自然发火及煤尘防治解析

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1、2019/7/13,1,自然发火防治及煤尘防治,2019/7/13,2,一、防治煤层自然发火,1、矿井火灾的分类及容易自然发火的地点 2、煤炭自燃发展过程及其影响因素 3、煤炭自燃的早期识别和预报 4、煤炭自燃火灾的预防措施 5、矿井发生火灾时的行动原则和灭火方法 6、火区的管理与启封,2019/7/13,3,1、矿井火灾的分类及容易发火的地点： 1）矿井火灾的分类： 什么叫矿井火灾？凡是发生在矿井井下或地面，威胁到井下安全生产，造成损失的非控制燃烧均称为矿井火灾。如地面井口房、通风机房失火或井下输送带着火、煤炭自然等都是非控制燃烧，均属矿井火灾。 导致矿井火灾的三个要素：分别是热源、可燃物和

2、空气。火灾的三个要素必须同时存在，且达到一定数量，才能引起火灾，缺少任何一个要素，矿井火灾就不能发生。,2019/7/13,4,矿井火灾按其发生的原因可分为外因火灾和内因火灾两大类。外因火灾是指某种外在高温热源引起可燃物着火的火灾，如电、气焊，电气设备、放炮、瓦斯煤尘爆炸等原因引起的火灾；内因火灾是指煤炭或其它可燃物自身受到某些作用发生化学和物理变化而引起的火灾。在此，只对内因火灾即煤炭自然发火的防治做以绍，对外因火灾不再介绍。,2019/7/13,5,2）容易发火的地点： 据对我公司中部五矿19592004年所发生的553次煤层自然发火事故发火位置的统计。主要在以下六个地方容易发生煤炭自然发

3、火：。 （1）地质构造带。包括断层、褶曲、破碎带等。该类地区由于煤层受张拉、挤压影响，裂隙大量发育，煤体松碎，吸氧条件好，氧化性能高，易于发生自然发火，其发火次数约占总数7%。 2）煤层巷道冒高处。因冒顶后充填不严，或施工质量差造成 “封闭和半封闭型”漏风，供氧条件较好，但散热性能差，热量积聚后容易发生自燃，其发火次数约占总数的8%。,2019/7/13,6,（3）采煤工作面进、回风巷和开切眼、停采线附近，以及开采层采空区内。由于这些地方供氧连续充分，且持久，加之破碎煤体最多，所以发生自燃火灾的次数最多，其比例高达51%。 （4）掘进巷道的顶部，尤其是近距离煤层的顶层煤和采空区下掘进巷道顶部与

4、采空区相连通的高冒区，自然发火现象比较多发；有时在阶段煤柱或上下山煤柱底部送巷，也会出现自然发火灾害，这类自然发火约占矿井自然发火总次数的15%。,2019/7/13,7,（5）通风设施附近巷顶及周边煤体。由于通风设施（主要是风门和闭墙）的两端存在着风压差，当其巷顶及周边煤体封闭不严，存在裂隙产生漏风时，容易造成自然发火。该类发火的发火次数占总数的13%。 （6）独头巷道、旧巷冒顶处和溜煤眼及联络巷等处。在矿井自然火灾中，该类发火次数约占总发火次数的6%。,2019/7/13,8,2、煤炭自燃发展过程及其影响因素,1）煤炭自燃的发展过程 煤炭并不是一暴露于空气中就能自然发火的，而是有一个过程。

5、根据研究与观察，煤炭自然发火的过程可分为三个阶段。 （1）低温氧化阶段 煤在低温情况下与空气接触时，吸咐空气中的氧，而生成不稳定的氧化物羟基，并放出少量的热。这一阶段既观测不到煤体温度的变化，也体验不到周围环境温度的上升，故又称该阶段为潜伏阶段。,2019/7/13,9,（2）自热阶段 经过潜伏阶段之后，煤的氧化速度加快,发热量急剧增加。如果热量来不及散失和导出，就会是煤的自热加速，不稳定的氧化物分解成水、二氧化碳和一氧化碳。氧化产生的热量使煤温继续升高，据研究，煤的温度每升高10，氧化速度就增加23倍，当超过自热的临界温度(6080)，煤温上升速度急剧加快，氧化进程加速，开始出现煤的干馏，并

6、生成芳香族的碳氢化合物、氢、一氧化碳等可燃气体。这时的特征是：空气中的氧含量减少，一氧化碳、二氧化碳含量加，煤中的水分被蒸发、空气的温度升高并出现雾气，支架及巷道壁上有水珠，这个阶段叫煤的自热阶段。,2019/7/13,10,（3）燃烧阶段 如果煤的自热温度继续升高，当温度达到着火温度 (300500)时，就会发生燃烧现象。此时，生成水和其它碳氢化合物，同时一氧化碳大量增加，出现烟雾及特殊的火灾气味(如煤油味、松节油味)等。当温度达到8002000时，煤的燃烧可出现明火。,2019/7/13,11,2）影响煤炭的自燃因素： 煤层容易发生自燃，除自身具有自燃倾向性外，煤的化学组成、物理组分、存在

7、的物理状态（粒度等）、裂隙发育程度、煤层赋存条件、以及地质、开采方法等，对煤的自然发火都有影响。 （1） 煤的化学、物理组分及其特性对煤炭自燃的影响 煤的变质程度。煤的变质程度越低,挥发分越高,自燃性就越强。褐煤最易自燃，烟煤次之，无烟煤一般不易自燃。在烟煤中又以变质程度最低的长焰煤与气煤较易自燃。,2019/7/13,12,煤的水分含量。煤的水分含量是影响其氧化进程的重要因素。一般认为，在煤的自热阶段,由于水份的生成与蒸发必然要消耗相当的热量。煤体中外在水份没有全部蒸发之前温度很难上升100,煤炭难以自燃，但也有人认为：水份能够将充填于煤体微孔中的N2与CO2驱赶排出，当干燥以后对其吸附性能

8、起活化作用。水份的催化作用随着煤温的增高而增大。另外,对于含有黄铁矿的煤层,水份又是促使黄铁矿分解不可缺少的条件。从这方面看,水份又有利于煤炭自热的发生。总的来看,一定含量的水份有利于煤的自燃,而湿度过大,则会抑制煤的自燃。,2019/7/13,13,煤岩成份。在组成煤炭的四种煤岩成份中,暗煤硬度最大,占比重也最大,难以自燃。镜煤与亮煤脆性大、易破裂,而且在其次生的裂隙中常常充填有黄铁矿具有较高的自燃性。 煤的含硫量。硫在煤中有三种存在形式:即黄铁矿、有机硫和硫酸盐。对煤的自燃起主导作用的是黄铁矿,它的比热小,与煤吸附相同的氧量，其温度的增值比煤大倍，它对煤的自燃过程起加速催化的作用。,201

9、9/7/13,14,煤的粒度。完整的煤体一般不会发生自燃,一旦受压破裂,呈破碎状态存在,其自燃性能将显著提高。这是因为破碎的煤炭不仅与氧相接触的表面积增大,而且着火温度明显降低。根据实验当烟煤粒度直径为1.52mm时,其着火点温度大多在330360;粒度直径小于1mm以下时,着火温度可降低到190220。 煤的孔隙率。煤的孔隙率越大,越易于自燃。这是由于孔隙率越大,氧气越易渗入煤的内部,煤的氧化表面积也越大的缘故。,2019/7/13,15,（2）地质、开采因素对煤炭自燃的影响 煤层厚度和倾角。煤层厚度或倾角越大,自燃危险性越大。这是因为开采厚煤层或急倾斜煤层时,煤炭回收率低,采区煤柱易遭破坏

10、,采空区不易封闭严密和漏风大所致。 煤层埋藏深度。煤层埋藏深度增加,地压和煤体的原始温度增加,煤内自然水分少,这将使煤的自燃危险性增加。开采深度不大时,容易形成与地表沟通的裂隙,造成采空区内有较大的漏风,也容易在采空区中形成浮煤自燃。矿井附近小窑开采时,与采掘面或采空区贯通时,易造成漏风,引起自燃。,2019/7/13,16,地质构造。煤层中有地质构造破坏的地方,如褶曲、断层、破碎带等,煤炭自燃比较频繁，这是因为这些地区煤质松碎,有大量裂隙,从而增加了煤的氧化活性和供氧通道与氧化表面积。 围岩性质。煤层顶底板的岩性也在一定程度上影响煤炭的自燃过程。煤层顶板岩层坚硬且裂隙发达，冒落后块度较大,因

11、而采空区漏风大,供氧条件好。若底板也坚硬,护巷煤柱所受地压大,易破碎,则有利于自燃。如果底板松软而可塑性强,顶板稳定,则煤柱不易被压碎,自燃危险性就比较小。若顶板松软、易陷落,冒落后能严密地充满采空区并很快被压实,则采空区漏风较少,供氧条件差,因而采空区内遗煤自燃危险性大大降低。,2019/7/13,17,巷道布置的影响。在自燃矿井中,对于厚煤层或煤层群开采，矿井及采区的主要巷道服务的时间都比较长,如果布置在煤层里,受到严重的切割或受压产生裂隙。将增大煤层与空气的接触面积,增加了煤层的自然发火机率。 采煤方法的影响。采煤方法落后、巷道布置复杂、推进速度慢、回收率低的采煤方法，容易造成自然发火。

12、,2019/7/13,18,3、煤炭自燃的早期识别和预报,煤炭自燃早期发现和预报，其方法有人体感官的直接感觉、矿内空气成分的分析、井下发热体温度的测量、利用束管监测系统或人工取样对重点防火地点进行监测等。 1）人体感官早期发现矿井火灾。人们常用自己的感觉器官（眼睛、鼻子、皮肤等），来觉察煤炭自燃初期的特征，这是一项传统的办法，通常包括以下内容：,2019/7/13,19,（1）视力感觉。煤炭氧化自燃初期生成水分，往往使巷道内湿度增加，出现雾气或在巷道壁上挂有水珠。 （2）气味感觉。煤炭从自热到自燃过程中，要产生煤油味、气油味、松节油味、焦油味等气味。实践经验证明，当人们嗅到这些气味时，煤炭自燃

13、已经发展到一定程度。 （3）温度感觉。煤炭氧化自燃过程中要放出热量，因此，从该处流出的水和空气的温度较正常时要高。,2019/7/13,20,（4）疲劳感觉。煤炭氧化自燃过程中从自热到自燃阶段都要放出有害气体，如一氧化碳、二氧化碳等，这些气体能使人头痛、闷热、不舒服、有疲劳感觉。 应当指出，人的感觉不是早期识别煤炭自燃的可靠方法，比较可靠的方法是使用仪器、仪表来识别早期的煤炭自燃。,2019/7/13,21,2）分析矿井空气成分预报火灾 煤炭在氧化过程中，能使附近地区空气中的氧浓度降低、二氧化碳含量增加，并先后出现一氧化碳和其它碳氢化合物，矿内空气成分的变化特征，可以作为判断煤炭氧化的重要标志

14、。 一般使用一氧化碳气体作为早期识别煤炭自燃火灾的标志性气体，随着科学技术发展，也有采用碳氢类气体和烯、烷等作为识别煤炭自燃火灾的标志性气体。 目前，我公司和全国大多数自燃矿井都在使用一氧化碳检定管和束管监测系统连续监测井下各种气体的变化，进而综合分析，识别煤炭自燃。,2019/7/13,22,3）测量井下煤体温度预报自然发火 在煤炭自燃过程的后期阶段，由于氧化加剧，产热量增加，使其周围煤体温度升高，测量周围煤体温度的变化也是预测确定煤炭自燃状态的重要方法。测量煤体温度的方法有直接测温法和红外线探测法两种； （1）直接测温法。即把温度传感器布置在煤炭自燃区域，观测自燃温度随时间的变化趋势，判断

15、煤炭自燃的发展阶段和发展趋势。煤炭自燃，潜伏期氧化过程发展缓慢，温度一般不超过70。温度超过70时，煤体进入了自热期，之后随温度升高，煤体开始自燃。预测预报的关键是煤的自燃不能超过自热期，目前，用于煤炭自燃测温的传感器主要有热电偶、铂电阻、半导体传感器等。,2019/7/13,23,（2）红外线探测火源。发光体在发出可见光的同时，还发出一系列不可见的其它电磁波，如红外电磁波等，火源也是如此，在煤层温度升高的同时，其红外辐射场的强度在逐渐增大，因此，可以通过测定红外辐射场的强度，进行分析，来确定高温点位置。,2019/7/13,24,4、煤炭自燃火灾的预防措施,预防煤层自然发火的措施主要从开拓方

16、法及巷道布置；开采方法和通风技术三个方面考虑。 1）开拓方法及巷道布置方面的措施 （1）对一些服务年限较长的巷道应尽量采用岩石巷道，若在煤层中布置时应采用宽煤柱护巷，并进行砌碹或锚喷。 （2）巷道应尽量少切割煤层，煤柱留设的尺寸应适当。 （3）分层布置巷道时，应尽量采用垂直重叠布置。,2019/7/13,25,2）开采方法方面的措施 （1）采用回采率高的采煤方法，提高回采率，降低煤炭损失。 （2）积极推广和采用无煤柱开采技术。 （3）合理确定采区及工作面的尺寸，选择合理的采煤方法和先进的回采工艺，加快工作面的回采速度。 （4）遵守正常的开采程序，坚持自上而下的开采顺序。,2019/7/13,26,3）通风技术方面的措施 （1）选择合理的通风系统。煤层自然发火，在很大程度上是漏风造成的。而漏风多少则取决于风压大小。故在煤层自然发火矿井应采用总风压小，漏风量少的通风系统。 （2）正确选择通风构筑物的位置。应尽量设法把通风构筑物的位置选在岩石巷道中，或选在压力小、支架完整、煤壁坚实的地点。,2019/7/13,27,（3）及时封闭采空区和废弃的巷道。及时封