，內(nèi)容包括：礦井火災(zāi)學(xué)基礎(chǔ)，煤的自燃及其特性，礦井火災(zāi)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，防治煤炭自燃技術(shù)，礦井火災(zāi)時(shí)期的風(fēng)流紊亂，礦井外因火災(zāi)防治，火區(qū)封閉和啟封?！兜V井火災(zāi)學(xué)》可供普通高等學(xué)校采礦工程、安全技術(shù)及工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生、本科生作為教材使用，也可供從事煤炭行業(yè)科研、設(shè)計(jì)、管理、工程技術(shù)人員參考。編輯推薦《礦井火災(zāi)學(xué)》——中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究生教育專(zhuān)項(xiàng)資金資助出版教材。《礦井火災(zāi)學(xué)》授課內(nèi)容前言第一章

礦井火災(zāi)學(xué)基礎(chǔ)

第一節(jié)

燃燒基礎(chǔ)知識(shí)

第二節(jié)

礦井可燃物及燃燒特性

第三節(jié)

礦井燃燒產(chǎn)物及其危害

第四節(jié)

自燃理論基礎(chǔ)第二章

煤的自燃及其特性

第一節(jié)

煤的基礎(chǔ)特性

第二節(jié)

煤的自燃假說(shuō)

第三節(jié)

煤的自燃過(guò)程及影響因素

第四節(jié)

煤低溫氧化特性

第五節(jié)

煤的自燃傾向性與自然發(fā)火期授課內(nèi)容第三章

礦井火災(zāi)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

第一節(jié)

煤礦井下自然發(fā)火條件及易發(fā)火地點(diǎn)

第二節(jié)

煤自燃的早期識(shí)別與預(yù)報(bào)

第三節(jié)

外因火災(zāi)的監(jiān)測(cè)

第四節(jié)

火源位置的探測(cè)與判別第四章

防治煤炭自燃技術(shù)

第一節(jié)

防治煤炭自燃的開(kāi)采技術(shù)措施

第二節(jié)

堵漏與均壓防滅火

第三節(jié)

注漿防滅火

第四節(jié)

惰氣防滅火

第五節(jié)

阻化劑防火

第六節(jié)

凝膠防滅火

第七節(jié)

三相泡沫授課內(nèi)容第七章火區(qū)封閉和啟封

第一節(jié)火區(qū)封閉

第二節(jié)火區(qū)管理

第三節(jié)火區(qū)啟封

第一章礦井火災(zāi)概述礦井火災(zāi)學(xué)基礎(chǔ)一、燃燒的基本條件——外源火災(zāi)特性1、火災(zāi)發(fā)生的三要素產(chǎn)生外源火災(zāi)的三個(gè)必要條件是：有可燃物存在、有足夠的氧氣和足以引起火災(zāi)的熱源。這也稱(chēng)火災(zāi)三要素，缺少任何一個(gè)要素，火災(zāi)都不能發(fā)生，或者正在發(fā)生的火災(zāi)也會(huì)熄滅?？扇嘉镌礋嵫鯕庋鯚峥扇嘉锘?-1燃燒的基礎(chǔ)知識(shí)二、火災(zāi)的燃燒類(lèi)型擴(kuò)散燃燒（DiffusionCombustion）是高濃度的可燃?xì)怏w與空氣邊混合邊燃燒的燃燒現(xiàn)象。

預(yù)混燃燒（PremixedCombustion）是可燃?xì)怏w與空氣預(yù)先混合好后的燃燒

富氧燃燒與富燃料燃燒

富氧燃燒(Oxygen-richfire)：是氧氣的供給量大于或接近于燃燒所需要的氧氣量的燃燒。

富燃料燃燒(Fuel-richfires)：是氧氣的供給量低于燃燒所需要的氧氣量的燃燒。富燃料燃燒實(shí)驗(yàn)（“跳蛙”現(xiàn)象）回燃受限空間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，當(dāng)空氣供應(yīng)不足時(shí)，由可燃物分解的可燃組分進(jìn)入到煙流中因缺氧而不能燃燒，此時(shí)即為富燃料燃燒狀態(tài)。當(dāng)富燃料燃燒的高溫可燃?xì)怏w遇新鮮空氣時(shí)發(fā)生的突然快速燃燒（爆燃），稱(chēng)作回燃。

什么是回燃？回燃的發(fā)展過(guò)程火滅了，可以進(jìn)去了熱煙氣空氣重力流門(mén)著火了死灰復(fù)燃1、燃燒的基本形式

1）擴(kuò)散燃燒 可燃?xì)怏w從管道孔口或巷道壁局部口或空隙流出，當(dāng)其混合濃度達(dá)到燃燒界限時(shí)，遇到火源后在該范圍內(nèi)燃燒。2）分解燃燒 在燃燒過(guò)程中，可燃物首先遇熱分解，熱分解產(chǎn)物和氧反應(yīng)產(chǎn)生火焰燃燒。如木材、煤、橡膠、合成高分子化合物等固體燃料3）表面燃燒 固體燃料燃燒的后期，燃燒物與空氣的接觸表面進(jìn)行燃燒，但沒(méi)有火焰。4）預(yù)混燃燒 在一定環(huán)境條件下，可燃?xì)怏w與空氣己在著火前預(yù)先充分混合，其濃度處于燃燒(爆炸)界限之內(nèi)，遇火源即會(huì)發(fā)生燃燒。5、幾個(gè)易混淆的概念1．閃點(diǎn)和燃點(diǎn)閃點(diǎn)：在該溫度以上，可燃液體液面附近可產(chǎn)生足夠的揮發(fā)的蒸氣，一旦接近火源，己氣化的可燃液體蒸氣便會(huì)著火燃燒，出現(xiàn)瞬時(shí)即滅的閃光。燃點(diǎn)：對(duì)于固體燃料也稱(chēng)為著火點(diǎn)，使可燃物持續(xù)燃燒(不少于5s)的最低溫度。2．火焰燃燒和陰燃現(xiàn)象火焰燃燒：一種伴隨可燃性揮發(fā)氣體析出并燃燒的迅速氧化過(guò)程，通常出現(xiàn)放熱、發(fā)光現(xiàn)象。在氧濃度低于10%~12%以下時(shí)，火焰燃燒難以持續(xù)。陰燃：又稱(chēng)悶燃或冒煙燃燒。氧化過(guò)程發(fā)生在固體可燃物的表面，也能維持自我持續(xù)燃燒，但不足以分解足夠的揮發(fā)性氣體產(chǎn)生火焰燃燒。陰燃的特點(diǎn)：一般條件下，空氣中氧濃度低于2%時(shí)陰燃終止。值得注意的是，由于有些燃料吸著或吸附氧氣，以至于當(dāng)空氣中氧濃度低于2%時(shí)，陰燃仍然存在。這一現(xiàn)象在礦井火區(qū)啟封時(shí)就曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)。因而，在火區(qū)管理和啟封時(shí)尤應(yīng)注意，火區(qū)空氣中氧濃度為零，并不意味燃燒無(wú)供氧已熄火，可燃物的陰燃可能因其吸著或吸附氧氣而繼續(xù)。

當(dāng)然，這也可以這樣理解，在大范圍空間火區(qū)中，所測(cè)定位置的氧氣濃度與著火點(diǎn)的氧氣濃度不一定一致。3．燃燒和爆炸燃燒和爆炸都是一種放熱發(fā)光的比學(xué)反應(yīng)。燃燒和爆炸一經(jīng)發(fā)生，不是在整個(gè)范圍內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。而是在一局部區(qū)域以化學(xué)反應(yīng)波的形式按一定方向、一定速度一層層地自動(dòng)進(jìn)行，直到滿(mǎn)足燃燒、爆炸條件的區(qū)域反應(yīng)全部完畢為止。

富氧類(lèi)燃燒火災(zāi)火源分帶示意圖礦井火災(zāi)火源分帶礦井火災(zāi)是指發(fā)生在礦井井下或地面井口附近、威脅礦井安全生產(chǎn)、形成災(zāi)害的一切非控制燃燒。是煤礦生產(chǎn)中的主要自然災(zāi)害之一。礦井火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展不僅會(huì)燒毀大量的煤炭資源和設(shè)備，而且產(chǎn)生大量的高溫?zé)熈骱陀泻怏w，危及井下工作人員的生命安全，有時(shí)還誘發(fā)瓦斯、煤塵爆炸，進(jìn)一步擴(kuò)大其災(zāi)難性。礦井火災(zāi)按引火熱源分類(lèi)外源火災(zāi)（外因火災(zāi)）自燃火災(zāi)（內(nèi)因火災(zāi)）1-2礦井火災(zāi)礦井火災(zāi)是煤礦最主要災(zāi)害之一，每一場(chǎng)火災(zāi)的發(fā)生，輕則影響生產(chǎn)，重則可能燒毀煤炭資源和礦井設(shè)備，更為嚴(yán)重時(shí)則可能引燃瓦斯煤塵爆炸或火煙毒化礦井，釀成人員傷亡的重大惡性事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，撲滅一場(chǎng)中等火災(zāi)也要付出數(shù)以萬(wàn)計(jì)的直接滅火費(fèi)用。重大惡性火災(zāi)事故造成政治、經(jīng)濟(jì)以及資源上的損失往往是難以估量的，對(duì)礦工情感上的傷害也非短期可以消除。盡管當(dāng)前礦井防滅火技術(shù)有了很大發(fā)展，但是仍然難以杜絕礦井火災(zāi)的發(fā)生，因此，必須作好礦井的防火滅火工作，以保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行。一、礦井火災(zāi)我國(guó)是一個(gè)礦井火災(zāi)事故多發(fā)的國(guó)家。僅2000年一年，全國(guó)國(guó)有煤礦的425對(duì)礦井統(tǒng)計(jì)，就共發(fā)生各種火災(zāi)事故168起，其中外因火災(zāi)14起，內(nèi)因火災(zāi)154起，凍結(jié)煤量4217Mt，封閉采區(qū)或工作面59個(gè)，發(fā)火率為0.318次/Mt。2010年煤礦事故嚴(yán)重度的統(tǒng)計(jì)

事故率礦井外源火災(zāi)一切能夠產(chǎn)生高溫、明火、火花的以及由可燃材料制成的器材和設(shè)備，如使用不當(dāng)都可能引起外因火災(zāi)。隨著科技的發(fā)展，礦井開(kāi)采技術(shù)不斷進(jìn)步和開(kāi)采環(huán)境的不斷改善，但礦井火災(zāi)與爆炸災(zāi)害并沒(méi)有呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。究其原因，一是更多的新材料，包括各種樹(shù)脂、塑料、液體燃料和液壓機(jī)液等應(yīng)用到礦井中，另外就是機(jī)械化程度不斷提高，機(jī)電設(shè)備增多，這些都增加了火災(zāi)的發(fā)生概率。現(xiàn)在礦井災(zāi)害事故中犧牲的人員絕大多數(shù)是在礦井火災(zāi)和爆炸事故中喪生的，因此，礦井火災(zāi)的防治一直是采礦安全關(guān)注的重點(diǎn)。二、礦井火災(zāi)的分類(lèi)(一)按火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)分類(lèi)按火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)不同可將礦井火災(zāi)分為地面火災(zāi)和井下火災(zāi)。1．地面火災(zāi)發(fā)生在礦井工業(yè)廣場(chǎng)范圍內(nèi)地面上的火災(zāi)稱(chēng)為地面火災(zāi)。地面火災(zāi)可以發(fā)生在行政辦公樓、福利樓、井口樓、選煤樓以及坑木場(chǎng)、貯煤場(chǎng)、矸石山等地點(diǎn)。地面火災(zāi)外部征兆明顯，易于發(fā)現(xiàn)，空氣供給充分；燃燒完全，有毒氣體發(fā)生量較少；地面空間寬闊，煙霧易于擴(kuò)散，與火災(zāi)斗爭(zhēng)回旋余地大。

2．井下火災(zāi)發(fā)生在井下的火災(zāi)以及發(fā)生在井口附近而威脅到井下安全．影響生產(chǎn)的火災(zāi)統(tǒng)稱(chēng)為井下火災(zāi)。井下火災(zāi)可以發(fā)生在井口樓、井筒、井底車(chē)場(chǎng)、機(jī)電炯室、爆炸材料庫(kù)、進(jìn)回風(fēng)大巷、采區(qū)變電碩室、掘進(jìn)和回采工作面以及采空區(qū)、煤柱等地點(diǎn)。(二)按引火熱源分類(lèi)外源火災(zāi)（外因火災(zāi)）自燃火災(zāi)（內(nèi)因火災(zāi)）(三)按燃燒物分類(lèi)按燃燒物不同，礦井火災(zāi)可分為煤炭燃燒火災(zāi)、坑木燃燒火災(zāi)、炸藥燃燒火災(zāi)設(shè)備(電纜、膠帶、變壓器、開(kāi)關(guān)、風(fēng)簡(jiǎn))火災(zāi)、油料火災(zāi)及瓦斯燃燒火災(zāi)等。(四)按發(fā)火性質(zhì)分類(lèi)按發(fā)火性質(zhì)不同，礦井火災(zāi)對(duì)分為原生火災(zāi)和次生火災(zāi)。原生火災(zāi)即開(kāi)始就形成的火災(zāi)。次生火災(zāi)是由原生火災(zāi)引發(fā)的火災(zāi)，即原生火災(zāi)發(fā)展過(guò)程中，含有可燃物的高溫?zé)熈?，由于缺氧而未能完全燃燒，在排煙的過(guò)程中，一旦遇到新鮮空氣就會(huì)發(fā)生新的燃燒，形成次生火災(zāi)。(五)按發(fā)火地點(diǎn)對(duì)礦井通風(fēng)的影響分類(lèi)按發(fā)火地點(diǎn)和對(duì)礦井通風(fēng)的影響可分為上行風(fēng)流火災(zāi)，下行風(fēng)流火災(zāi)和進(jìn)風(fēng)流火災(zāi)三類(lèi)。1．上行風(fēng)流火災(zāi)上行風(fēng)流是指沿傾斜或垂直井巷、回采工作面自下而上流動(dòng)的風(fēng)流，即風(fēng)流從標(biāo)高的低點(diǎn)向高點(diǎn)流動(dòng)。發(fā)生在這種風(fēng)流中的火災(zāi)，稱(chēng)為上行風(fēng)流火災(zāi)。當(dāng)上行風(fēng)流中發(fā)生火災(zāi)時(shí)，因熱力作用而產(chǎn)生的火風(fēng)壓，其作用方向與風(fēng)流方向一致，亦即與礦井主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓作用方向一致。在這種情況下，它對(duì)礦井通風(fēng)的影響的主要特征是，主干風(fēng)路(從進(jìn)風(fēng)井流經(jīng)火源到回風(fēng)井)的風(fēng)流方向一般將是穩(wěn)定的，即具有與原風(fēng)流相同的方向，煙流將隨之排出，而所有其他與主干風(fēng)路并聯(lián)或者在主干風(fēng)路火源后部匯入的旁側(cè)支路風(fēng)流，其方向?qū)⑹遣环€(wěn)定的，甚至可能發(fā)生逆轉(zhuǎn)，形成風(fēng)流紊亂事故。因此，所采取的防火措施應(yīng)力求避免發(fā)生旁側(cè)支路風(fēng)流逆轉(zhuǎn)。2．下行風(fēng)流火災(zāi)下行風(fēng)流是指沿著傾斜或垂直井巷、回采工作面(如進(jìn)風(fēng)井、進(jìn)風(fēng)下山以及下行通風(fēng)的工作面)自上而下流動(dòng)的風(fēng)流，即風(fēng)流由標(biāo)高的高點(diǎn)向低點(diǎn)流動(dòng)。發(fā)生在這種風(fēng)流中的火災(zāi)，稱(chēng)為下行風(fēng)流火災(zāi)。在下行風(fēng)流中發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火風(fēng)壓的作用方向與礦井主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的作用方向相反。因此，隨火勢(shì)的發(fā)展，主干風(fēng)路中的風(fēng)流，很難保持其正常的原有流向。當(dāng)火風(fēng)壓增大到一定程度，主干風(fēng)路的風(fēng)流將會(huì)發(fā)生反向，煙流隨之逆退，從而釀成又一種形式的風(fēng)流紊亂事故。在下行風(fēng)流內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)流由于火風(fēng)壓作用所發(fā)生的再分配和流動(dòng)狀態(tài)的變化，要比上行風(fēng)流火災(zāi)時(shí)復(fù)雜得多，因此，需要采用特殊的救災(zāi)滅火技術(shù)措施。3．進(jìn)風(fēng)流火災(zāi)發(fā)生在進(jìn)風(fēng)井、進(jìn)風(fēng)大巷或采區(qū)進(jìn)風(fēng)風(fēng)路內(nèi)的火災(zāi)，稱(chēng)為進(jìn)風(fēng)流火災(zāi)。之所以要區(qū)別出這種類(lèi)別的火災(zāi)，主要是由于其發(fā)展的特征、對(duì)井下職工的危害以及可能采取的滅火技術(shù)措施，在更大程度上又有別于上、下行風(fēng)流火災(zāi)。發(fā)生在進(jìn)風(fēng)風(fēng)流內(nèi)的煤的自燃火災(zāi)，一般不易早期發(fā)現(xiàn)，發(fā)生后又因供氧充分，發(fā)展迅猛，不易控制。而井下采掘人員又大都處在下風(fēng)流中，極易遭受高溫火煙的侵害，造成中毒傷亡事故。在很多情況下，即使是礦井有所準(zhǔn)備，如給工人配備自救器等，在這種火災(zāi)中還是會(huì)發(fā)生大量的人員傷亡事故。如1956年，比利時(shí)包斯·德·卡賽爾(Bois—de—Cazier)煤礦，進(jìn)風(fēng)井筒火災(zāi)造成262人死亡，礦井被關(guān)閉。對(duì)于這種火災(zāi)，除了根據(jù)發(fā)火風(fēng)路的結(jié)構(gòu)特性——上行還是下行，使用相應(yīng)的控制技術(shù)措施外，更應(yīng)根據(jù)風(fēng)流是進(jìn)風(fēng)流的特點(diǎn)，使用適應(yīng)這種火災(zāi)防治的技術(shù)措施，如全礦或局部反風(fēng)等。三礦井火災(zāi)的危害1、產(chǎn)生大量的有毒有害氣體2、引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸3、毀壞設(shè)備設(shè)施4、影響開(kāi)采接續(xù)5、燒毀大量的煤炭資源6、嚴(yán)重污染環(huán)境1、產(chǎn)生大量的有毒有害氣體礦井火災(zāi)發(fā)生后，不同的可燃物會(huì)產(chǎn)生不同的氣體，這些氣體大都是有害的，有些氣體毒性較大，這是礦井火災(zāi)造成人員傷亡的主要原因。煤炭燃燒會(huì)產(chǎn)生CO2、CO、SO2等?？幽尽⑾鹉z、聚氯乙烯等燃燒會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、醇類(lèi)、醛類(lèi)以及其他復(fù)雜的有機(jī)化合物。這些有毒有害氣體中，CO對(duì)礦工危害最為嚴(yán)重。其主要原因是CO同人體中血紅素的親合力比氧同人體中血紅素的親合力高250—300倍，因此，當(dāng)空氣中有CO時(shí)，人在呼吸這樣的空氣后，極有可能因吸收不了氧氣而出現(xiàn)傷亡。當(dāng)空氣中CO按體積百分比計(jì)算，濃度達(dá)0.4%時(shí)，人們呼吸這樣的空氣就可立即死亡。根據(jù)國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料表明，在礦井火災(zāi)中的遇難者有80%~90%都是死于以CO為主的煙霧中毒。同樣，煤礦發(fā)生瓦斯、煤塵爆炸后，造成人員大量傷亡的主要原因也是以CO為主的有毒有害氣體中毒。《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，入井人員必須隨身攜帶自救器，其主要目的是一旦出現(xiàn)礦井火災(zāi)、爆炸等事故后，能利用自救器保護(hù)自己，降低有毒有害氣體對(duì)自己的傷害程度。2、引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸礦井火災(zāi)不但為瓦斯、煤塵爆炸提供了熱源，而且火的于餾作用可使煤炭、坑木等放出氫氣、沼氣和其他多種碳?xì)浠衔锏缺ㄐ詺怏w，從而物口了瓦斯、煤塵爆炸的可能性。同時(shí)火災(zāi)還可使沉降的煤坐重新懸浮，增加了煤塵爆炸的幾率。根據(jù)國(guó)內(nèi)資料統(tǒng)計(jì)，新中國(guó)成立后的所有煤塵爆炸事故，因礦井火災(zāi)引起的占6%。因此，礦井火災(zāi)的危害并不僅僅是燃燒放熱。3、毀壞設(shè)備設(shè)施一日出現(xiàn)礦井火災(zāi)，現(xiàn)場(chǎng)的各種儀器、儀表、設(shè)備將會(huì)遭到嚴(yán)重破壞。摧毀巷道，破壞支護(hù)。有些暫時(shí)沒(méi)被燒毀的設(shè)備用器材，由于火區(qū)長(zhǎng)時(shí)間封閉，都可能因長(zhǎng)期腐蝕全部或部分報(bào)廢。4、影響開(kāi)采接續(xù)礦井火災(zāi)發(fā)生后，特別是大范圍的礦井火災(zāi)發(fā)生后，直接滅火無(wú)效，必須對(duì)火區(qū)進(jìn)行封閉，而被封閉的火區(qū)必須待里邊的火完全熄滅后才能打開(kāi)密閉，重新開(kāi)采，有些火區(qū)因裂隙較多或密閉不嚴(yán)，火區(qū)內(nèi)的火很長(zhǎng)時(shí)間不能熄滅，有時(shí)達(dá)幾個(gè)月甚至幾年，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，影響煤層開(kāi)采的連續(xù)性。不但如此，被封閉的火區(qū)永遠(yuǎn)是煤礦井下的一種安全隱患，使人們不能放心地進(jìn)行各種采掘活動(dòng)。5、燒毀大量的煤炭資源礦井火災(zāi)會(huì)使煤的發(fā)熱量大大減少，甚至完全被燒毀，使國(guó)家寶貴的資源白白浪費(fèi)掉。據(jù)1997年新疆煤田火區(qū)普查結(jié)果表明，新疆5大火區(qū)的火災(zāi)面積總計(jì)達(dá)37.94km2，其中明火面積達(dá)8.26km2，燒毀煤量311337Mt。6、嚴(yán)重污染環(huán)境有些煤田的露天煤由于火源面積較大、內(nèi)因火較深、火區(qū)溫度較高，同時(shí)煤的燃燒所放出的各種有毒有害氣體，嚴(yán)重破壞了環(huán)境，甚至形成大范圍的酸雨和溫室效應(yīng)。使綠洲變?yōu)榛哪?。此外，火區(qū)燃燒生成的酸堿化合物對(duì)火區(qū)附近的地表水和淺層地下水也會(huì)造成嚴(yán)重污染。我國(guó)是一個(gè)礦井火災(zāi)事故多發(fā)的國(guó)家。僅2000年一年，全國(guó)國(guó)有煤礦的425對(duì)礦井統(tǒng)計(jì)，就共發(fā)生各種火災(zāi)事故168起，其中外因火災(zāi)14起，內(nèi)因火災(zāi)154起，凍結(jié)煤量4217Mt，封閉采區(qū)或工作面59個(gè)，發(fā)火率為0.318次/Mt。第二章煤炭自燃我國(guó)存在有煤炭自燃的礦井占礦井總數(shù)的56%，具有自然發(fā)火危險(xiǎn)的煤層占累計(jì)可采煤層數(shù)的60%；煤炭自燃而引起的火災(zāi)占礦井火災(zāi)總數(shù)的85～90%。近年來(lái)我國(guó)廣泛采用綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)，使生產(chǎn)效率大幅提高。但這種采煤方法采空區(qū)遺留殘煤多、冒落高度大、漏風(fēng)嚴(yán)重，使得自然火災(zāi)發(fā)生頻繁，常常價(jià)值幾千萬(wàn)元的綜采裝備被封閉在火區(qū)中，此外還使大量的煤炭被火區(qū)凍結(jié)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。煤炭自燃已成為制約高產(chǎn)高效礦井安全生產(chǎn)與發(fā)展的主要因素之一。2-1煤的自燃概述

1、自然發(fā)火的定義 在理論上，自然發(fā)火是指有自燃傾向性的煤層被開(kāi)采破碎后在常溫下與空氣接觸，發(fā)生氧化，產(chǎn)生熱量使其溫度升高，出現(xiàn)發(fā)火和冒煙的現(xiàn)象叫自然發(fā)火。名詞解釋?zhuān)鹤匀?自然發(fā)火煤礦常見(jiàn)發(fā)生自燃的地點(diǎn)： 巷道煤圍幫、采空區(qū)、其他；松動(dòng)圈煤長(zhǎng)期受到氧化，容易發(fā)生自燃？巷道松動(dòng)圈模型頂板巖層松動(dòng)圈通風(fēng)

風(fēng)流放出CO氣體！地點(diǎn)1巷道圍巖（煤）氧化與自燃問(wèn)題地點(diǎn)2采空區(qū)遺留煤自燃問(wèn)題冒落采空區(qū)回采工作面進(jìn)風(fēng)巷道回風(fēng)巷道

遺煤自燃氧化→CO地點(diǎn)3其他地點(diǎn)如堆積煤、煤倉(cāng)、巷道三角點(diǎn)等本章小結(jié)習(xí)題與作業(yè)，密碼：7個(gè)8煤炭自然發(fā)火機(jī)理早在1862年，德國(guó)人戈朗布曼（Grumbman）發(fā)表了第一篇關(guān)于煤炭自燃起因的文章。一百多年來(lái)，人們提出了若干學(xué)說(shuō)來(lái)解釋煤的自燃，如黃鐵礦作用、細(xì)菌作用、酚基作用，煤氧復(fù)合作用等學(xué)說(shuō)。2-2煤的自燃學(xué)說(shuō)煤炭自然發(fā)火機(jī)理黃鐵礦作用學(xué)說(shuō)認(rèn)為煤的自燃是由于煤層中的黃鐵礦(FeS2)與空氣中的水份和氧相互作用、發(fā)生熱反應(yīng)而引起的。細(xì)菌作用學(xué)說(shuō)認(rèn)為，在細(xì)菌作用下，煤在發(fā)酵過(guò)程中放出一定熱量對(duì)煤自熱起了決定性作用。酚基作用學(xué)說(shuō)認(rèn)為，煤的自熱是由于煤體內(nèi)不飽和的酚基化合物強(qiáng)烈地吸附空氣中的氧，同時(shí)放出一定量的熱量而造成的。煤氧復(fù)合作用學(xué)說(shuō)認(rèn)為，原始煤體自暴露于空氣中后，與氧氣結(jié)合，發(fā)生氧化并產(chǎn)生熱量，當(dāng)具備適宜的儲(chǔ)熱條件，就開(kāi)始升溫，最終導(dǎo)致煤的自燃。（1）能夠自燃的煤含有

羥基－OH、苯酚、伯胺基團(tuán)、羥基、烷基－CH2－CH3

、醚鍵C－O－C、乙烯基團(tuán)C＝C雙鍵。不能自燃的煤以上基團(tuán)含量很少。（2）自燃煤的有機(jī)大分子是以稠芳香環(huán)為骨架，帶有多種活性側(cè)鏈基團(tuán)。低分子化合物主要有酮、酸、烷、醇類(lèi)等。有機(jī)大分子側(cè)鏈基團(tuán)和低分子化合物對(duì)煤的自燃具有極其重要的作用。1、煤的微觀分子結(jié)構(gòu)——王繼仁教授的成果自燃煤有機(jī)大分子的化學(xué)基本結(jié)構(gòu)單元酸類(lèi)物質(zhì)醇類(lèi)物質(zhì)烷類(lèi)物質(zhì)酮類(lèi)物質(zhì)（3）煤中低分子化合物主要是指游離或鑲嵌于煤有機(jī)大分子主體結(jié)構(gòu)中的一些分子量小于500的有機(jī)化合物。2、煤表面與氧及多組分氣體的微觀吸附機(jī)理氧分子在煤表面吸附幾何構(gòu)型

（1）煤表面對(duì)氧的物理化學(xué)吸附氧分子在羥基基團(tuán)上的化學(xué)吸附幾何平衡構(gòu)型

煤表面與氧分子物理吸附量與放出的熱量是線性關(guān)系。化學(xué)吸附量與放出熱量是曲線關(guān)系?；瘜W(xué)吸附比物理吸附放出的熱量大10倍之多。（2）煤表面對(duì)多組分氣體混合吸附煤表面對(duì)多組分氣體混合吸附圖

煤表面對(duì)礦井采空區(qū)多種氣體發(fā)生吸附時(shí)，吸附能的大小順序?yàn)?/p>

R·O2=30.94 R·H2O=16.03 R·CO2=6.09 R·N2=2.91

R·CO=2.11 R·CH4=0.45(單位：kJ/mol

)

煤表面與礦井采空區(qū)各種氣體發(fā)生吸附時(shí)的親和順序?yàn)檠鯕猓舅径趸迹镜獨(dú)猓疽谎趸迹炯淄椤?-3煤的自燃過(guò)程2.2.1煤的氧化進(jìn)程——熱平衡與升溫煤自燃氧化升溫的熱平衡自燃氧化產(chǎn)生熱量QF>系統(tǒng)傳遞熱量QoutQoutQF發(fā)生自熱升溫的條件QF>Qout煤炭自燃的條件煤具有自燃傾向性有連續(xù)的供氧條件蓄熱條件熱量易于積聚持續(xù)足夠的時(shí)間凡出現(xiàn)下列情況之一者，定為煤層自燃：

①煤炭自燃引起明火；

②煤炭自燃產(chǎn)生煙霧；

②煤炭自燃產(chǎn)生煤油味；

④采空區(qū)或巷道中測(cè)取的CO濃度超過(guò)礦井實(shí)際統(tǒng)計(jì)的自然發(fā)火臨界指標(biāo)?！境Ｓ玫臉?biāo)準(zhǔn)】煤層發(fā)生自然發(fā)火的標(biāo)志根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，人們認(rèn)為煤炭的氧化和自燃是基一鏈反應(yīng)。煤炭自燃過(guò)程大體分為三個(gè)階段：①潛伏期；②自熱期；②燃燒期。2.2.1一般煤的氧化進(jìn)程——自燃升溫過(guò)程時(shí)間進(jìn)程溫度℃70~80℃常溫迅速自燃！潛伏期自熱期燃燒期自燃標(biāo)志溫度風(fēng)化煤氧化自燃的三階段關(guān)于“煤自燃潛伏期”人們知之甚少，缺乏實(shí)際研究文獻(xiàn)和資料？——就連模糊的數(shù)據(jù)也沒(méi)有。采空區(qū)煤耗氧CO生成率煤的自燃潛伏期1951年蘇聯(lián)學(xué)者維索沃夫斯基等人提出：煤的自燃正是氧化過(guò)程自身加速的最后階段，并非任何一種煤的氧化都能導(dǎo)致自燃，只有在穩(wěn)定的條件下，在低溫、絕熱條件下，氧化過(guò)程的自身加速才能導(dǎo)致自燃。低溫氧化過(guò)程持續(xù)發(fā)展，使反應(yīng)過(guò)程的自身加速作用增大，當(dāng)生成熱量不能及時(shí)放散，從而就會(huì)引起自熱階段的開(kāi)始。這種氧化反應(yīng)的特點(diǎn)是分子的基鏈反應(yīng)，每一個(gè)參加反應(yīng)的團(tuán)?；蛘哒f(shuō)在鏈上的原子團(tuán)首先產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)新的活化團(tuán)粒(活化鏈)，然后，又引起相鄰團(tuán)?；罨⒓臃磻?yīng)。這個(gè)過(guò)程在低溫條件下，從開(kāi)始要持續(xù)地進(jìn)行一段時(shí)間，這就是人們稱(chēng)之為的“煤的自燃潛伏期”。煤的低溫氧化特點(diǎn)是只在其表面進(jìn)行，化學(xué)組分無(wú)任何變化。他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，煙煤低溫氧化的結(jié)果使著火點(diǎn)降低，以致活化易于點(diǎn)燃。自熱溫度（Self-heatingtemperature，SHT）自熱溫度也稱(chēng)臨界溫度，是能使煤激烈氧化（自燃）的最低溫度。一旦達(dá)到了該溫度點(diǎn)，煤氧化的產(chǎn)熱與煤所在環(huán)境的散熱就失去了平衡，即產(chǎn)熱量將高于散熱量，就會(huì)導(dǎo)致煤與環(huán)境溫度的上升，從而又加速了煤的氧化速度并又產(chǎn)生更多的熱量，直至煤自燃起來(lái)。煤的自熱溫度與煤的產(chǎn)熱能力和蓄熱環(huán)境有關(guān)，對(duì)于具有相同產(chǎn)熱能力的煤，煤的自熱溫度也是不同的，主要取決于煤所在的散熱環(huán)境。因此應(yīng)注意即使是同一種煤，其自熱溫度不是一個(gè)常量，受散熱（蓄熱）環(huán)境影響很大。煤的著火點(diǎn)溫度Ts

自熱期的發(fā)展有可能使煤溫上升到著火溫度Ts

而導(dǎo)致自燃。煤的著火點(diǎn)溫度由于煤種不同而變化，一般為無(wú)煙煤400℃煙煤為320～380℃褐煤為270～350℃。2.2.2影響煤炭自然發(fā)火的因素（1）煤的變質(zhì)程度煤的變質(zhì)過(guò)程伴隨著煤分子結(jié)構(gòu)的變化，碳化程度越高，煤體內(nèi)含有的活性結(jié)構(gòu)越少。所以煤的變質(zhì)程度是煤自燃傾向性的決定性因素?，F(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)表面，褐煤最易自燃，無(wú)煙煤最不易自燃，煙煤介于二者之間。煙煤的煤化度低于無(wú)煙煤而高于褐煤，因燃燒時(shí)煙多而得名。根據(jù)煤化度的不同，我國(guó)將其劃分為長(zhǎng)焰煤氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧煤、弱黏煤和不黏煤等。（2）煤巖成分煤巖成分一般分為絲煤、暗煤、亮煤和鏡煤四種。不同的煤巖成分有著不同的氧化性。在低溫下，絲煤吸氧最多，但是，隨著溫度的升高，鏡煤吸附氧能力最強(qiáng)，其次是亮煤，暗煤最難于自燃。鏡煤與亮煤脆性大，易破碎，而且灰分少，在其次生的裂隙中常伴有黃鐵礦，開(kāi)采中易碎裂為微細(xì)的顆粒，細(xì)微狀的煤?；螯S鐵礦都有較高的自燃氧化特性，因此它的氧化接觸面積大，著火溫度低。故鏡煤與亮煤在絲煤吸附氧化升溫的促使誘導(dǎo)下很容易自燃。2.2.2影響煤炭自然發(fā)火的因素影響煤炭自然發(fā)火的因素（3）煤的含硫量硫在煤中有三種存在形式：硫化鐵即黃鐵礦(FeS2)、有機(jī)硫以及硫酸鹽。對(duì)煤自燃起主導(dǎo)作用的是黃鐵礦。黃鐵礦的比熱小，它與煤吸附相同的氧量而溫度的增值比煤大3倍。黃鐵礦在低溫氧化時(shí)產(chǎn)生硫酸鐵和硫酸亞鐵，體積增大，使煤體膨脹而變得松散，增大了氧化表面積，而且其分解產(chǎn)物比煤的吸氧性更強(qiáng)，能將吸附的氧轉(zhuǎn)讓給煤粒使之發(fā)生氧化。在煤中含黃鐵礦越多，就越易自燃。我國(guó)西南主要礦區(qū)的統(tǒng)計(jì)資料表明，含硫3%以上的煤層均為自然發(fā)火煤層。影響煤炭自然發(fā)火的因素（4）煤的粒度、孔隙特性和破碎程度——比表面積:m2/g

完整的煤體一般不會(huì)發(fā)生自燃，一旦受壓破裂，呈破碎狀態(tài)存在，其自燃性能顯著提高。這是因?yàn)槠扑榈拿禾坎粌H與氧接觸的表面積增大，而且著火溫度也明顯降低。有人研究，當(dāng)煤粒度小于1mm時(shí)氧化速率與粒徑無(wú)關(guān)，并認(rèn)為孔徑大于100?的孔在煤氧化中起重要作用。根據(jù)波蘭的試驗(yàn)，當(dāng)煙煤的粒度直徑為1.5～2mm時(shí)，其著火點(diǎn)溫度大多在330～360℃；粒度直徑小于1mm以下時(shí)，著火點(diǎn)溫度可能降低到190～220℃。因此，可以說(shuō)，煤的自燃性隨著其孔隙率、破碎度的增加而上升。影響煤炭自然發(fā)火的因素（5）煤的瓦斯含量瓦斯或者其它氣體含量較高的煤，由于其內(nèi)表面含有大量的吸附瓦斯，使煤與空氣隔離，氧氣不易與煤表面發(fā)生接觸，也就不易與煤進(jìn)行復(fù)合氧化，使煤炭自燃的潛伏期加長(zhǎng)。當(dāng)煤中殘余瓦斯量大于5m3/t時(shí)，煤往往難以自燃。但是隨著瓦斯的放散，煤的空隙被空出，煤與氧就更易結(jié)合，更容易發(fā)生自燃氧化。影響煤炭自然發(fā)火的因素（6）煤的水分含量水分對(duì)煤炭自燃過(guò)程的影響有兩個(gè)相互對(duì)立的過(guò)程。首先，煤炭中的水分在初期階段會(huì)因?yàn)檎舭l(fā)作用而散失，因此，一部分熱量就會(huì)以水分潛熱的形式被水蒸氣帶走，這就有阻止煤體溫度升高的趨勢(shì)。另一方面，煤體也會(huì)從空氣中吸收水分。這就是所謂的吸收熱（有時(shí)也叫濕潤(rùn)熱）會(huì)促使煤的溫度升高。水分對(duì)煤的總的作用就取決于這兩種過(guò)程誰(shuí)占主導(dǎo)地位。2-4煤的自燃傾向性鑒定方法與分類(lèi)

煤炭自燃傾向性是煤的一種自然屬性，它取決于煤在常溫下的氧化能力和發(fā)熱能力，是煤發(fā)生自燃能力總的量度。不同的煤，其自燃傾向性不同。所以，掌握煤的自燃傾向性非常重要。它不僅是恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)采煤方法，選擇采區(qū)規(guī)模，合理設(shè)計(jì)礦井通風(fēng)和風(fēng)壓條件的重要依據(jù)之一，也是采取適當(dāng)措施存儲(chǔ)的重要依據(jù)。我國(guó)將煤的自燃傾向性分為容易自燃、自燃、不易自燃三類(lèi)。煤礦井必須根據(jù)煤自燃傾向性的分類(lèi)等級(jí)而采取相應(yīng)的防治措施?！兑?guī)程》要求必須對(duì)新建礦井與生產(chǎn)礦井延深新水平的所有煤層的自燃傾向性進(jìn)行鑒定。煤的自燃傾向性鑒定方法煤炭自燃傾向性的鑒定方法很多，我國(guó)從20世紀(jì)50年代至80年代，一直沿用著火溫度降低值測(cè)定法。目前采用的方法是色譜吸氧法，即使用一種專(zhuān)用儀器測(cè)定出常壓下30℃煤的吸氧量，然后根據(jù)1g干煤的吸氧量大小，將煤的自燃傾向性分為三級(jí)：

I級(jí)——容易自燃；Ⅱ級(jí)——自燃；Ⅲ級(jí)——不易自燃。使用儀器：ZRJ-2000型煤自燃測(cè)定儀動(dòng)態(tài)吸氧測(cè)定方法

指標(biāo)：30℃、常壓下1g干煤樣的吸氧量，cm3/g。煤炭自燃傾向性分類(lèi)表（褐煤、煙煤類(lèi)）I 容易自燃 ≥0.71II 自燃 0.41～0.70III 不易自燃 ≤0.40煤炭自燃傾向性分類(lèi)表（無(wú)煙煤、高硫煤）I 容易自燃 ≥1.00II 自燃 0.81～0.99III 不易自燃 ≤0.8自燃

等級(jí)自燃傾向性30℃常壓條件下

煤吸氧量(cm3/g.干煤)備注褐煤、煙煤類(lèi)高硫煤、無(wú)煙煤類(lèi)全硫(Sf,%)Ⅰ容易自燃≥0.8≥1.00>2.00Ⅱ自燃0.41～0.79≤1.00

>2.00Ⅲ不易自燃≤0.40≥0.8<2.00ZRJ-2000煤自燃傾向測(cè)定儀ZRJ-2000煤自燃傾向測(cè)定儀ZRJ-2000型煤自燃測(cè)定儀技術(shù)參數(shù)測(cè)量方法：雙氣路流動(dòng)色譜吸氧法

測(cè)量范圍：吸氧量0.05~4ml(毫升)/g(煤)

測(cè)量誤差：≤5%

基線漂移：≤0.6mv/hr

載氣純度：N2≥99.99%

吸附氣純度：O2≥99.99%

靈敏度：≥10mv/ml(N2載氣，O2峰高)

控溫精度：±0.5℃

電源：220V±20%,50Hz±0.5,500WZRJ-2000煤自燃傾向測(cè)定儀ZRJ-2000煤自燃傾向測(cè)定儀自動(dòng)進(jìn)樣

4-8通道計(jì)算機(jī)處理

用途：采用色譜吸氧法測(cè)定吸氧量，分析判定煤的自燃發(fā)火傾向性及難易程度。

適用于：通風(fēng)實(shí)驗(yàn)室，高?？蒲袡C(jī)構(gòu)。

特點(diǎn)：

1.色譜吸氧法、依據(jù)最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20104-2006《煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法》；

2.自動(dòng)進(jìn)樣，計(jì)算機(jī)控制樣品進(jìn)樣管路；

3.同時(shí)4-8路樣品處理系統(tǒng)；

4.儀器設(shè)計(jì)專(zhuān)用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)單；

5.儀器采用微機(jī)控制，按鍵輸入和大屏幕液晶顯示和全中文界面，具有可靠性好、操作簡(jiǎn)單、電路集成度高、可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

6.微機(jī)控制，自動(dòng)恒溫，自動(dòng)打印分析結(jié)果，并按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定自動(dòng)分類(lèi)。

技術(shù)參數(shù)

1.進(jìn)樣方式：自動(dòng)進(jìn)樣，計(jì)算機(jī)控制樣品進(jìn)樣管路

2.通道數(shù)：4路，可擴(kuò)展8路

3.測(cè)量方法：色譜吸氧法；

4.測(cè)量范圍：吸氧量0.05-4ml(毫升)/g(煤)；

5.測(cè)量誤差：≤5%；

6.基線漂移：≤0.6mv/hr；

7.靈敏度：≥10mv/ml(N2載氣，O2峰高)；

8.電

源：220V±20%,50Hz±0.5,500W。

配置：

1.主機(jī)

2.工作站1套：臺(tái)式計(jì)算機(jī)（P4/512M/80G/17液晶）、數(shù)據(jù)處理軟件、采集裝置

3.O2標(biāo)氣1瓶(4L鋼瓶)、N2載氣1瓶(4L鋼瓶)ZRJ-1煤自燃性測(cè)定儀吸氧量測(cè)量范圍(mL/g)測(cè)量誤差(%)載氣靈敏度(mV/mL)外形尺寸(㎜)重量(kg)參考價(jià)格(萬(wàn)元)生產(chǎn)

廠家備注0.05～4≯5氮?dú)鈎s＞10480×435×460253.9煤科院撫順?lè)衷褐忻嚎偘餐ㄗ郑?992］第18號(hào)文通知：用本法取代《著火點(diǎn)》法，以實(shí)施《煤礦安全規(guī)程》第211條要求的鑒定用途： 利用雙氣路流動(dòng)色譜吸氧法測(cè)定煤低溫吸附流態(tài)氧的特性，對(duì)煤自燃傾向性進(jìn)行分類(lèi)鑒定。微機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫度控制、測(cè)定、顯示及計(jì)算結(jié)果打印自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)的國(guó)際調(diào)研調(diào)研結(jié)果研究機(jī)構(gòu)聯(lián)系人主要方法澳SIMTARSDrFionaClarkson自熱溫度法（SHT）；絕熱R70測(cè)試；氣體成分分析；傳統(tǒng)交叉點(diǎn)溫度法新西蘭Auckland大學(xué)ChenXD新交叉點(diǎn)溫度法英國(guó)Leeds大學(xué)ACMcIntoshF-K法和新交叉點(diǎn)溫度法英國(guó)Aberdeen大學(xué)工程學(xué)院JCJones改進(jìn)的HR方法；微型量熱計(jì)法波蘭Crowkov

礦院AndrzejStruminskiWOlpinskii，活化能法調(diào)研結(jié)果德國(guó)UniversityofBayreuthAndreasJessIgnitionpointmethod美國(guó)MSHA

AlexSmith自熱溫度法（SHT）加拿大能源與礦業(yè)部

Krivokuca無(wú)，（低硫煤）土爾其中東技術(shù)大學(xué)

TevfikGüyaguler

交叉點(diǎn)溫度法印度中央采礦所SCBanerjee傳統(tǒng)交叉點(diǎn)溫度法日本九洲大學(xué)MasahiroInoue井上清，無(wú)煤科總院撫順?lè)衷哄X(qián)國(guó)胤流態(tài)色譜吸氧法調(diào)研的結(jié)論世界各國(guó)采用的方法不盡相同，有SHT，R70，CPT，HR，F(xiàn)-K等方法；各國(guó)在自燃傾向性測(cè)試方法研究的力度與深度與各國(guó)遭受煤自燃災(zāi)害的嚴(yán)重程度相關(guān)；各國(guó)采用的測(cè)試方法基本上都與煤樣的溫度變化過(guò)程有關(guān)中國(guó)目前采用的方法是恒溫情況下的，與煤樣的溫度變化過(guò)程無(wú)關(guān)，只是考慮恒溫下的吸附氧量。2-5煤層自燃危險(xiǎn)程度及自然發(fā)火期1、自燃傾向性與自燃危險(xiǎn)程度的區(qū)別

自身因素與環(huán)境因素2、煤的自然發(fā)火期從暴露煤之日起至發(fā)生自燃時(shí)的時(shí)間，單位：月或天。煤的自然發(fā)火期：煤層被開(kāi)采破碎、接觸空氣之日起，至出現(xiàn)上述定義的自燃現(xiàn)象或溫度上升到自燃點(diǎn)為止，所經(jīng)歷的時(shí)間叫煤層的自然發(fā)火期。單位：月或天。特點(diǎn)：是一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。包括煤的自燃傾向性（內(nèi)因），也反映了煤炭開(kāi)采的外因條件（漏風(fēng)，管理，開(kāi)采條件）；未及時(shí)發(fā)現(xiàn)自燃的情況?！拍畹哪：Ｗ疃套匀话l(fā)火期：對(duì)一定的煤，在供氧和蓄熱環(huán)境最充分的條件下，自然發(fā)火期的統(tǒng)計(jì)最小值。最短自然發(fā)火期的確定方法

(1)每一煤層的所有回采工作面和巷道，都應(yīng)進(jìn)行自然發(fā)火期的統(tǒng)計(jì)，確定之。

(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法：利用自然升溫實(shí)驗(yàn)方法（自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)臺(tái)）確定煤自然發(fā)火期。利用其他儀器間接測(cè)定（熱重分析儀等）。煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)；被開(kāi)采破壞后的堆積狀態(tài)參數(shù)(分散度)；裂隙或空隙度；通風(fēng)供氧；蓄熱和散熱等外部環(huán)境等。最短自然發(fā)火期與自然發(fā)火期的指標(biāo)含義不同。3、煤的自然發(fā)火期影響因素4、自然發(fā)火期的實(shí)驗(yàn)確定方法(1)統(tǒng)計(jì)方法：每一煤層的所有回采工作面和巷道，都應(yīng)進(jìn)行自然發(fā)火期的統(tǒng)計(jì)，確定煤層最短發(fā)火期。(2)實(shí)驗(yàn)方法：利用自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)臺(tái)確定煤自然發(fā)火期。煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)臺(tái)

（原理結(jié)構(gòu)）控溫煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)臺(tái)（實(shí)驗(yàn)結(jié)果）CSC-B1煤低溫自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)臺(tái)CSC-B1煤低溫自燃實(shí)驗(yàn)臺(tái)是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)安全分室的一部分，由國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局和教育部在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）建設(shè)，為研究開(kāi)灤礦區(qū)煤自燃規(guī)律提供了技術(shù)支撐?？煞譃槲宀糠郑杭疵簶犹幚砼c分析部分、實(shí)驗(yàn)臺(tái)輔助部分、實(shí)驗(yàn)臺(tái)煤自燃爐體部分、實(shí)驗(yàn)臺(tái)信號(hào)采集與處理部分、煤阻燃材料配制與分析。CSC-B1煤低溫自燃發(fā)火實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)原理圖特大型煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)臺(tái)（ZRM-15型）

兗礦集團(tuán)有限公司:

通過(guò)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可

功能：氣體檢測(cè)系統(tǒng)；煤礦防治自然發(fā)火早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)特大型煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)臺(tái)

主要技術(shù)指標(biāo):1）爐體內(nèi)徑2.8m，裝煤高度2.2m；外徑3.8m，總高度3.3m；爐體內(nèi)頂、底部自由空間各0.1m。2）最大裝煤體積13.5m3，最大裝煤量15t。3）保溫控溫層由內(nèi)向外分別為：耐火磚、玻璃絲棉、控溫水層、聚氨脂、紅磚；底厚度45cm，頂厚度25cm，側(cè)厚度50cm。4）頂部4個(gè)直徑60cm帶水封的裝煤口和一個(gè)直徑5cm的排煙氣孔。5）監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布：層間距0.2m，徑向間距0.2m和橫向間距0.2m，布置層數(shù)12層；頂、底部自由空間各一個(gè)點(diǎn)，溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)46個(gè)；氣體監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)24個(gè)。6）設(shè)四段電熱絲控溫層和四個(gè)控溫參照點(diǎn)。3-6煤炭自燃早期識(shí)別與預(yù)報(bào)煤炭自燃的發(fā)展有一個(gè)過(guò)程，如果能在自燃發(fā)展的初期發(fā)現(xiàn)它，對(duì)于阻止其發(fā)展，避免釀成火災(zāi)，十分重要。前述的煤炭自燃發(fā)展過(guò)程中各種物理與化學(xué)變化，是早期識(shí)別和預(yù)報(bào)的根據(jù)。識(shí)別的方法可歸為：（1）人的直接感覺(jué)；（2）測(cè)溫度法：測(cè)定礦內(nèi)空氣和圍巖的溫度；（3）氣體分析法：測(cè)定礦內(nèi)空氣成分的變化；（4）物探測(cè)定方法。（5）氣味法（electricnose)1、人的直接感覺(jué)

利用人的感觀進(jìn)行探測(cè)是最簡(jiǎn)便的方法，雖然常帶有一定的主觀性，但是這種方法仍然比較可靠。(1)嗅覺(jué)：煤油味、汽油味和輕微芳香氣味的非飽和碳?xì)浠衔铩?2)視覺(jué)：煤氧化產(chǎn)生的水蒸氣，及其在附近煤巖體表面凝結(jié)成水珠(俗稱(chēng)為“掛汗”)，在煤炭自燃的最后階段出現(xiàn)的煙霧?！c地下水滲出的水珠有區(qū)別。(3)感(觸)覺(jué)：煤炭自燃或自熱、可燃物燃燒會(huì)使環(huán)境溫度升高。(4)身體感覺(jué)：可能使附近空氣中的氧濃度降低，CO、CO2等有害氣體增加，所以當(dāng)人們接近火源時(shí)，會(huì)有頭痛、悶熱、精神疲乏、身體疲勞等不適之感。2、測(cè)定礦內(nèi)空氣和圍巖溫度1)．溫度計(jì)測(cè)溫法：直接測(cè)定是將測(cè)溫傳感器（溫度計(jì)）直接放入測(cè)溫鉆孔中或埋在采空區(qū)內(nèi)測(cè)定煤巖體溫度，常采用的是熱電偶和熱敏電阻。2)．間接測(cè)溫方法：利用熱敏電阻、傳輸線纜和電測(cè)溫儀。將熱敏電阻埋入采空區(qū)，用電測(cè)溫方法記錄，根據(jù)測(cè)得的電信號(hào)換算成溫度數(shù)值。3)．紅外線探測(cè)法：是通過(guò)測(cè)定巷道壁面的紅外輻射能量而測(cè)定出煤壁表面溫度。

紅外線探測(cè)儀包括定點(diǎn)測(cè)溫儀和區(qū)域熱成像儀。應(yīng)用范圍:1、檢查煤礦井下隱性火區(qū)分布、火源的位置；2、檢查頂板冒落和采區(qū)透水；3、排查瞎炮；4、檢查采煤面組、液壓支架、水泵、局扇、防爆電機(jī)及動(dòng)力設(shè)備（動(dòng)力電纜）的溫升；5、排查中央及采區(qū)變電所、變壓器的接頭、開(kāi)關(guān)等事故隱患；6、礦難救援，發(fā)現(xiàn)煙霧中的生還者；7、分析礦難的起因和過(guò)程；YRH250-礦用本質(zhì)安全型紅外熱成像儀2、測(cè)定礦內(nèi)空氣和圍巖溫度4)．光纖測(cè)溫度技術(shù)：利用光纖感溫原理，直接測(cè)定巷道或采空區(qū)區(qū)域內(nèi)的溫度技術(shù)，是一種“分布式溫度傳感器”，數(shù)據(jù)量大，能夠?qū)崟r(shí)跟蹤區(qū)域溫度變化。5)．氣味劑法：是將含有低沸點(diǎn)和高蒸汽壓并具有濃烈氣味的液態(tài)物質(zhì)，如硫醇和紫羅蘭酮等，將其封裝在膠囊中，在設(shè)定的高溫下，膠囊破裂而發(fā)出氣味。紅外輻射測(cè)溫則是通過(guò)測(cè)定巷道壁面的紅外輻射能量而測(cè)定出煤壁表面溫度。測(cè)溫法操作簡(jiǎn)便，結(jié)果可靠，但也存在局限性直接測(cè)溫由于采空區(qū)頂板的垮落或底板裂變易引起測(cè)溫儀表和導(dǎo)線的破壞和折斷，在用鋼套管保護(hù)也易被損壞。無(wú)線電傳感器受采空區(qū)高濕惡劣環(huán)境影響難以成功應(yīng)用氣味劑法因靠漏風(fēng)傳播氣味，移動(dòng)速度慢、分布區(qū)域小，較難測(cè)取當(dāng)火源離巷道表面較遠(yuǎn)時(shí)，紅外輻射測(cè)溫儀因接觸不到熱表面就無(wú)能為力熱測(cè)定面臨的最大問(wèn)題還在于：由于煤體的熱傳導(dǎo)能力非常弱，熱量影響的范圍很小，有時(shí)鉆孔即使打到火源附近1m，也覺(jué)察不到火源的存在2、測(cè)定礦內(nèi)空氣和圍巖溫度新型光纖溫度測(cè)量技術(shù)利用光纖中產(chǎn)生的拉曼散射光的強(qiáng)度依賴(lài)于溫度這一特性。測(cè)量原理：從光纖一端入射脈沖時(shí)，強(qiáng)度與各點(diǎn)的光纖溫度相對(duì)應(yīng)的拉曼散射光返回。這時(shí)，對(duì)返回的拉曼散射光的強(qiáng)度在時(shí)間上的變化進(jìn)行測(cè)定。將時(shí)間換算成從拉曼散射光產(chǎn)生的位置到光纖末端的距離，并將光線強(qiáng)度換算成光纖的溫度，求出各點(diǎn)的溫度。多用于隧道火災(zāi)的檢測(cè)，位置分辨率在2m以上。光纖末端距離越遠(yuǎn)，入射脈沖的范圍越廣，拉曼散射光的光譜就越不規(guī)則。富士通研究所開(kāi)發(fā)出了對(duì)測(cè)量后的拉曼散射光的強(qiáng)度頻譜進(jìn)行重構(gòu)及修正的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。通過(guò)在設(shè)置場(chǎng)的實(shí)測(cè)值和測(cè)量值進(jìn)行對(duì)照校正，溫度分辨率可以達(dá)到±0.5℃，位置分辨率可以達(dá)到1m以下。原理：依據(jù)光纖的光時(shí)域反射（OTDR）和光纖背向Raman散射的溫度效應(yīng)，探測(cè)出沿著光纖不同位置的溫度的變化，實(shí)現(xiàn)真正分布式的測(cè)量。在系統(tǒng)中光纖既是傳輸媒體又是傳感媒體，光纖所處空間各點(diǎn)的溫度場(chǎng)決定了光纖中背向Raman散射光強(qiáng)度（反Stokes背向Raman散射光的強(qiáng)度），經(jīng)波分復(fù)用器和光電檢測(cè)器采集了空間溫度信息，再經(jīng)信號(hào)處理，系統(tǒng)解調(diào)后將溫度信息實(shí)時(shí)從噪聲中提取出來(lái)；利用光纖中光波的傳播速度和背向光回波的時(shí)間間隔，對(duì)所測(cè)溫度點(diǎn)進(jìn)行定位。分布式光纖溫度傳感器(DTS)系統(tǒng)（原理）

分布式光纖溫度傳感器(DTS)系統(tǒng)（原理）

該系統(tǒng)應(yīng)用于火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警、隧道、電纜溫度監(jiān)控、大壩滲漏及溫度監(jiān)控、供熱管道及油氣管道滲漏監(jiān)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域。技術(shù)指標(biāo)：定位精度：1m；溫度分辨率：0.1℃；最大測(cè)量距離：2~10km。通道數(shù):1，2，4，6可選。連接方式:單端或雙端。測(cè)量時(shí)間:<20秒。報(bào)警分區(qū):200個(gè)/每路。繼電器輸出：64路(可擴(kuò)展)。通訊接口：2個(gè)RS232接口支持MODBUS，1個(gè)以太網(wǎng)接口。優(yōu)點(diǎn)：1）測(cè)量距離遠(yuǎn)，適于遠(yuǎn)程監(jiān)控；2）本征防雷；3）抗電磁干擾，在高電磁環(huán)境中可正常工作；4）連續(xù)分布式測(cè)量；6）靈敏度高，測(cè)量精度高；7）壽命長(zhǎng)，成本低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。產(chǎn)品型號(hào)：JTWN-LCD-70A-ZD-1礦井巷道火災(zāi)采空區(qū)自燃火災(zāi)DTS系統(tǒng)在采空區(qū)火災(zāi)預(yù)警中的應(yīng)用——測(cè)溫度DTS怎樣保護(hù)光纖?：套管、。。。。DTS系統(tǒng)在礦井巷道系統(tǒng)火災(zāi)預(yù)警中的應(yīng)用——測(cè)溫度DTS實(shí)時(shí)監(jiān)控、獲得火災(zāi)地點(diǎn)3、氣體分析法——程序升溫實(shí)驗(yàn)3.1煤自燃的氣體產(chǎn)物煤炭自熱過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生CO、CO2、H2、H2O、烷烴等氣體成份，故氣體分析法被廣泛地用于煤炭早期自燃火災(zāi)的預(yù)測(cè)。由于火災(zāi)氣體中的主要成分是CO、CO2，自從20世紀(jì)初以來(lái)，這兩種氣體的變化量一直被用作分析火災(zāi)發(fā)展變化趨勢(shì)的主要指標(biāo)。將這些變化值除以氧氣的消耗量(-ΔO2)即可排除新鮮空氣的稀釋影響。這些參數(shù)的比值已被廣泛用來(lái)分析火災(zāi)的發(fā)展變化趨勢(shì)。(1)供氣系統(tǒng)包括高壓空氣瓶、減壓閥、流量控制閥及顯示儀表，并用鋼管依次連接。(2)程序升溫系統(tǒng)包括恒溫箱及程序升溫控制設(shè)備，箱內(nèi)安裝螺旋形預(yù)熱管和試樣罐，溫度控制精度為0.1℃。升溫率2~3℃/min(3)氣樣分析系統(tǒng)包括取樣管和分析儀器。煤炭自燃程序升溫實(shí)驗(yàn)煤炭自燃程序升溫實(shí)驗(yàn)煤層取樣，用球磨機(jī)粉碎煤樣，篩分得到四種粒度試樣

<0.3、0.3、2.0、60mm實(shí)驗(yàn)時(shí)，將每種試樣裝進(jìn)試樣罐，連接氣體管路，打開(kāi)空氣閥門(mén)，調(diào)節(jié)流量為90mL/min加熱試樣，升溫率0.8~1.0℃/min來(lái)控制升溫。測(cè)定各試樣在不同溫度下的CO、CO2、O2、C2H6、C2H4的濃度值。

每隔10℃取氣樣，穩(wěn)定時(shí)間5min，用氣相色譜儀分析氣樣成分及濃度。煤炭自燃指標(biāo)氣體和煤溫的關(guān)系Ethane乙烷Ethylene乙烯Propylene丙烯390℃C2H2C2H4109℃一般認(rèn)為乙炔是自燃進(jìn)入第三階段，即燃燒階段的產(chǎn)物。

不同煤種自燃過(guò)程中放出一氧化碳的臨界溫度(二)預(yù)測(cè)煤炭自燃的標(biāo)志氣體及指標(biāo)氣體分析法預(yù)測(cè)煤炭自燃的思路是對(duì)測(cè)點(diǎn)中氣體進(jìn)行分析，尋找標(biāo)志氣體，并對(duì)其變化情況進(jìn)行分析，從而確定煤炭是否自燃。過(guò)去，我國(guó)主要把一氧化碳作為標(biāo)志氣體，認(rèn)為它是煤炭自燃過(guò)程中特有的產(chǎn)物．是預(yù)測(cè)煤炭自燃最靈敏的指標(biāo)。認(rèn)定只要在回風(fēng)流中檢測(cè)到微量的一氧化碳就表明煤已經(jīng)進(jìn)入低溫氧化階段。但是出于煤炭自燃過(guò)程中從始至終都有一氧化碳產(chǎn)生，很難找到不同濃度下對(duì)應(yīng)的煤溫值。井下一氧化碳來(lái)源較廣，其他產(chǎn)生源對(duì)煤炭自燃結(jié)果也有一定的影響，這樣人們不得不尋找其他標(biāo)志氣體。隨著氣體分析手段及檢測(cè)水平的提高，在大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上，人們逐漸認(rèn)識(shí)了除一氧化碳之外某些氣體組分也可用于判斷煤的氧化發(fā)展階段，并且其精度和準(zhǔn)確率要好于一氧化碳。這些氣體主要包括烷烴、烯烴、炔烴。1)一氧化碳絕對(duì)生成量預(yù)測(cè)法一般在回采工作面回風(fēng)側(cè)設(shè)一觀測(cè)站，在該觀測(cè)站中測(cè)定—氧化碳濃度，通過(guò)計(jì)算發(fā)火系數(shù)(H1)來(lái)確定煤炭自燃及早期預(yù)報(bào)煤炭自燃。H1=C·Q式中 H1——發(fā)火系數(shù)，m3/min；

C——工作面回風(fēng)側(cè)觀測(cè)站中一氧化碳的濃度，%；

Q———觀測(cè)站風(fēng)量，m3/min。古山礦結(jié)合井下觀測(cè)的實(shí)際情況確定了自然發(fā)火系數(shù)H1的臨界值為當(dāng)H1<0.049m3/min時(shí)，無(wú)自燃現(xiàn)象*當(dāng)H1>0.0059m3/min時(shí)，自燃預(yù)報(bào)值。當(dāng)H1處于0.049~0.059之間時(shí)，必須加強(qiáng)觀測(cè)。2)一氧化碳與氧氣變化量預(yù)測(cè)法氧氣的減少量(-ΔO2)判斷火災(zāi)的重要參數(shù)是氧氣的減少量，即-ΔO2

。測(cè)算基于兩個(gè)方面的假設(shè)空氣中的氧氣含量為20.96%，惰性氣體含量79.04%（0.3%的CO2氣體不包括在內(nèi)），包含除氮?dú)庖酝獾钠渌栊詺怏w視為氮?dú)??；饏^(qū)中的氮?dú)鉀](méi)有被消耗，也沒(méi)有被增加（除從空氣中增加的氮?dú)馔猓?。如果氧氣沒(méi)有被消耗，那么的比值應(yīng)該為20.93/79.04=0.2648，該比值不受其它新加入氣體的影響。對(duì)于在任何情況下O2和N2的量，可以算出原始O2的量為：0.2648N2。因此，消耗的氧氣量，或者說(shuō)氧氣的差值即可以得到

%注氮?dú)?？CO的增加量(+ΔCO)與CO指數(shù)CO生成溫度低，生成量大，其生成量隨溫度升高按指數(shù)規(guī)律增加，是預(yù)報(bào)煤炭自燃火災(zāi)較靈敏的指標(biāo)之一。英國(guó)學(xué)者格雷哈姆(IvonGraham)最先提出CO/ΔO2指標(biāo)，即格雷哈姆比值(Graham’sRatio)，或CO指數(shù)（ICO）Graham比值ICO判別煤炭初始自熱現(xiàn)