采场自燃发火防治研究

曹星星，韩 博，鞠明和

采场自燃发火防治研究

曹星星，韩 博，鞠明和

(中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221008)

21世纪是中国高速发展的时期，也是能源大量消耗的时期。而在中国的一次能源消耗中，煤炭资源的比重一直是最高的。所以煤矿开采的形势对国家发展起着重要作用，而在煤矿开采中难免会出现一系列的问题，其中自燃发火就是一个很严重的问题。本文旨在论述自燃发火带来的危害，自燃发火形成的原因以及其影响因素。同时探讨自燃发火隐患预测预报技术以及煤炭自燃火灾防治技术。

自燃发火危害;自燃发火成因;隐患预测;防治技术

矿井火灾是煤矿安全生产的五大自然灾害之一。而根据有关部门不完全统计，超过90%的火灾事故是由于内因导致的。煤的自燃发火极易导致煤矿火灾的发生，影响安全生产，烧毁煤炭资源和矿井设备，更为严重的是火灾、瓦斯爆炸等造成的人员伤害。造成负面影响是难以估测的，所以要做好矿井火灾防治。

1 自燃发火的危害分类

1)自燃发火导致矿井火灾，火灾产生大量的热量，同时产生大量的烟，形成高温烟流。在烟流中含有大量的有毒有害气体(如一氧化碳、二氧化碳等)，而且还含有其他可燃性气体。在烟流经过的地方不仅毒化井内空气，而且可能导致再生火灾，严重危害人员安全;另一方面会导致矿井严重缺氧，进而致使人员窒息而亡。

2)如果火灾发生在有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井内，危害程度更大。火灾的发生进而导致瓦斯、煤尘爆炸的发生，甚至出现连续爆炸，扩大破坏范围。除此之外，火灾产生大量的热量，使接近火灾发生地的煤层干馏，产生可燃易爆的气体，因此，在低瓦斯、无瓦斯矿井，火灾也可能有发生瓦斯爆炸的危险。

3)火灾造成煤炭资源被毁，缩短矿井服务年限。在隔绝区内大量可采煤不能开采，造成矿井正常的生产秩序被破坏，导致采掘衔接紧张。

2 影响自燃发火形成因素

煤的自燃一般分为三个阶段，潜伏阶段、自热阶段、自燃阶段，见图1。

图1 煤的自燃阶段示意图

影响煤炭自燃发火的因素分为内因和外因两个部分，见图2。

图2 煤炭自燃发火的因素示意图

1)内因：a)煤的变质程度。一般认为，煤的煤化程度越高，其自燃倾向越小。但不能把煤化程度当作判定自燃倾向的唯一标准，从生产实践中可以得到证明，相同煤化程度的煤，有的自燃，而有的却不自燃。b)煤的水分。煤的水分在煤的自燃中不同阶段起着相反的作用。在自热阶段，水分的生成和蒸发消耗大量的热，因此，煤体中外在水分没有完全蒸发前很难达到100℃，可以解释水分大的煤为什么难以自燃。然而，水分填充于煤体的孔隙中就会把甲烷等气体排除在外，干燥后又对煤的吸附起着活化的作用，所以放在露天的煤在雨雪天气之后容易自燃。井下灌浆灭火，疏干后这种现象更剧烈，从这方面看水分有利于煤炭的自燃。c)煤岩成分。煤按化学成分可分为丝煤、暗煤、镜煤和亮煤。它们的氧化性不同，丝煤是纤维结构，表面吸附能力很强，所以吸氧能力极强，而且燃点低。所以，含有丝煤量大的自燃倾向性越大，相反，含暗煤越多，自燃倾向性越低。d)煤的含硫量。同牌号的煤，含硫矿物越多，越容易自燃。

煤的孔隙率和脆性、煤层瓦斯含量、煤层的含油量、导热性等因素也能影响煤炭自燃倾向性。但是，单纯的内因不能决定煤矿是否会自燃发火，煤炭的自燃发火需要一定时间和蓄热环境，使其温度不断地上升，主要取决于外在条件。

2)外因：a)地质因素。煤层越厚，倾角越大，自燃发火的几率就越大。煤是不良导体，因此，煤层越厚，越容易积聚热量。b)开拓方式。开拓布置对自燃发火的煤层有很大的影响，采用石门、少留煤柱、减少对煤柱的切割、岩巷开拓，有利于消除发火隐患。c)采煤方法。采出率、回采率和煤层切割等对发火均有影响。d)通风条件。通风对自燃的影响主要表现在采空区、煤壁裂隙、煤柱的漏风。漏风使这些地方的煤氧化产生热量。当风速过小，供氧不足，产热少;风速过大，产热容易被带走，都不能导致自燃。

3 自燃隐患预测预报

由煤的自燃机理可知，在煤的升温过程中会释放出特殊气体，如，一氧化碳、二氧化碳、烷烃、烯烃等气体。这些特殊气体为人们预测煤自燃的发展提供了基础。

在这些特殊气体中，选择哪种气体作为判断标准是至关重要的。一氧化碳的出现贯穿整个自燃发火的过程。烷烃几乎和一氧化碳一起出现，浓度低于一氧化碳，而且若是煤的种类不同就具有不同的显现规律。烯烃出现较晚，在110℃左右可以检测出来，此时的温度说明煤的氧化阶段处于加速阶段。炔烃出现最晚，因为在较高的温度才会出现。

根据检测出来的结果，可以有效地预报出隐患，降低火灾发生的可能性。

4 自燃火灾灭火技术

灭火技术有很多，在此主要阐述氮气及均压灭火技术，见图3。

图3 自燃火灾灭火技术流程图

1)氮气灭火技术，即用制氮设备制取氮气，利用氮气灭火。氮气灭火主要用于防治采空区瓦斯爆炸和自燃发火，加速封闭，使火灾区熄灭。但是氮气降温效果差，若是重新提供氧气，火灾区很容易复燃。所以，在开放式工作面的采空区防火中，需要有确定的氮气释放口。氮气灭火的好处是，在封闭灭火过程中，不会污染设备和设施，可以很快恢复生产。

2)均压防灭火技术，对火区或危险区的通风系统进行分析，通过均压通风治理大面积采空区漏风，来达到降低危险区氧气浓度，达到防灭火的目的。

还有其他的防治技术，如粉末灭火等。

5 结束语

了解煤自燃发火的机理和规律，认识自燃发火所导致的危害，有利于提高人们对火灾防治的意识。利用仪器测量特殊气体的含量，消除隐患，把火灾消灭于萌芽中，降低灾难发生的可能性。这将有利于矿井的安全稳定和社会快速的发展。

［1］ 张榜雄，魏锦平.综放采场自燃发火防治技术及实践［M］.北京：煤炭工业出版社，2008：11－13.

［2］ 余明高，潘荣锟.煤矿火灾防治理论与技术［M］.郑州：郑州大学出版社，2008：29.

［3］ 双鸭山矿业集团有限公司.近距离煤层群开采自燃规律及综合防治技术［M］.北京：煤炭工业出版社，2006：189－193.

［4］ 陈永峰.煤矿自燃火灾防治［M］.北京：煤炭工业出版社，2004：89－90.

Prevention and Control on Spontaneous Combustion in Stope

Cao Xing－xing，Han Bo，Ju Ming－he

The twenty － first century is China＇s high － speed development period，also is the energy consumption period.And in China＇s primary energy consumption，the proportion of coal resources is always the highest.So the situation of coal mining to national development play an important role，and in the coal mining will inevitably be a series of questions，and the spontaneous combustion is a very serious problem.This paper aims at discusses the dangers of the spontaneous combustion，the formation reason of spontaneous combustion and its influencing factors.The paper also discusses the prediction technology of spontaneous combustion hidden danger and prevention and control technology of coal spontaneous combustion fire.

Spontaneous combustion harm;Spontaneous combustion causes;Hidden trouble forecast;Prevention and control technology

TD75+2

A

1672－0652(2012)01－0016－02

2011－12－05

曹星星(1990—)，男，安徽滁州人，2009级中国矿业大学在读本科生，主要从事采矿工程的研究，(E－mail)juminghecumt@163.com