煤层自然发火机理及其规律与防治应用

井庆辉 陈西东 李建锋

摘要：煤层自燃是多方面因素共同作用的，其发火原因复杂，在煤层自燃火灾防治技术运用上积极深入了解煤层自然发火机理及其规律极为重要，以便针对自然发火机理及规律制定更适宜的防治措施。

关键词：煤层；自然发火机理；规律；防治应用

一、煤层自然发火机理的评论

煤层自然发火期是指在开采过程中暴露的煤炭，从接触空气到发生自燃的一段时间。影响发火期的因素：煤的自燃倾向性、地质因素、开采方法和通风条件等，另外还与煤层的自燃危险程度、煤炭氧化发热与聚热的条件有关。而造成这一现象产生的原因包括煤的的化学成分及变质程度、孔隙率、 吸氧性、温度、地质构造等自然内部因素，也包括开采技术等人为外部因素。

二、煤层自燃发火主要存在地点及其规律：

1、煤巷的冒顶、垮帮处：巷道断层附近易于出现冒顶，由于风流冲刷不到冒顶、垮帮深部，煤炭氧化热量易于积存，使煤体热量积聚而导致自燃。

2、采煤工作面采空区遗煤，上下隅角处容易发火：当工作面推进速度低于采空区遗煤氧化升温带宽度时，氧化升温带内煤炭氧化蓄热，煤体存留时间可能超过自然发火期而出现自燃；采煤工作面上下隅角煤帮塌落不实， 易形成三角区，出现漏风通道，且易堆浮煤，为煤炭自然发火提供了物质条件。

3、切眼附近和停采线处容易发火：综放开采开切眼处，由于综放开切眼托顶煤较厚且开切眼宽度大，支护不当时，易造成冒顶现象，工作面安装速度慢，超过自然发火期，发生煤炭自燃事故；停采线处易发火，在开采下部分層时，上部分层的停采线遗煤容易出现自然发火，停采线是压差最大的漏风通道，若两端密闭墙封闭不严，停采线处煤炭易于自然发火，特别是在厚煤层分层开采时，表现更为突出。

三、煤层自燃防治应用

目前的煤层自燃火灾防治技术主要从以下三个方面入手：一是隔离煤与氧气的接触，使其窒熄；二是降低煤温，抑制煤的氧化放热强度，随着煤温下降，煤的氧化放热强度降低，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。

1、堵漏防灭火技术：在煤炭的氧化过程的热平衡关系中，漏风起两个方面的作用，一是向煤炭提供氧化所必需的氧气，二是带走氧化生成的热量。一般漏风较小，起到前者的作用，对漏风进行有效的封堵，断绝浮煤氧气的供给可以较好的防治煤层自燃火灾的发生。在我国大部分煤矿井下，比较常用的堵漏手段是水泥喷浆、泡沫喷涂和粉煤灰堵漏等。

2、胶体防灭火技术：胶体防灭火技术是近年来发展起来的新型防灭火技术。胶体材料在设定时间和范围内发生胶凝作用，有效地钝化煤表面活性基团，隔绝氧气，吸热降温，终止氧化，并能降低水煤气爆炸伤人危险。它具有灭火速度快、安全性好、火区启封时间短、复燃性低等特点。

3、均压技术：均压技术又称调压技术，所谓的均压是指均衡漏风通道进出口两端的风压以杜绝或减少漏风量的措施，通过破坏煤炭自燃的四个必要条件之一，从而达到防火和灭火的目的。首先，要在保证冲淡有毒有害气体，使风速、气温适宜的情况下，全面施行区域性均压通风，为保证风速稳定，避免风量忽大忽小，应加强井下通防设施巡查维护及有毒有害气体检测，及时对工作面全面测风，发现问题以便及时处理。

4、注浆技术：注浆防灭火技术措施至今已经发展形成几种比较成熟的工艺。其主要作用就是隔氧和降温，即通过浆体材料包裏煤体，隔绝煤氧的接触，胶结顶板，降低采空区空隙率，增加漏风阻力，防止煤的氧化。注浆量根据现场实际及工作面出水情况而定，还必须根据现场仰俯采实际实施。

5、阻化剂防火：阻化剂又称为阻氧剂，主要指一类有机盐类化合物。将此类溶液喷洒在煤壁上、采空区或者注入煤体内，具有阻止氧化，防治自燃的作用。它的作用机理是：增加煤在低温时的化学惰性，或提高煤氧化的活化能；形成液膜包围煤块和煤的表面裂隙面；充填煤柱内部裂隙；増加煤体的蓄水能力；水分蒸发吸热降温。其实质是降低煤在低温时的氧化速度，延长煤的自然发火期。

6、注惰性气体：注惰性气体也是煤矿井下常用的防灭火手段之一，矿井防灭火所用的惰气与化学上的惰气在概念上有所区别，是指不能助燃的气体，目前国内外使用的惰性气体主要有CO2、N2。注CO2、N2前必须根据现场仰俯采实际实施，并且制定严密的技术措施，注CO2、N2期间重点监测工作面及回风隅角气体变化，回风隅角安设氧气传感器，以加强现场观测。应根据采空区“三带”动态变化规律，结合煤层最短自然发火期和工作面日推进速度，合理确定注氮时间和注氮口转换周期，使氧化自燃带始终处于被注入氮气惰化覆盖的状态，从而有效抑制采空区自然发火。

7、建立完善的监测监控系统。确定煤层自然发火标志气体及临界值，开展自然发火预测预报工作，建立健全监测系统。利用安全监控系统，24小时实时监测工作面回风隅角、工作面回风流的气体变化，重点监测、掌握一氧化碳、瓦斯、温度变化；利用束管系统每天抽气分析回风隅角及采空区的气体，及时掌握现场数据；瓦斯检查员三班现场检查工作面、回风隅角及回风流的气体，每班向调度室报岗汇报气体情况，发现异常及时处理并汇报；加强人工取样监测，安排专人每周对工作面隅角、架间、回风流、高位区、采空区及可能积热着火的地点取样监测，以便及时预报。

8、及时封闭与采空区连通的巷道及各类废弃钻孔，采煤工作面回采结束后45天内进行永久性封闭。根据地质条件，煤层赋存，合理确定停采线位置，采用双道密闭的方法进行封闭。在实施正常密闭的基础上，在相隔3至6m处再构筑一道密闭，中间充填树脂发泡剂SPA-2材料。不但加固了密闭强度，杜绝了漏风，还有效地抗击了周边动压的影响。

9、加强工作面长短臂注水工作，使煤体湿润，不仅起到防尘效果，同时降低了煤体表面的温度，又可以降低有害气体浓度。

因此，应根据煤层自然发火机理及变化规律，结合煤层最短自然发火期和工作面日推进速度，合理确定防治措施，积极处于主动状态，才能有效抑制煤层自然发火，保障矿井能和谐的安全生产，减少资源浪费，提高经济效益。

参考文献：

[1]鲍庆国，文虎，等.煤自燃理论及防治技术[M].北京：煤炭工业出版社，2002.

（作者单位：枣矿集团滕东煤矿）

作者简介：井庆辉，男，汉族，1978年出生，毕业于华北科技学院采矿工程专业，现为山东省枣矿集团滕东煤矿通防科技术员。