項(xiàng)目二 煤 炭 自 然 發(fā) 火

項(xiàng)目二煤炭自然發(fā)火任務(wù)一煤炭自然發(fā)火的條件及過(guò)程熟悉煤炭自燃的條件理解煤炭自燃的過(guò)程了解煤炭自燃的因素

煤炭自然發(fā)火與外因火災(zāi)相比，具有發(fā)生發(fā)展緩慢并有規(guī)律的演變過(guò)程，可在它形成的初期發(fā)現(xiàn)。一、煤炭自燃的條件實(shí)踐證明，煤炭自燃必須具備以下四個(gè)條件：（1）煤具有自燃傾向性并呈破碎堆積狀態(tài)存在；（2）適當(dāng)?shù)耐L(fēng)供氧；（3）良好的蓄熱環(huán)境；（4）維持煤的氧化過(guò)程不斷發(fā)展的時(shí)間。上述四個(gè)條件缺一不可。說(shuō)明：（1）煤的自然傾向性取決于煤的物理化學(xué)性質(zhì)，它表示煤與氧相互作用的能力。（2）當(dāng)空氣中氧含量低于10%是具有窒息性；當(dāng)空氣中氧含量低于15%時(shí)，可以預(yù)防自然發(fā)火。（3）空氣流動(dòng)速度的大小是氧化熱量能否積聚的重要條件。煤炭自燃都是在風(fēng)速比較適中的情況下發(fā)生的。（4）維持煤的氧化過(guò)程不斷發(fā)展的時(shí)間應(yīng)大于煤的自然發(fā)火期。

煤炭自燃經(jīng)常發(fā)生的地點(diǎn)：有大量遺煤而未及時(shí)封閉或封閉不嚴(yán)的采空區(qū)（特別是采空區(qū)內(nèi)的聯(lián)絡(luò)眼附近和停采線處）；巷道兩側(cè)和遺留在采空區(qū)內(nèi)受壓的煤柱；巷道內(nèi)堆積的浮煤或煤巷的冒頂、垮幫處。二、煤炭自燃的過(guò)程1、煤的自燃學(xué)說(shuō)

黃鐵礦作用學(xué)說(shuō)細(xì)菌作用學(xué)說(shuō)酚基作用學(xué)說(shuō)自由基作用學(xué)說(shuō)煤氧復(fù)合作用學(xué)說(shuō)2、煤的自燃過(guò)程

按照煤氧化復(fù)合作用學(xué)說(shuō)，煤的自燃發(fā)展過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即潛伏階段、自熱階段和自燃階段。1、潛伏期

自煤層被開(kāi)采、接觸空氣起至眉紋開(kāi)始升高位置的時(shí)間去見(jiàn)成為潛伏期。潛伏期的長(zhǎng)短取決于煤的分子結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)、煤的變質(zhì)程度和外部條件。煤的破碎和堆積狀態(tài)、散熱和通風(fēng)供氧條件等，對(duì)潛伏期的長(zhǎng)短也有一定影響。特征：煤的表面生成不穩(wěn)定的氧化物（OH、COOH等），氧化放出的熱量很少，能及時(shí)放散，煤溫和巷道空氣氣溫不變，但煤的比重略有增加，煤被活化（化學(xué)性增加），煤的著火溫度降低。

2、自熱期(又稱自熱階段)

自熱過(guò)程是煤氧化反應(yīng)自動(dòng)加速、氧化生成熱量逐漸積累、溫度自動(dòng)升高的過(guò)程。特點(diǎn)：氧化放熱較大，煤溫及其環(huán)境溫度升高；產(chǎn)生CO、CO2和碳?xì)漕怌mHn氣體產(chǎn)物，并散發(fā)出煤油味和其他芳香氣味；有水蒸氣生成，火源附近出現(xiàn)霧氣，遇冷會(huì)在巷道壁面上凝結(jié)成水珠，即出現(xiàn)所謂“掛汗”現(xiàn)象；微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。3、自燃期

主要特征:空氣中氧含量顯著減少，CO2的數(shù)量倍增，同時(shí)由于燃燒不完全和CO2受熱分解，而產(chǎn)生更多的CO，巷道中出現(xiàn)濃烈的火災(zāi)氣味和煙霧，有時(shí)還出現(xiàn)明火，火源溫度可達(dá)1000℃以上。

煤炭自燃的實(shí)質(zhì)是其自身氧化速度加速的過(guò)程，其氧化速度之快，以致產(chǎn)生的熱量來(lái)不及向外界放散，而導(dǎo)致了自燃。三、影響煤炭自燃的因素（一）煤的自然傾向性煤的自然傾向性是指煤自燃的難易程度，它主要受以下因素影響：煤的變質(zhì)程度煤巖成份煤的含硫量煤中的水份煤的孔隙率和脆性煤層瓦斯含量

（二）煤層地質(zhì)賦存條件影響煤層自然發(fā)火的地質(zhì)因素主要有:煤層的厚度、傾角、節(jié)理、裂隙、頂板性質(zhì)以及地質(zhì)構(gòu)造（如斷層、褶皺、巖漿巖侵入）等。（三）開(kāi)拓、開(kāi)采條件1、開(kāi)拓方式要求巷道系統(tǒng)簡(jiǎn)單，采用石門(mén)、巖石巷道開(kāi)拓、少留煤柱、減少對(duì)煤體的切割，這對(duì)消除發(fā)火隱患是積極的、有利的。2、采煤方法采煤方法對(duì)發(fā)火的影響主要表現(xiàn)在回采率的高低、推進(jìn)速度快慢、回采時(shí)間的長(zhǎng)短及頂板管理和煤層切割等方面。（四）通風(fēng)條件及通風(fēng)管理通風(fēng)對(duì)煤自燃的影響主要表現(xiàn)在采空區(qū)、煤柱、煤壁裂隙的漏風(fēng)。通風(fēng)管理對(duì)煤自然發(fā)火的影響主要包括風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理性、采區(qū)風(fēng)量分配、風(fēng)雅的合理確定、采空區(qū)的封閉、通風(fēng)控制設(shè)施位置的選定和通風(fēng)設(shè)施工程質(zhì)量等等。任務(wù)二煤的自燃傾向性了解煤自燃傾向性的鑒定方法熟悉煤的自燃傾向性分類一、煤的自燃傾向性鑒定方法常用的方法有：1、△T法(著火溫度降低值法)：即利用煤樣的氧化燃爆溫度與還原燃爆溫之差，以劃分煤的自燃危險(xiǎn)性。煤的自燃傾向性是判斷煤自燃可能性的重要依據(jù)，鑒定煤的自燃傾向性對(duì)劃分煤層自然發(fā)火等級(jí)，實(shí)行分級(jí)管理，采取相應(yīng)的防火措施和管理措施，為監(jiān)管部門(mén)提供依據(jù)具有重要意義。也是合理的確定礦井開(kāi)拓方式、采煤方法，擬定防滅火措施的重要依據(jù)。2、吸氧量測(cè)定法利用色譜動(dòng)態(tài)吸氧法測(cè)定煤的吸氧量和吸氧速度，以吸氧量為主、吸氧速度為輔，判定自然發(fā)火傾向。目前，北京東西電子技術(shù)研究所已根據(jù)該項(xiàng)技術(shù)研制了ZRJ-1型色譜自燃性測(cè)定儀，在煤礦已推廣使用。

3、氧化速度測(cè)定法1992年《煤礦安全規(guī)程》執(zhí)行說(shuō)明規(guī)定煤自燃傾向性鑒定均采用色譜吸氧鑒定法。ZRJ-1型色譜自燃性測(cè)定儀自1992年起，我國(guó)規(guī)定煤層自燃傾向性鑒定采用吸氧量法，即“雙氣路氣相色譜儀吸氧鑒定法”。它是用ZRJ-1型色譜自燃性測(cè)定儀來(lái)測(cè)定常壓下每克干煤在30℃時(shí)的吸氧量。根據(jù)此吸氧量將煤的自燃傾向性分為容易自燃、自燃、不易自燃三類。參見(jiàn)表2-3，表2-4。二、煤的自燃傾向性分類任務(wù)三煤的自然發(fā)火期及煤層自燃

危險(xiǎn)性劃分能進(jìn)行自然發(fā)火的判定熟悉煤層自然發(fā)火期的定義會(huì)進(jìn)行煤層自然發(fā)火期的估算掌握延長(zhǎng)煤層自然發(fā)火期的途徑熟悉礦井自然發(fā)火等級(jí)的確定一、煤的自燃發(fā)火期1、自然發(fā)火的判定

《礦井防滅火規(guī)范》中對(duì)自然發(fā)火和存在自然發(fā)火隱患都有明確的規(guī)定：礦井某一區(qū)域出現(xiàn)如下現(xiàn)象之一時(shí)，即定為發(fā)生自然發(fā)火：①由于自燃出現(xiàn)火炭、火焰、煙霧等現(xiàn)象；②由于自燃出現(xiàn)空氣、煤炭、圍巖及其他介質(zhì)溫度升高，并超過(guò)70℃，其風(fēng)流中出現(xiàn)一氧化碳，且有上升趨勢(shì)。礦井某一區(qū)域出現(xiàn)如下預(yù)兆之一時(shí)，即存在自然發(fā)火隱患：①風(fēng)流中出現(xiàn)一氧化碳，其發(fā)生量呈上升趨勢(shì)；②風(fēng)流中出現(xiàn)二氧化碳，其發(fā)生量呈上升趨勢(shì)；③煤、巖、空氣和水溫升高，并超過(guò)正常溫度；④風(fēng)流中氧含量降低，其消耗量呈上升趨勢(shì)。2、煤層自然發(fā)火期從發(fā)火地點(diǎn)的煤層被開(kāi)采暴露于空氣之日起至溫度上升到自燃點(diǎn)火出現(xiàn)自燃現(xiàn)象為止，所經(jīng)歷的時(shí)間叫做煤層的自然發(fā)火期，以天或月為單位。煤層自然發(fā)火期受以下因素的影響：浮煤粒徑分布浮煤厚度浮煤內(nèi)漏風(fēng)流中的氧濃度和漏風(fēng)強(qiáng)度煤層原始溫度松散煤體內(nèi)的起始溫度3、煤層的自然發(fā)火期估算方法

目前我國(guó)規(guī)定采用統(tǒng)計(jì)比較和類比方法確定煤層的自然發(fā)火期。1）統(tǒng)計(jì)比較法（適用于生產(chǎn)礦井）煤層最短發(fā)火期按如下規(guī)定進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：（1）巷道。從煤層揭露煤之日起至發(fā)生自然發(fā)火之日止，為該巷道的煤層自然發(fā)火期

。（2）采煤工作面。從工作面開(kāi)切眼之日起至發(fā)生自然發(fā)火之日止，為該回采工作面開(kāi)采煤層的自然發(fā)火期

。2）類比法（適用于新建礦井）根據(jù)地質(zhì)勘探時(shí)采集的煤樣所做的自燃傾向性鑒定資料，并參考與之相似煤層、地質(zhì)條件、賦存條件和開(kāi)采方法的采區(qū)或礦井，進(jìn)行類比和估算，以供設(shè)計(jì)參考。4、延長(zhǎng)煤層自然發(fā)火期的途徑煤炭自燃的過(guò)程受其自然傾向性、破碎程度與堆積狀態(tài)、漏風(fēng)強(qiáng)度與風(fēng)流中氧含量，以及與周圍環(huán)境的熱交換條件等多種因素的影響。1）減小煤的氧化速度避免或減少煤體的破碎提高采出率，減小采空區(qū)遺煤降低自熱區(qū)內(nèi)的氧濃度選擇分子直徑小、效果好的阻化劑或固體漿材，噴灑在碎煤或壓注于煤體內(nèi)，充填煤體的裂隙2）增加散熱強(qiáng)度，抑制升溫速度煤的升溫速度取決于生熱量與散熱量之比，兩者比值小，則升溫速度越慢；反之則升溫速度越快。增加散熱途徑和散熱強(qiáng)度的方法有：增加遺煤分散度增加通風(fēng)強(qiáng)度增加煤體濕度二、礦井自然發(fā)火等級(jí)的確定《礦井防滅火規(guī)范》規(guī)定：凡開(kāi)采自燃煤層的礦井均屬于自燃礦井（或稱自然發(fā)火礦井）。自燃礦井按自然發(fā)火的危險(xiǎn)程度分為四級(jí)進(jìn)行管理。礦井的自燃危險(xiǎn)等級(jí)劃分如下：1、一級(jí)自燃礦井。凡符合下列條件之一者，定為一級(jí)自燃礦井：(1)近10年內(nèi)每產(chǎn)100萬(wàn)噸煤發(fā)生自然發(fā)火的次數(shù)(即百萬(wàn)噸發(fā)火率)超過(guò)3次；(2)煤層自然發(fā)火期小于3個(gè)月；(3)百萬(wàn)噸發(fā)火率超過(guò)2次、且自然發(fā)火期小于6個(gè)月的下列礦井：①高瓦斯礦井；②突出礦井；③開(kāi)采厚及特厚煤層的礦井；④開(kāi)采急傾斜中厚煤層的礦井；⑤煤層自然傾向性為I級(jí)，煤塵爆炸指數(shù)在30％以上的礦井。2、二級(jí)自燃礦井。凡符合下列條件之一者，定為二級(jí)自燃礦井：(1)近10年內(nèi)百萬(wàn)噸發(fā)火率超過(guò)2次但不超過(guò)3次；(2)煤層自然發(fā)火期小于6個(gè)月，但不小于3個(gè)月；(3)百萬(wàn)噸發(fā)火率超過(guò)1次、且自然發(fā)火期小于12個(gè)月的下列礦井：①高瓦斯礦井；②突出礦井；③開(kāi)采厚及特厚煤層的礦井；④開(kāi)采急傾斜中厚煤層的礦井；⑤煤層自然傾向性為Ⅱ級(jí)，且煤塵爆炸指數(shù)在20％以上的礦井。3、三級(jí)自燃礦井。凡符合下列條件之一者，定為三級(jí)自燃礦井：(1)百萬(wàn)噸發(fā)火率超過(guò)1次；(2)煤層自然發(fā)火期小于3個(gè)月；(3)百萬(wàn)噸發(fā)火率超過(guò)0.5次、且自然發(fā)火期小于12個(gè)月的下列礦井：①高瓦斯礦井；②突出礦井；③開(kāi)采厚及特厚煤層的礦井；④開(kāi)采急傾斜中厚煤層的礦井；⑤煤層自然傾向性為Ⅲ級(jí)，煤塵爆炸指數(shù)在10％以上的礦井。4、四級(jí)自燃礦井凡有自然發(fā)火史，但不符合以上一、二級(jí)和三級(jí)礦井條件者。任務(wù)四自然發(fā)火的早期預(yù)報(bào)

自然發(fā)火的早期預(yù)報(bào)是指根據(jù)煤炭從氧化升溫發(fā)展到發(fā)生自燃的過(guò)程中各階段表現(xiàn)出來(lái)的不同征兆，在自然發(fā)火之前做出預(yù)報(bào)，提醒人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，及早采取處理措施，防止自然發(fā)火事故。具體方法有：人的直觀感覺(jué)進(jìn)行識(shí)別用儀表檢測(cè)礦井空氣成分或用計(jì)算機(jī)控制的監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)定礦井空氣成分檢測(cè)煤的溫度進(jìn)行自燃火災(zāi)的早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)一、人體感覺(jué)依靠人體生理感覺(jué)（嗅覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等）能夠預(yù)報(bào)礦井火災(zāi)的發(fā)生，具體方法如下：觀察井下空氣濕度變化和煤體表面水分變化根據(jù)煤焦油氣味判斷人的不舒適感溫度的改變二、礦內(nèi)空氣成分分析法礦內(nèi)空氣成分分析法就是通過(guò)分析煤炭自熱階段釋放出的氣體成分來(lái)發(fā)現(xiàn)自燃火災(zāi)的方法。確定方法：通過(guò)采樣化驗(yàn)分析，對(duì)比用風(fēng)區(qū)域進(jìn)風(fēng)流與回風(fēng)流的空氣成分變化或采空區(qū)內(nèi)的氣體成分變化，便可確定是否發(fā)生自燃火災(zāi)。1、預(yù)報(bào)煤炭自燃發(fā)火的指標(biāo)氣體

指標(biāo)氣體：用儀器分析和檢測(cè)煤自燃過(guò)程中釋放出的氣體產(chǎn)物來(lái)預(yù)報(bào)火災(zāi)，能反映煤炭自熱初級(jí)階段特征的、用來(lái)作為自然發(fā)火早期預(yù)報(bào)的氣體。指標(biāo)氣體必須具備