保德煤矿煤自燃火灾危险性分析

张迪 李建栋

摘要：煤炭自然是矿井安全生产的主要自然灾害之一。本文通过对保德煤矿煤自燃火灾危险性的分析，得出煤层含水率、开采工艺和采动压力等是煤自燃火灾的主要影响因素，相邻采空区和采空区“两道两线”为矿井火灾的重点防护区域。

关键词：煤炭自燃 危险性 分析

1 矿井概况

保德煤矿是中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司下属的现代化大型矿井之一，位于山西省忻州市保德县境内，距保德县城18km，行政区划隶属保德县桥头镇管辖，忻（州）-保（德）一级公路、神（木）-朔（州）铁路从井田中部通过，神朔铁路枣林集装站和桥头客运站位于井田中部，交通较为便利。矿井井田东与佘家梁、张家沟、炭岭沟、河石盘等小煤矿相接，西与苏家里村为邻，北至黄河康家滩村，南至X=4307927.000横坐标线。井田东西宽约5.7km，南北长14km，面积约55.9km2。

2 煤自燃火灾危险性分析

煤炭自燃是一个复杂的物理化学反应过程，可以定义为：煤在低温环境下与空气中的氧不断发生氧化作用（包括物理吸附，化学吸附和化学反应）而产生微小热量，且由于氧化产热速率大于向环境的散热速率，使得煤体不断积聚热量，煤体的温度缓慢而持续上升以至于达到煤的着火点而自发燃烧起来，这样的现象和过程称之为煤的自燃（或煤的自然发火、煤的内因火灾）[1，2]。煤炭的自燃能否发生除了取决于煤炭本身内存的物理、化学、力学等性质外，还与地质条件、开拓条件、通风条件等因素密切相关，采空区煤层自燃是由众多因素共同影响、相互作用的结果。

综合保德煤矿地质资料、初步设计及现场实际情况对矿井在生产过程中可能出现的煤层自燃灾害进行分析。矿井存在的火灾状态如下：①煤炭科学研究总院沈阳研究院和中国矿业大学对保德煤矿8煤层自燃倾向性进行了鉴定。结果显示：8煤层为II类自燃煤层，自燃发火期为3～6个月。但随着开采区域的不断增大，采空区范围越来越大，由此形成的密闭也会增多，并且随着井下风量和负压的进一步增大，造成遺煤更多与空气进行接触，极易形成煤自然发火隐患。因此，保德煤矿按二级自燃矿井进行设计。②由8煤的工业分析知，8煤中的水分为2.57%左右，水分含量偏低，为低水分煤；其次，由于8煤中含有大量糜棱煤和碎粒煤[3]。这些因素可造成煤层的自燃。③由于8煤较厚，平均6.83m，采用走向长壁后退式综采放顶煤开采，全部垮落法管理顶板，由此采空区遗煤较多，经过漏风供氧蓄热后容易导致采空区遗煤自然发火。④受采动压力的影响，采面之间的保护煤柱可能会被压裂破碎，使得已封闭采空区和采面之间通过裂隙形成漏风通道，这种情况容易造成已封闭采空区遗煤自燃。⑤相邻采空区较本煤层回采工作面采空区发火率高。在本煤层进行回采时，对于该工作面来说，其采空区遗留浮煤属于初次氧化，本煤层煤体的自然发火期为供氧之日到自燃之日所经历的时间。在对本煤层进行回采时，漏风现象存在于本煤层工作面与相邻采空区遗留破碎煤体之间，并且相邻采空区浮煤属于二次氧化，在该煤层的回采过程中，其开采期间经过初次氧化，在温度方面，比原生煤体相比，浮煤要高。经过再次氧化，于原生煤体和自然发火期相比，从供氧之日到自燃之日所经历的时间要短。在这种情况下，发火比较容易，导致相邻采空区易于自然发火。⑥采空区中部发火率低，采空区周边“两道”的发火率高。工作面回采以后，采空区上覆岩层移动，由于老顶及部分直接顶呈悬臂梁结构，在充分采动下，采空区中部被压实，在采空区周边，该结构与煤壁、底板形成“冒落三角形区”，沿采空区四周连通，采空区四周的范围内，既有矸石、又有浮煤，密实性较采空区中部小，成为采空区内部漏风的主要通道[4]。合适的漏风供氧蓄热条件使得周边的发火率增高。工作面的顺槽通常沿煤层底板掘进，顶部有几米厚的顶煤。顺槽在掘进时由于掘进动压的影响经常出现顶煤冒落，支护后在棚网上常常堆积有松散浮煤；当工作面回采时，在采动影响下，顺槽的顶煤进一步破碎、离层，一侧两顺槽之间的隔离煤柱也被进一步压裂压酥，漏风氧化情况恶化，极易自燃。特别在地质构造带，顺槽煤体十分破碎时，更是如此。⑦起采线和停采线自燃危险性较大。工作面的开切眼断面大、难于维护，安装设备的时间较长，安装时供风量小，风流温度也较高；初采时出切眼的高度低于煤层厚度，需逐步调整采高至煤层厚度。遗留了大量松散煤体，且工作面推进速度一般相对较慢，其氧化升温时间长，煤体温度高，使得煤体容易自燃。为了便于支架的回撤，末采时需提前降低采高，造成停采线附近采空区留有大量松散煤体，当工作面停采后不能及时撤出或封闭时，其自燃的危险性也就更高。

3 结论

通过对保德煤矿煤自燃火灾危险性的分析，得出煤层含水率、开采工艺和采动压力等是煤自燃火灾的主要影响因素，相邻采空区和采空区“两道两线”为矿井火灾的重点防护区域。

参考文献：

[1]高数山.采空区自燃发火及其预防[J].煤炭技术，2006，25（7）：65-68.

[2]牛会永，周心权，张辛亥.煤炭自燃防灭火技术的组织与管理[J].矿业安全与环保，2008，35（4）：81-82.

[3]王省生，张国枢.矿井火灾防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1990.

[4]方焕明，安树锋.综放工作面自燃火灾特点及防治[J].煤炭技术，2005，24（5）：73-75.

作者简介：

张迪（1987-），男，辽宁锦州人，神华神东保德煤矿技术员，文章研究方向：煤矿瓦斯抽放技术、煤矿防灭火技术。

李建栋（1987-），男，山西忻州人，神华神东保德煤矿副队长，文章研究方向：煤矿瓦斯抽放技术、煤矿防灭火技术。