【正文】 指標(biāo)氣體監(jiān)測(cè)記錄 ................................................................................. 59 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目錄 本章小結(jié) ................................................................................................. 69 5 主要結(jié)論 ..................................... 70 參考文獻(xiàn) ....................................... 72 致謝 ........................................... 74 附錄 ........................................... 75 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 1 1 緒 論 課題的提出 礦井火災(zāi)是指礦井井下或地面井口附近、威脅礦井安全生產(chǎn)、形成災(zāi)害的一切非控制燃燒，是煤炭生產(chǎn)中的主要自然災(zāi)害之一 [1]。 中國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)備主要集中在北方的干旱地帶上，煤炭產(chǎn)區(qū)主要有新疆、陜西、內(nèi)蒙古等地區(qū)，煤炭?jī)?chǔ)備量約 萬(wàn)億噸，約占全國(guó)煤炭資源總量的 %。 在總的礦井火災(zāi)總數(shù)中，外因火災(zāi)占比重一般為 10%左右，但危害很大，剩余的90%為內(nèi)因火災(zāi)，內(nèi)因火災(zāi)多由煤炭自燃引起。 我國(guó)煤炭自燃火災(zāi) 于 分嚴(yán)重 , 在開(kāi)采煤層中大約有 50%的礦井存在自然發(fā)火危險(xiǎn) ， 據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)煤礦自燃火災(zāi)約占礦井火災(zāi)的 70%， 一些自然發(fā)火嚴(yán)重的礦區(qū) ,如充州撫順鶴崗窯街義馬淮南六枝等其自然發(fā)火占礦井火災(zāi)次數(shù)的 90%以上 。近年來(lái)我國(guó)廣泛采用綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)，使開(kāi)采效率大幅提高。但這種采煤方法采空區(qū)遺留殘煤多、冒落高度大、漏風(fēng)嚴(yán)重，使得自然火災(zāi)發(fā)生頻繁。 煤炭作為我國(guó)的主要能源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)很重要的位置。礦井火災(zāi)是煤礦重大災(zāi)害之一，一方面礦井火災(zāi)不僅燒掉大量的 資源、材料和生產(chǎn)設(shè)備，而且由于要封閉火區(qū)，嚴(yán)重破壞了煤礦正常的生產(chǎn)秩序；另一方面燃燒消耗了風(fēng)流中的氧氣，使風(fēng)流中的氧氣體積分?jǐn)?shù)下降，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱能、有毒氣體和粉塵，嚴(yán)重污染環(huán)境。 礦井火災(zāi)的發(fā)生又是礦井瓦斯與煤塵爆炸的火源之一，我國(guó)礦井近年來(lái)發(fā)生的瓦斯爆炸的誘發(fā)原因其中之一就是煤炭自燃火災(zāi)。 而煤層自燃火災(zāi)防治是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程 , 它不僅要求礦井有合理的開(kāi)拓系統(tǒng)和開(kāi)采方法、合理的礦井采區(qū)和工作面通風(fēng)系統(tǒng)可靠的專(zhuān)項(xiàng)防山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 2 治措施和管理制度 , 還必須掌握相應(yīng)的防滅火技術(shù) 、 具有完善的防滅火系統(tǒng)及裝備 ,才能得以保障礦 井的安全生產(chǎn) 。 因此，本文主要研 究煤礦火災(zāi) 的辨識(shí)和控制技術(shù)， 這對(duì)于 煤礦 的安全生產(chǎn)和安全管理工作具有 于 分重要的意義。通過(guò)對(duì) 煤礦 所存在的火災(zāi) 隱患 進(jìn)行細(xì)致地分析，研究相應(yīng)的控制技術(shù)。并根據(jù)所研究出的控制技術(shù)，對(duì) 煤礦 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所存在的火災(zāi) 隱患進(jìn)行迅速地 分析以及進(jìn)行有效地預(yù)防和控制，確保 煤礦 生產(chǎn)的安全、有序、高效進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。此項(xiàng)研究對(duì)我國(guó) 煤礦 生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)活動(dòng)中進(jìn)行有效的安全管理，防治火災(zāi)，提高生產(chǎn)效率，具有非常重要的實(shí)踐意義。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 煤炭自燃是我國(guó)煤礦開(kāi)采過(guò)程中的主要自然災(zāi)害之一，不僅威脅井下作業(yè)人員的生命安全，而且影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行、凍結(jié)大量煤炭資源、造成采礦設(shè)備的損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)統(tǒng)配和重點(diǎn)煤礦中具有自然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井約占 47%。另?yè)?jù)不完全統(tǒng)計(jì)和實(shí)踐表明，礦井自然發(fā)火占發(fā)火總數(shù)的94%，其中采空區(qū)自燃占內(nèi)因火災(zāi)的 60%。盡管當(dāng)前礦井防滅火技術(shù)有了很大的發(fā)展，但是仍然難以杜絕煤炭自燃火災(zāi)事故的發(fā)生。 在礦山火災(zāi)的分類(lèi)辨識(shí)方面，我國(guó)的研究人員根據(jù)發(fā)生的地點(diǎn)不同 , 可分為地面火災(zāi)和井下火災(zāi)；按一次火災(zāi)所造成的人員傷亡、受災(zāi)戶(hù)數(shù)和財(cái)物損失金 額 , 可劃分為特大火災(zāi)、重大火災(zāi)和一般火災(zāi)；根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的原因 , 可分為外因火災(zāi)和內(nèi)因火災(zāi)。外因火災(zāi)是指由于外來(lái)熱源 , 如明火、爆破、瓦斯煤塵爆炸、機(jī)械摩擦、電路短路等原因造成的火災(zāi)； 內(nèi)因山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 3 火災(zāi)是指 由于煤炭或其他易燃物 在一定的條件和環(huán)境下自身發(fā) 生自身氧化積熱，發(fā)生燃燒引起的火災(zāi)。 在礦山火災(zāi) 的預(yù)控方面，主要有以下措施和方法： 與預(yù)報(bào) ： （ 1) 指標(biāo)氣體分析法 。 煤炭自燃指標(biāo)氣體是指能預(yù)測(cè)和反映其自燃發(fā)火狀態(tài)的某種氣體，這種氣體的產(chǎn)率 隨煤溫的上升而 發(fā)生規(guī)律性的變化 。（ 2)測(cè)溫法 。 測(cè)溫法是指利用溫度 傳感器對(duì)被監(jiān)測(cè)地點(diǎn)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)以發(fā)現(xiàn)煤層發(fā)火危險(xiǎn)程度的 預(yù)報(bào)方法。此方法可以直觀地了解煤層的溫度及其發(fā)火程度，對(duì)火災(zāi)預(yù)報(bào)有重要的意義。（ 3)示蹤氣體法 。 利用 6SF 等熱穩(wěn)定性較好的示蹤氣體測(cè)定采空區(qū)漏風(fēng)量的技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用。 （ 4)測(cè)氛法探測(cè)火源位置 。 因火災(zāi)的 預(yù)防 及適用條件： (1)開(kāi)拓開(kāi)采技術(shù)措施。其中包括合理的進(jìn)行巷道布置、堅(jiān)持正規(guī)開(kāi)采和合理的開(kāi)采順序和減少煤體破碎； (2)防止漏風(fēng)； (3)均壓防滅火 。 其中又包括開(kāi)區(qū)均壓和閉區(qū)均壓；（ 4）預(yù)防性灌漿；（ 5）阻化劑；（ 6）惰性氣體；（ 7）凝膠；（ 8）三相泡沫。 。（ 1）直接滅火。其中包括水滅火、泡沫滅火、水淹滅火、挖除火源、注漿滅火；（ 2）風(fēng)流控制和隔絕滅火。風(fēng)流控制的方法有短路法、調(diào)壓法、全礦反風(fēng)、局部反風(fēng)。常用密閉來(lái)隔絕滅火。 國(guó)外研究現(xiàn)狀 70 年代末，德、英、法、波、原蘇聯(lián)等國(guó)先后研究并推廣應(yīng)用了采空區(qū)巷旁充填材料、工藝及系列設(shè)備。英國(guó)的 TekPacking 高水速凝充填料，相應(yīng)的井下制漿泵輸送設(shè)備及采空區(qū)巷旁袋裝充填工藝 ； 原蘇聯(lián)東方研究所的洗煤廠尾礦地面制漿泵送下井，混合速凝水泥充填工藝 ； 日本、 波蘭的粉煤灰、水泥地面制漿泵壓下井，采空區(qū)巷旁袋裝充填工藝 ； 英國(guó)的輕質(zhì)發(fā)泡水泥漿充填及發(fā)泡水泥砌塊隔墻堵漏風(fēng)等。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 4 國(guó)外最先采用氮?dú)夥罍缁鹗窃谖鞯逻M(jìn)行， 1974 年西德首先采用大量氣體注氮防滅火，其后法國(guó)、英國(guó)、波蘭、蘇聯(lián)等主要產(chǎn)煤國(guó)也都先后采用了氮?dú)夥罍缁鸱椒?。?guó)外（如德國(guó)、英國(guó)）已將其列為撲救井下火災(zāi)的一種標(biāo)準(zhǔn)方法，德國(guó)在 80 年代研制了移動(dòng)式制氮裝置，這些裝置可快速運(yùn)到任何地點(diǎn)的礦井使用。近年來(lái)德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)地面移動(dòng)式制氮設(shè)備的產(chǎn)氮量達(dá) 1200 hm3 ，產(chǎn)氮量在 5000 hm3 的設(shè)備在研發(fā)中。 惰泡防滅火是 70 年代興起的防滅火技術(shù)，進(jìn)入 80 年代以來(lái)，前蘇、法等主要產(chǎn)煤國(guó)家開(kāi)發(fā)了惰氣泡沫壓注技術(shù)防治采空區(qū)浮煤自燃，取得了較為顯著的成效，該技術(shù)能起到降溫，減少漏風(fēng)，降低采空區(qū)氧濃度等作用。但惰泡在碎煤中壓注，發(fā)泡性能很差，起泡倍數(shù)低，若僅起阻化劑作用，則成本太高，且有效率太低。對(duì)己形成高溫的浮煤，僅依靠惰泡隔氧滅火，需注泡量很大，且一旦停止注泡很易復(fù)燃。 研究 思路 與方法 本文主要借助于畢業(yè)實(shí)習(xí)，通過(guò)廣泛收集和整理資料、聽(tīng)從專(zhuān)業(yè)人 員的講解、聯(lián)系實(shí)習(xí)實(shí)踐并廣泛參考相關(guān)文獻(xiàn)，在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下，綜合運(yùn)用自己所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究思路，對(duì)本課題進(jìn)行研究。依據(jù)相關(guān)資料和實(shí)習(xí)經(jīng)歷，并研究各種預(yù)控技術(shù)，及時(shí)預(yù)防和控制火災(zāi)事故的發(fā)生，盡量降低火災(zāi)事故所帶來(lái)的損失，保護(hù)生命和財(cái)產(chǎn)的安全，確保 煤礦 企業(yè)安全、有序、高效的進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)。 論文的研究技術(shù)路線圖如圖 所示： 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 5 圖 技術(shù)路線圖 騰東煤礦概況 半孤島工作面自然發(fā)火特點(diǎn) 3 下 105 工作面自然發(fā)火防治技術(shù) 確保 3 下 105 工作面安全高效回采 半孤島工作面防滅火技術(shù)研究 煤炭自然發(fā)火影響因素 煤炭自然發(fā)火早期識(shí)別與預(yù)防 煤炭自然發(fā)火防治技術(shù) 溫度檢測(cè) 指標(biāo)氣體檢測(cè) 應(yīng)用效果分析 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 6 2 煤炭自然發(fā)火基本理論 礦井火災(zāi)事故，特別是自然發(fā)火事故，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的危害在某種意義上來(lái)說(shuō)并不亞 于瓦斯、煤塵爆炸事故。煤炭自然發(fā)火與外因火災(zāi)相比，具有發(fā)生、發(fā)展緩慢并有規(guī)律的演變過(guò)程，可在他的初期 發(fā)現(xiàn)。但是，由于它大多數(shù)發(fā)生在人們難以達(dá)到的采空區(qū)、破裂的 煤柱之內(nèi)，所以，有時(shí)人們即使發(fā)現(xiàn)了自然發(fā)火征兆，也不容易找到真正的火源點(diǎn)；加之在自然發(fā)火初期，礦內(nèi)空氣溫度、氣體成分和濕度的變化都比較小，就更難以發(fā)現(xiàn)；一旦發(fā)現(xiàn)其外部征兆，煤炭自燃已發(fā)展到后期。所以，自燃火災(zāi)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)和礦工的生命的危害性更大。 煤炭自然發(fā)火影響因素 自燃火災(zāi)形成的過(guò)程是許多因素綜合作用的結(jié)果，但煤層的自燃性能是起決定性作 用的 因素，其 它因素起加劇和增加危險(xiǎn)程度的作用。 影響煤炭自燃的內(nèi)在因素 影響煤炭自燃的主要內(nèi)在因素是 煤的自燃性能 ， 煤的自燃性能主要受下列因素影響 [2]： （ 1)煤的變質(zhì) 程度 。煤的變質(zhì)過(guò)程伴隨著煤分子結(jié)構(gòu)的變化，煤化程度越高，煤體內(nèi)含有的活性結(jié)構(gòu)越少，所以 煤 的變質(zhì) 程度是影響煤炭自燃傾向性的決定性因素。 就整體而言，煤的自燃傾向性隨煤 的變質(zhì) 程度增高而降低，即自燃傾向性從褐煤、長(zhǎng)焰 煤、煙煤、焦煤至無(wú)煙煤逐漸減小。例如： 和Y. (1999)采用交 叉點(diǎn)溫度法對(duì)煤化程度的 影響作用研究表明，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 7 隨著煤化作用增大，煤的自燃性逐漸減弱。彭本信， Ogunsola(1991)及戴中蜀 (1999)等學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)隨著煤 化程度 提高，煤的氧化放熱量是按照褐煤 長(zhǎng)焰煤 氣煤 肥煤 焦煤 瘦煤 貧煤 無(wú)煙煤 的趨勢(shì)呈有規(guī)律的變化。因而許多研究者以煤變質(zhì)程度來(lái)判斷自燃趨勢(shì)。 局部而言，煤層自燃傾向性與煤 的變質(zhì) 程度之間表現(xiàn)出復(fù)雜的關(guān)系，即同一煤化程度的 煤在不同的地區(qū)和不同的礦井，其自燃傾向性可能有較大的差異。 （ 2)煤的 粒度、孔隙特征和 破碎 程度。完整的煤體一般不會(huì)發(fā)生自燃，一旦受壓破裂，呈破碎狀態(tài)存在， 其自燃性能顯著提高，這是因?yàn)槠扑榈拿禾坎粌H與氧氣接觸的表面積增大，而且著火溫度也明顯降低。 有人研究，當(dāng)煤粒度小于 1mm 時(shí)氧化速率與粒度無(wú)關(guān)，并認(rèn)為孔徑大于 10nm 的孔在煤氧化中起重要作用。根據(jù)波蘭的試驗(yàn)，當(dāng)煙煤的粒度直徑為 ～ 2mm 時(shí)，其著火點(diǎn)溫度大多在 330～ 360℃ ；粒度直徑小于 1mm 時(shí)，著火點(diǎn)溫度可能降低到 190～ 220℃。因此，可以說(shuō)，煤的自燃性隨著其孔隙率、破碎度的增加而上升。這也是煤礦井下自燃多發(fā)在粉煤及碎煤集中的地方的原因。如采空區(qū)周?chē)吘壍貛?，在垮塌的煤壁和受壓破裂的煤柱等地方? 高桑功 等 (1977) 研究認(rèn)為 ： 煤的破碎性通常用硬球指數(shù)表示，硬球指數(shù)即是試 驗(yàn)煤樣與標(biāo)準(zhǔn)煤樣在同一外力的作用下，其暴露的表面積之比值。粒度越細(xì)，比表面積成指數(shù)的增大，粉碎后煤的傳熱性能大幅減弱，而氧化條件卻變得有利，以氧化蓄熱量 kQ 表示自燃性時(shí)，氧化蓄熱量與比表面積 S的關(guān)系可表示為 ： Q K =K1 ? ， 隨 著煤粒 度不同，煤粉碎前后之氧蓄熱量為 ： 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 8 ? ? ?????? ??? ?前后 （ ） Schroder、松樸茂雄研究表明煤粒越小，自燃傾向勝越大 ： Oreshko 認(rèn)為煤的低溫 氧化速率與煤孔隙的容積有關(guān)，而不是內(nèi)表面積。 Schmidt[3]認(rèn)為氧化速率與內(nèi)煤粒外 表面積的立方根成正比 ； Carpenter 和 Sergeant (1996)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)煤粒徑低于某個(gè) 臨界粒徑 (一般為 138～ 387um)時(shí)，氧化速率基本與粒徑無(wú)關(guān) ： Karsner(1981)的研究表明當(dāng)粒徑在 時(shí)氧化速率與粒徑無(wú)關(guān) ； Bouwman(1996)指出大 孔在煤的氧化行為中占支配地位，空氣的滲透為擴(kuò)散控制 ； Kaji（ 1985)通過(guò)對(duì)不同 變質(zhì)程度的煤