煤矿煤层自然发火原因分析及防治措施

工业技术　２０１５年第７期Ｉ科技创新与应用　煤矿煤层自然发火原因分析及防治措施　张盛祥　摘　要：煤矿井下火灾一直是危害工作人员生命安全的重大灾害之一。为了充分保障井下煤矿工人的生命安全，我们必须在全　面掌握煤矿井下产生煤炭自然发火的原因，分析出煤矿井下煤炭自然发火的规律的基础上，从矿井自然发火防治方面提出了防　治煤炭自燃的防治措施。　关键词：煤矿：火灾；防治　１我国煤矿井下煤炭自然发火防治现状　目前，我国煤矿井下煤炭自然发火情况十分严重，其中有一半　以上的煤矿存在煤炭自然发火的隐患，与此同时，我国统一配制和　重点建设的煤矿中，存在自然发火危险的矿井高达４７％，如此严峻　的状况，令人担忧。据统计，我国煤矿井下煤炭自然发火次数约占煤　矿总发火次数的９４％，其中煤矿采空区自然发火约占内因造成火灾　的６０％。煤矿井下煤炭自然发火而引起的火灾常常导致工作面被封　闭，以致大量的煤炭资源和许多贵重的生产设备遭到冻结，甚至致　使工作面和采区的风流混乱，使得煤矿的采矿工作无法正常运转，　造成不必要的人员伤亡。因为我国火灾理论研究起步比较晚，缺乏　完善的防火、灭火机制，更缺乏配套的技术与设备，存在一系列需要　解决的问题。所以，如何更好的开展矿井火灾防治工作依然是我们　研究的重点之一。　２矿井煤炭自然发火的因素　２．１煤具有自燃倾向性且呈破碎状态堆积至一定厚度　当具有自然发火倾向性较大的煤遭受到挤压而破碎并沉积到　定厚度的时候，煤便有可能自然发火，而堆积地比较薄的一些浮　煤因为产生的热量比较少而且蓄积的热量条件差，所以很难发生自　然发火的现象。针对煤的破碎程度与煤自燃之间的关系，国内外有　了一定的研究成果，一般情况下，浮煤积攒到１毫米左右的时候最　容易引起自燃；其中在浮煤堆积的厚度方面，前苏联的一个学者曾　经也提出过浮煤自燃的临界，他指出浮煤堆积的厚度达到４Ｏ厘米　的时候，最容易引起自燃。但是在实际上，浮煤自燃的临界厚度并不　是一个确定的值，它根据煤自身的特性、煤体温度以及漏风强度的　不同而有所差异，所以应该依据煤矿现场的实际状况确定浮煤自燃　一的堆积厚度。　２．２有持续的通风和供氧条件　氧气是致使煤发生自燃的一个必要条件，只有当含有足量氧气　的风持续不断地吹向破碎的煤体的时候，煤体的自然发火的过程才　有可能持续不断地发展下去，并出现自燃的现象。　２－３容易积聚热量　煤在氧化与自燃的过程中需要具备良好的积聚热量的环境，如　果没有这种环境，煤体的温度便不会升高，更不会出现有燃的现象。　如果在通风的条件下，致使煤氧化过程中释放出的热量无法积聚更　无法氧化升温的风速称为“临界风速”，针对临界风速的值还没有确　定，一般情况下，当风速在０．１至０．２４米份时，最容易引起煤的自　燃。一些学者还在通风量的角度对煤氧化的过程中蓄积热量的环境　进行了剖析，得出通风量连续为０．４至０．８米／分的时候，煤最容易　产生自燃。　２．４连续一定的时间　只有煤氧化并放热的现象持续一定时间才会出现煤自燃。在温　度比较低的时候，煤氧化过程的进程非常缓慢，释放出的热量也比　较少，而且其中大部分的热量会通过风吹和热传导散失，只有少部　分的热量可以保留下来，并在煤体内为煤的进一步氧化提供所需要　的热量，并使得煤体的温度逐渐升高。煤自然发火的根本原因是煤　发生了化学变化，而这种情况只有当煤体到达一定温度后才有可能　出现，破碎的煤体如果从比较低的温度中氧化并发展到自燃需要一　段相当长的时间，而这段时间就是煤的自然发火期。　３防治自燃的技术措施　３．１完善开采技术预防煤炭自燃的措施　（１）长壁式开采煤矿。采用当代先进的科学技术，综合化的机　械，开采煤矿，这不仅可以提高开采煤炭的产量，而且可以在时间和　空间上降低煤炭氧化的程度。（２）采取恰当的开采煤矿办法，同时也　需要选取适合的顶板管理措施。首先，可以采取灌浆或者采用水砂　类的充填物等充填的办法管理空白区，从而降低煤自燃的可能性。　（３）采用垂直重叠的办法布置区间的煤巷。此种布局的优点是：在降　低煤柱的尺寸甚至消除煤柱的基础上，消灭煤炭自燃的必备条件。　（４）推广无煤柱的煤炭开采技术。　３．２通风措施预防自然发火的措施　（１）选择恰当的通风系统。依据开采煤炭的方案，选择科学的通　风方式。例如，如果采用前进式的开采方案，就选择对角式的通风方　式；如果采用后退式开采方案，就选择中央式的通风方式，这样可以　降低采空区通风的程度，进而减少煤炭自燃的可能性。（２）采取分区　通风。在每一个开采区都设置单独的回风巷，采取分区通风。这样不　仅会减小矿井内通风的阻力，提高矿井内通风能力，也有利于调节　风力和隔绝火区。（３）采用恰当的采区与工作面通风系统。尽量降低　采空区的通风压差是选择优良的采取与工作面通风系统时必须坚　持的原则。若选择采空区漏风的情况比较严重的工作面，当工作面　比较短小的时候可以采用Ｕ式的通风系统，如果工作面比较长的时　候可以采用ｗ式的通风系统。　３－３介质法预防自然发火的措施　（１）灌浆技术。灌浆技术是一种简易而可靠的防火、灭火的技　术。在部分缺乏灌浆材料的矿区，可以采用注水来取代灌浆，从而增　加煤体中的水分，提高防灭火的效果。灌浆技术的优点如下：第一，　包裹住煤体，进而隔绝氧气与煤的接触；第二，吸收热量，降低煤体　温度；第三，工作流程简单；第四，操作成本低廉。但是这种办法也存　在着一定的缺点：第一，只能向地势相对较低的部位流而不能向比　较高的地方堆积，同时对顶板煤体更起不到防灭火的功效；第二，浆　体可以均匀地覆盖住浮煤，同时覆盖的面积比较小；第三，容易出现　跑浆以及溃浆的现象，破坏矿井下的工作环境，降低煤炭的质量。　（２）阻化剂防灭火技术。阻化剂是将卤化物或水溶液渗入煤体的裂　缝中，并覆盖在煤体的表面，进而使煤体隔绝氧气。与此同时，卤化　物可以吸收周围的水分并覆盖在煤体的表层，进一步隔绝氧气，防　止煤自燃。但是阻化剂技术也存在一些缺点，例如，其不易均匀地分　布在煤体表层，并且喷洒的工作技术要求较高，其实施的难度较大；　与此同时，阻化剂会腐蚀矿井下的设备，甚至危害到矿井下人员的　身体健康。（３）惰性气体技术。氮气是主要的惰性气体，其可以采取　的方式如下：深冷空分、中空纤维分离以及碳分子筛变压吸附。采用　此种技术的优点是：第一，降低区域内氧气的浓度；第二，使火区中　的可燃性气体瞬间失去其爆炸性；第三，对矿井下的设备和人员没　有任何伤害。但其存在的缺点是：第一，不容易停留在某一地区，易　于随着风而逐步扩散；第二，注射氮气的机械需要经常采取维护措　施；第三，降低气温而灭火的办法，效果比较差。（４）惰性气体泡沫技　术。目前，惰性气体泡沫防火、灭火的材料主要有氮气泡沫和二氧化　碳泡沫两种。在矿井下灭火的时候，可以采取钻孔压注的方法，把溶　液注到煤自燃的地方。此种技术可以使泡沫均匀分布，适合当采空　区和煤堆深部的煤炭自燃的时候采用。但是泡沫很容易被蒸发，如　果其被蒸发，其防火、灭火的功效就随之消失了。　４结束语　为了有效防治矿井下的火灾，提高煤矿生产中的安全性，我们　有必要在根据煤矿生产的实际状况的基础上，对矿井煤炭自燃的过　程开展进一步的探究。矿井下煤炭自然发火受到许多因素的影响，　由其发生的必然性和偶然性，我们需要研究开发并应用先进的防　火、灭火技术与设备，采取综合的办法有效防治矿井下的火灾。　参考文献　ｎ１鲍庆国，等．煤自燃理论及防治技术『Ｍ１．煤炭工业出版社，２００２．　［２］严民杰．纳林庙煤矿采空区自然发火的综合防治技术研究［Ｊ］．中国　矿业，２０１０，８．　［３】缪寅生，杨建成，邱晓玲．靖远矿区煤层自然发火的原因及防治［Ｊ】．　煤．２００５，３．　—．７９——