煤层自燃发火原因研究与探讨

蔡桂成

摘要：矿井火灾是指发生在矿井地面或井下、威胁矿井安全生产、形成火灾的一切非控制燃烧。该文从火灾必须具备三个方面的条件、自燃经过的三个时期、发火四个条件、发火的因素等方面阐述了煤层发火的原因，具有一定借鉴意义。

关键词：矿井火灾条件因素自燃期确定

0引言

矿井火灾是煤矿5大自燃灾害之一，每场火灾的发生，轻则影响生产，重者可能烧毁煤炭资源和矿井设备，更为严重者则可能引燃瓦斯煤尘爆炸或火烟毒化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。可燃物、热源、燃烧是火灾必须具备的三个方面条件，下面就这三个方面笔者进行具体的阐述，以供同行探讨。

1煤的自燃经过的三个时期

煤的自燃发展，一般要经过三个时期，如图1所示：准备时期，又称潜伏时期：自热期；最后进如燃烧期。

1.1潜伏时期。煤自燃的潜伏时期即煤的低温氧化过程，潜伏时期即准备阶段的长短取决于煤的变质程度和外部条件，如褐煤几乎没有准备时期，而烟煤则需要一个相当长的准备时期。

1.2自热期。经过潜伏期，煤的氧化速度增加，不稳定的氧化物先后分解成水、二氧化碳和一氧化碳。氧化产生的热量使煤的温度上升，当温度超过临界温度T=60～80℃时，煤的温度急剧增加，氧化加剧，煤开始出现矸馏，生成碳氢化合物、氢气、一氧化碳、二氧化碳 等火灾气体，煤呈赤热状态，当到达着火温度以上时便燃着。这一阶段就是煤的自热阶段，又称煤的自热期。

1.3燃烧期。这一时期是煤从低温氧化发展成自燃的最后的一个阶段。主要特征是：空气中氧含量显著减少，二氧化碳的数量倍增，同时由于燃烧不完全和二氧化碳的分解，而产生较多的一氧化碳，巷道中出现浓烈的火灾气味和烟雾，有时还出现明火，火源温度达到1000℃左右。

2煤炭自燃发火四个条件

煤体要发生自燃必须具备以下四个条件：①具有低温氧化性，即有自燃倾向的煤以破碎状态存在；②有大于12％氧含量的空气通过这些碎煤；③空气流动速度适中，使破裂煤体有积聚氧化热的环境；④在上述3个条件同时具备的状态下，持续一定的时间，使煤体可以达到着火温度。只要同时具备上述4个条件，煤炭自燃发火即可发生。但实际中很难找出某两次煤炭自燃发火的发生条件是完全相同的。这样，对煤炭自燃发火的条件就很难作出定量分析。

煤炭自燃经常发生的地点是①有大量遗煤而未及时封闭或封闭不严的采空区(特别是采空区内的联络眼附近和停采线处)；②巷道两侧和遗留在采空区内受压的煤柱；③巷道内堆积的浮煤或煤巷的冒顶、垮帮处。

3影响煤炭自燃发火的因素

决定矿井或煤层自燃发火危险程度的因素一是煤的自燃发火倾向性，二是地质采矿技术。

3.1影响煤炭自燃的内因

3.1.1煤的变质程度。各种牌号的煤都有发生自燃的可能，但在褐煤矿井，煤化程度低的一些煤层自燃发火次数要多一点。烟煤矿井以开采煤化程度最低的长焰煤和气煤的自燃危险性较大，贫煤则较少。在煤化程度较高的无烟煤矿井自燃发火较少见。所以可以认为，煤化程度较高的煤，自燃倾向性越小。但决不能以煤化程度作为判定自燃倾向性大小的唯一标志。因为生产实践证明，煤化程度相同的煤有的具有自燃特性，有的却不自燃。

3.1.2煤的水分。煤中的水分是影响其氧化进程的重要因素，在煤的自热阶段，由于水分的生成与蒸发必然要消耗大量的热。煤体中外在的水分没有全部蒸发之前很难上升到100％，这就是水分大的煤炭难以自燃的原因。但是，煤中的水分又能充填于煤体微小的孔隙中，把氮气，二氧化碳，甲烷等气体排除，当干燥以后对煤的吸附起活化作用。水分的催化作用随煤温的增高而增大。所以地面煤堆在雨雪之后容易发生自燃，井下灌浆灭火，疏干之后自燃现象更为严重。

3.1.3煤岩成分。煤的岩石化学成分有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤。它们有不同的氧化性，其中丝煤含量越多，自燃倾向性就越强；相反，暗煤含量越多，越不易自燃。

3.1.4煤的含硫量。同牌号的煤中，含硫矿物越多，越易自燃。

3.1.5煤的孔隙率和脆性。煤炭孔隙率越大，越易自燃。这是因为孔隙率越大，氧气越易渗入煤体内部。变质程度相同的煤，脆性越大，越易自燃。因为煤的脆性大小与该种煤炭是否易于破碎和形成煤粉有关。完整的煤体一般不会发生自燃，一旦呈破碎状态则使煤的吸氧表面积增大，着火点明显降低，使其自燃性显著提高。

3.1.6煤层瓦斯含量。瓦斯通常是以游离状态和吸附状态存在于煤体中，这两种瓦斯是以压力状态存在的，吸附瓦斯在煤体卸压、温度上升等客观条件影响下，可以产生解吸现象，吸附瓦斯转变成游离瓦斯，具有流动性。因此，处于原始状态的瓦斯或以压力状态存在的瓦斯对侵入煤体中的空气具有抑制作用，是防止煤自燃的有利因素。

3.2影响煤炭自燃的外因煤炭自燃的外在条件决定于煤炭接触到的空气量和外界的热交换作用，这两个因素与煤层的埋藏条件和其开采方法有着错综复杂的联系，其中外在因素有：

3.2.1地质因素：①倾角。煤层倾角越大，自燃危险性就越大。因为开采急倾斜煤层时，煤炭回收率低、采区煤柱易被破坏、采空区不易封锁。②煤层厚度。煤是不良导体，煤层越厚，越易积聚热量，所以，厚煤层易发火。③地质构造。在有地质构造的地区，自燃危险性加剧。地质构造复杂的地区，包括断层，褶皱发育地带，岩浆入侵地带，自燃发火频繁。这是由于煤层受张力、挤力、裂隙大量发生，煤体破碎，吸氧条件好造成的。

3.2.2开采技术因素①开拓方式。实践经验表明，采用石门，岩巷开拓，少切割煤层少留煤柱时，自燃发火的危险陛就降低了。厚煤层开采岩巷进入采区，便于打钻注浆，有利于实现预防性或灭火灌浆。②采煤方法。采煤方法对自燃发火的影响主要表现在煤炭回收率的高低、回采时间的长短上。丢煤越多，丢失的浮煤越集中，工作面的推进速度愈慢愈益发现火灾。③通风条件。通风因素的影响主要表现在采矿区，煤柱和煤壁裂隙漏风。漏风就是向这些地点供养，促进煤的氧化自燃。采空区面积大，漏风量相当可观，但风速有限，散热作用低。

4煤层自燃期的确定

4.1巷道中煤层自燃发火期以自燃发火地点从暴露煤之日起至发生自燃发火时为止的时间计算，一般以月为单位。

4.2回采工作面中煤层自燃发火期，应以工作面开切眼之日起发生自燃发火时为止的时间计算，一般以月为单位。

4.3每一煤层的所有回采工作面和巷道，都应进行自燃发火期的统计，确定煤层自燃发火期。

5结束语

一个煤层的自燃发火期并非固定不变的，它既取决于煤炭自燃的内在因素，自燃倾向性的强弱，又在很大程度上受煤层的自燃外在因素，包括地质、开拓、开采以及通风条件的制约。在现实生产中，不少矿井投产初期发火十分严重，煤层自燃发火期相当的短，从几十天到几个月，而后来由于地质条件的变化，开拓开采技术的改进，煤层的统计，确定煤层自燃发火期。

5结束语

一个煤层的自燃发火期并非固定不变的，它既取决于煤炭自燃的内在因素，自燃倾向性的强弱，又在很大程度上受煤层的自燃外在因素，包括地质、开拓、开采以及通风条件的制约。在现实生产中，不少矿井投产初期发火十分严重，煤层自燃发火期相当的短，从几十天到几个月，而后来由于地质条件的变化，开拓开采技术的改进，煤层自燃发火期也延长了。