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1、设计（论文）题目 煤矿煤层火灾防治技术措施及分析目 录摘 要II1. 绪 论11.1 研究的目的和意义11.2 本文的框架结构22.地下防水混凝土工程的简要概述22.1 地下防水混凝土工程的相关定义22.2 防水混凝土的防水原理52.3 防水混凝土质量影响因素63.地下防水工程施工所遵循的原则113.1自防为主的原则113.2多道设防、刚柔相济的原则123.3混凝土的养护与折模123.4做好回填土123.5施工缝的处理133.6控制好原材料的质量及准确计量134.地下施工中混凝土防水的原因及措施14 4.1地下防水工程渗漏原因分析14 4.2地下防水工程渗漏防治措施165.结论21参考文献22
2、摘 要我国国有煤矿自然发火危险矿井己占60%，由于煤炭自燃导致的优质煤损失量己达42亿吨以上，现在仍以每年2000-3000万吨的速度增加，煤矿每年都因火灾造成人员的重大伤亡，造成数十亿元的经济损失；煤炭自燃不仅浪费了煤炭资源，而且引起了严重的环境污染和生态平衡的破坏；煤层自燃释放出的大量有害气体，除污染大气环境外，还直接危及人类的生存环境。本文从近距离煤层自然发火的特点及规律入手，简述了我国煤矿煤层火灾防治现状，研究和总结煤层自然肌理和矿井引起火灾预防治理技术。同时研究了近距离煤层自然发火的原因及其危害，并研究了火灾防治的关键技术，通过对其火灾发生原因分析，从而进一步完善防治措施。关键词：煤
3、矿煤层；自燃火灾；防治技术1. 绪 论我国是少数几个以煤作为主要能源的国家之一，也是世界产煤大国。煤炭在我国一次能源消费中占76%，随着我国经济的快速发展，对煤炭的需求还会进一步增加，我国以煤为主要能源的生产和消费特征在今后相当长的时间内都不会改变。进入20世纪90年代，高产高效集约化生产被煤矿企业广为采用，综采放顶煤采煤法得到了大力推广应用，该法在大幅度提高煤炭生产效率及煤炭产量的同时,也给采空区遗留下大量浮煤,使得自燃发火问题更加突出。煤层自燃涉及到资源、环境、经济及人口等问题，因此中国政府在中国21世纪议程中己将煤层自燃列为重大自然灾害之一，并且提出了行动方案和步骤。1.1 煤矿火灾的危
4、害及防治煤矿火灾根据火灾发生地点不同可以分为:地面火灾和井下火灾。地面火灾是指在煤矿工业广一场范围内、不影响正常生产的火火；井下火灾是指发生在井下、或发生在井口附近、影响井下正常生产的火灾。煤矿火灾按引火源的不同又可以分为外因火灾和内因火灾。外因火灾是指可燃物由于外来热源作用引起的火灾。其特点是:突然发生,来势凶猛,如果不能及时发现,往往可能酿成恶性事故。但其燃烧往往是在表而,如果发现的及时,还是容易扑救的。外因火灾可以发生在矿井的任何地点,但多发生在井口、井筒、机电铜室、火药库以及装有机电设备的巷道或工作面中。煤炭自燃的防治是一项复杂的系统工程,涉及到矿井生产的主要环节,通过大量的实践,煤炭
5、自燃的防治体系应由6个方面组成,如图1-1所示，首先,进行煤炭自燃预测,它是预防和预报的基础。依据预测资料,建立煤炭自燃的预防技术屏障,当预防失效后,根据煤炭自燃初期的物理与化学变化产生的效应,进行煤炭自燃预报, 目前,正是受煤炭自燃预报和火源探测技术的限制,给自燃隐患点和火区的处理带来相当大的困难,使一些专项技术措施不能发挥其应有的作用,往往在人力、物力方面付出很大的代价。图1-1煤炭自燃火灾防治体系1.2 煤炭煤层火灾防治技术研究现状随着煤炭行业的高速发展,煤层自燃火灾治理技术取得了显著的成绩, 50年代黄泥灌浆防灭火技术的应用，60年代均压防灭火技术的推广,高倍数泡沫灭火技术的出现；70
6、年代阻化剂防灭火试验的成功,早期预报煤炭自燃的束管系统初步建立；80年代惰气防灭火技术开始应用,研究了矿井煤层自然发火预测系统、快速高效堵漏风防治煤层自燃火灾等技术。进入90年代,随着放顶煤技术的发展,采空区注氮防火得到推广与应用,近年来,胶体防灭火技术得到推广与应用,逐步形成适应普通采煤法和高产高效采煤法的综合防灭火技术。由于煤自燃是煤氧复合的结果,影响煤自燃的主要条件是煤的表面活性结构浓度、氧浓度和温度。因此,自燃火灾扑灭主要从三个方面着手:一是隔离煤氧接触,使自燃火灾窒熄；二是降低煤温使煤氧化放热强度降低,最终使火熄灭。三是惰化煤体表面活性结构降低煤氧复合速度,防止煤自燃的发生。目前常用
7、的防灭火技术主要有如下几类:惰化、堵漏、降温等以及它们几类的综合,共同发挥灭火作用,最终实现防灭火的目的。2.煤矿煤层火灾的特点及规律2.1 煤炭的自燃过程地下防水工程是指对全埋或半埋于地下或水下的地下室、隧道以及蓄水池等建筑物、构筑物进行防水设计、防水施工和维护管理等技术工作的工程实体。是依据建筑物、构筑物防水设防部位进行分类而得出的一个防水工程类别。地下工程的持点是由于受地下水煤炭的自燃过程按其温度和物理化学变化特征,分为潜伏(或准备)、自热、自燃和熄灭四个阶段,如图2-1所示。图中虚线为风化进程线,潜伏期与自热期之和为煤的自然发火期。潜伏期：自煤层被开采、接触空气起至煤温开始升高止的时间
8、区间称之为潜伏期。在潜伏期,煤与氧的作用是以物理吸附为主,放热很小,无宏观效应；经过潜伏期后煤的燃点降低,表面的颜色变暗。潜伏期长短取决于煤的分子结构、物化性质、煤的破碎和堆积状态、散热和通风供氧条件等对潜伏期的长短也有一定影响,改善这些条件可以延长潜伏期。图2-1烟煤自燃过程温度与时间的关系自热阶段：温度开始升高起至其温度达到燃点的过程叫自热阶段。自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化生成热量逐渐积累、温度自动升高的过程。其特点是:氧化放热较大,煤温及其环境(风、水、煤壁)温度升高;并散发出煤油味和其他芳香气味;有水蒸气生成,火源附近出现雾气,遇冷会在巷道壁面上凝结成水珠,即微观结构发生变化。燃
9、烧阶段：煤温达到其自燃点后,若能得到充分的供氧(风),则发生燃烧,出现明火。这时会生成大量的高温烟雾,其中含有CO、C02以及碳氢类化合物。若煤温达到自燃点,但供风不足,则只有烟雾而无明火,此即为干馏或阴燃。煤炭干馏或阴燃与明火燃烧稍有不同,CO多于CO2,温度也较明火燃烧要低。熄灭：及时发现,采取有效的灭火措施,煤温降至燃点以下,燃烧熄灭。煤矿井下火灾中,90%以上属于煤炭自燃火灾。煤矿自然发火严重影响着煤矿的正常生产,危胁井下人员生命安全,烧毁煤炭资源。由于井下环境复杂,自燃发火点往往比较隐蔽,难以直接观察到着火现象,因此,在实际工作中,矿井某一区域或采掘工作面出现下列情况之一时,便定为自
10、然发火。2.2 煤炭自燃的原理人们从17世纪开始探索煤炭自燃机理。但是关于煤的自燃机理问题是当前世界各国没有解决的难题。各国的学者发表了各种学说以解释煤炭自然发火的原因,1862年,德国Gurmbman发表了第一篇关于煤炭自燃起因的文章。一百多年来,先后提出阐述煤炭自燃机理学说有多种,其中主要的有细菌作用学说、黄铁矿作用学说、酚基作用学说以及煤氧化合学说等。1951年苏联学者维谢洛夫斯基等人提出,煤的自燃是氧化过程自身加速发展的结果。这种氧化反应的特点是分子的基链反应。细菌作用学说主要认为煤炭自燃是细菌的作用。波特尔经研究认为,酵母菌的发酵作用在煤的自燃过程中起着决定性的作用。哈尔丹等人认为,
11、菌的作用不在于它本身,而在于它接触煤炭后将产生一些易于氧化的化合物,它们与氧接触放出大量的热使煤升温而自燃。细菌作用学说,在实践中也遇到了很多矛盾,使它很难为人们所信服。例如放在真空中温度100摄氏度以下的煤炭,经过2小时,所有的细菌都会死掉,它的自燃倾向性与加热前完全相同,因此,这一学说没有被人们所承认。2.3 近距离煤层自燃特点及其规律近距离煤层在回采过程中,由于上下煤层间距较小,煤层开采时受采动影响比较大。在下部煤层开采过程中,受矿压影响,下部煤层顶部岩体垮落产生大量裂隙,使得冒落带和裂隙带中的裂隙成为空气渗流的主要通道,上部煤层供氧充分；而且在下部煤层开采过程中,顶部岩层垮落,保护煤柱
12、被压酥破坏,产生大量裂隙,也会产生大量漏风通道,容易引起保护煤柱自燃；而对于综放开采来说,两道及两线浮煤较厚,也易引起自燃。2.3.1近距离煤层自燃发火的特点火灾一般发生在距煤体暴露面一定距离的深部。根据煤氧复合理论,煤自燃是由于煤氧复合放热的结果。煤自燃其实质是氧化放热与散热这对矛盾运动发展的过程,当煤氧化放热速率大于热量散发速率时煤温上升,放热速率小于散热速率时,煤温下降。在松散煤体的表面,由于漏风速度比较大,煤氧复合产生的热量被风流带走,因此煤温不会升高；在松散煤体深部,由于氧浓度很低,煤氧复合速度很慢,放出的少量热能通过煤体及围岩传导散发掉,煤温也不会升高；只有在距离松散煤体表面一定深
13、度的范围内,氧浓度比较高,热量发散又比较慢,煤温才会升高发生自燃。煤自燃过程中,随煤温升高,高温点总是逆着风流移动。一旦发现煤体暴露面处有自燃征兆,火源点周围煤岩体的温度升高,高温煤体范围己很大。发生自燃时煤温己经很高,由于煤的热容比较大,高温煤体的体积很大,所以煤体内部及围岩己储存了大量的热能,要降低如此大范围高温煤岩体的温度相对比较困难。煤体自燃是煤氧复合放出热量的结果,煤氧复合只要有氧存在就能进行,氧浓度大小仅影响煤氧复合速度的大小。煤体温度越高则煤的氧化活性越高,煤氧复合反应速度越快,放热强度越大。由于煤的导热性差,煤体通过传导散热速度很慢,因此,通常较低的氧浓度与煤反应放出的热量就可
14、维持高温煤体温度不下降。因此,煤层自燃时采用封闭灭火,灭火周期较长,火区启封后易于复燃。煤层自燃时,除了煤温很高外,还伴随大量有毒有害的有机气体。一方面煤氧化会产生一些有机气体,另一方面,在高温下,煤的大分子发生裂解,也会产生大量有害气体,高温也促使煤中的小分子挥发释放到空气中。在井下封闭空间里,煤自燃产生的有害气体容易聚集,引起井下工作人员中毒。2.3.2近距离煤层工作面煤层自燃规律煤自燃过程中,随煤温升高,高温点总是逆着风流移动。一旦发现煤体暴露面处有自燃征兆,火源点周围煤岩体的温度升高,高温煤体范围己很大。发生自燃时煤温己经很高,由于煤的热容比较大,高温煤体的体积很大,所以煤体内部及围岩
15、己储存了大量的热能,要降低如此大范围高温煤岩体的温度相对比较困难。综放工作面的开切眼断面大,受矿压影响易压裂破碎,存在漏风供氧；综采设备安装时,供风量小,风流温度高;安装时间较长,初期工作面推进速度一般相对较慢,切眼松散煤体氧化升温时间长,煤体温度较高。停采前20-30米左右,工作面不放顶煤,采空区遗煤较厚；近距离煤层采空区煤柱受采动影响,在矿压作用下容易压酥破碎形成漏风通道,其自身破碎后的碎煤堆积形成蓄热条件,而导致自燃危险性增加。因此,切眼、停采线附近,采空区煤柱易发生自燃火灾。综采放顶煤开采一般情况下相对以往的炮采、普采推进速度较快,但通常比一般的综采面推进速度慢。从采空区浮煤分布情况看
16、,由于端头支架处顶煤放出率低,留有大量遗煤。而顺槽顶板的煤己经过长时间氧化蓄热升温,进入采空区后,使采空区两道遗煤温度相对其它地点有可能较高,自然发火期大为缩短,从而在推进速度较慢时,就可能发生采空区遗煤自燃。综放面采空区留有大量浮煤,煤氧作用热量逐渐积聚,一旦自燃,采空区蓄存了大量热能,造成周围煤(岩)体的温度亦相当高,因此,综放面采空区高温范围大。煤体自燃产生的烟流顺着风流流动,高温火点逆着风流流动,而采空区为开放式漏风,其漏风分布及规律复杂,高温点速度发展迅速,很难准确判断出采空区高温区域。近距离煤层的上部煤层开采时要布置相应的工作面,在相邻工作面间须留设足够的保护煤柱,而下部煤层在开采时工作面的
