【正文】 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)測溫法。測溫法是指利用溫度傳感器對被監(jiān)測地點(diǎn)進(jìn)行溫度監(jiān)測以發(fā)現(xiàn)煤層發(fā)火危險程度的預(yù)報方法。此方法可以直觀地了解煤層的溫度及其發(fā)火程度，對火災(zāi)預(yù)報有重要的意義。（3)示蹤氣體法。利用等熱穩(wěn)定性較好的示蹤氣體測定采空區(qū)漏風(fēng)量的技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用。6SF（4)測氛法探測火源位置。：(1)開拓開采技術(shù)措施。其中包括合理的進(jìn)行巷道布置、堅持正規(guī)開采和合理的開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)。常用密閉來隔絕滅火。 國外研究現(xiàn)狀70 年代末，德、英、法、波、原蘇聯(lián)等國先后研究并推廣應(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。國外最先采用氮?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、英國、波蘭、蘇聯(lián)等主要產(chǎn)煤國也都先后采用了氮?dú)夥罍缁鸱椒?。國外（如德國、英國）已將其列為撲救井下火?zāi)的一種標(biāo)準(zhǔn)方法，德國在 80 年代研制了移動式制氮裝置，這些裝置可快速運(yùn)到任何地點(diǎn)的礦井使用。近年來德國、英國、法國地面移動式制氮設(shè)備的產(chǎn)氮量達(dá) 1200 ，產(chǎn)氮量在 5000 的設(shè)備在研發(fā)中。hm3 hm3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，前蘇、法等主要產(chǎn)煤國家開發(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)，通過廣泛收集和整理資料、聽從專業(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)的專業(yè)知識，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究思路，對本課題進(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)事故所帶來的損失，保護(hù)生命和財產(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。論文的研究技術(shù)路線圖如圖 所示：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)火早期識別與預(yù)防煤炭自然發(fā)火防治技術(shù)溫度檢測指標(biāo)氣體檢測應(yīng)用效果分析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，對煤礦安全生產(chǎn)的危害在某種意義上來說并不亞于瓦斯、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、長焰煤、煙煤、焦煤至無煙煤逐漸減小。例如：和 Y. (1999)采用交叉點(diǎn)溫度法對煤化程度的影響作用研究表明，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焰煤氣煤肥煤焦煤瘦煤貧煤無煙煤的趨勢呈有規(guī)律的變化。因而許多研究者以煤變質(zhì)程度來判斷自燃趨勢。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，這是因為破碎的煤炭不僅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 時氧化速率與粒度無關(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，當(dāng)煙煤的粒度直徑為 ～2mm時，其著火點(diǎn)溫度大多在 330～360℃；粒度直徑小于 1mm 時，著火點(diǎn)溫度可能降低到 190～220℃。因此，可以說，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)周圍邊緣地帶，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 表示自燃性時，氧化蓄熱量與比kQ表面積 S 的關(guān)系可表示為： K=?，隨著煤粒度不同，煤粉碎前后之氧蓄熱量為： ??. ??????????前后Q （）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)煤粒徑低于某個臨界粒徑(一般為 138～387um )時，氧化速率基本與粒徑無關(guān)：Karsner(1981)的研究表明當(dāng)粒徑在 時氧化速率與粒徑無關(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)通過對不同變質(zhì)程度的煤在30～250℃的氧化行為進(jìn)行研究后，指出當(dāng)煤粒度lmm 時氧化速率與粒徑無關(guān)，并認(rèn)為孔徑100 埃的孔在煤氧化中起主要作用；A. Kucuk[4]（2022)等通過對土耳其褐煤實(shí)驗研究，得出混合粒度煤樣的氧化速率大于單一粒度煤樣的氧化速率。（3)煤巖成分。煤巖成分對煤的自燃傾向性表現(xiàn)出一定的影響，但不是決定性的因素。煤巖成分一般分為絲煤、暗煤、亮煤和鏡煤四種。各種單一的煤巖成分具有不同的氧化活性，其氧化能力按鏡煤亮煤暗煤絲煤的順序遞減。具有纖維構(gòu)造而表面吸附能力很高的絲煤在常溫下吸氧能力極強(qiáng)，著火點(diǎn)低（僅為 190～270℃），可以起到“引火物”的作用，含絲煤越多，自燃傾向性就越強(qiáng)。鏡煤與亮煤脆性大，易破碎，而且灰分小，在其次生的裂隙中常常充填有黃鐵礦，開采中易碎為微細(xì)的顆粒，細(xì)微狀的煤?；螯S鐵礦都有較高的自燃氧化性能，因此它的氧化接觸面積大，著火溫度較低，故鏡煤與亮煤在絲煤吸附氧化升溫的促使誘導(dǎo)下很容易自燃。（4)煤中的瓦斯含量。煤中瓦斯存在和放散影響吸氧和氧化過程進(jìn)行，它類似用惰性氣體稀釋空氣對氧化發(fā)生的影響。實(shí)驗表明，吸氧僅發(fā)生在煤中瓦斯含量小于某一數(shù)值的條件下，如果煤中含有較多的瓦斯，那么其吸氧減弱。但也有人認(rèn)為，煤吸附瓦斯與吸附氧的機(jī)理不同，因此影響不大。若煤層中含有較多的瓦斯，由于瓦斯占據(jù)了煤的孔隙空間和內(nèi)表面，降低了煤的吸氧量，所以其自燃危險性較小。有的研究表明，當(dāng)煤層中的剩余瓦斯含量大于 5 時，自燃難以發(fā)生；瓦斯涌出速度高時，很難發(fā)tm3生煤的氧化，但是瓦斯涌出速度小于 ～ 時，瓦斯涌出對煤hgml?的氧化過程沒有影響。（5)水分。煤中的水分是影響其氧化程度的重要因素，在煤的自熱階段，由于水分的生成和蒸發(fā)必然要消耗大量的熱。煤體中外在水分沒有全部蒸發(fā)之前很難上升到 100℃，這就是水分大的煤炭難以自燃的原因。但是，煤中的水分又能充填于煤體微小的孔隙中，把氮?dú)?、二氧化碳、甲烷等氣體排除，當(dāng)干燥以后對煤的吸附起活化作用。水分的催化作用隨煤溫的增高而增大。所以，地面煤堆在雨雪之后容易發(fā)生自燃，井下灌溉滅火，疏干之后自燃現(xiàn)象更為強(qiáng)烈。另外，對于有黃鐵礦的煤層，水分是促使黃鐵礦分解不可缺少的條件。從這方面看，水分又有利于煤炭自燃的發(fā)生。（6)煤中硫和其他礦物質(zhì)。煤中硫有三種存在方式：硫化鐵即黃鐵礦、有機(jī)硫以及硫酸鹽。對煤自燃起主導(dǎo)作用的是黃鐵礦。黃鐵礦的比熱容小，它與煤吸附相同的氧量而溫度增值比煤大 3 倍。黃鐵礦在低溫氧化時產(chǎn)生硫酸鐵以及硫酸亞鐵，體積增大，使煤體膨脹而變得松散，增大了氧化表面積而且其分解產(chǎn)物比煤的吸氧性更強(qiáng)，能將吸附的氧轉(zhuǎn)讓給煤粒使其發(fā)生氧化，在煤中含黃鐵礦越多就越容易自燃。我國許多高硫礦區(qū)如貴州的六枝，四川的芙蓉和中梁山，江西的萍鄉(xiāng)、英崗嶺，湖南的楊梅山均屬于自燃比較嚴(yán)重的礦區(qū)。統(tǒng)計資料表明，含硫大于 3%的煤層均為自燃發(fā)火的煤層，其中包括無煙煤。Herman (1994)綜合使用 XRD，SEM，EDXA 和 Mossbauer 波譜等手段考察了煤中礦物質(zhì)在低溫氧化過程中的變化，指出含 Ca 礦物對煤的低溫氧化起催化作用，還有的學(xué)者認(rèn)為菱鐵礦等含二價鐵離子的礦物對自燃也有較大影響，尤其是在 Co、Mn 等離子的催化作用下，它們更容易氧化并有利于過氧化物的產(chǎn)生。因此，煤中物質(zhì)放熱性的強(qiáng)弱與煤中無機(jī)礦物的成份、含量密切相關(guān)，也與氧含量和煤層含水量有關(guān)。上述各種因素在煤炭自燃過程中起著重要的作用。但是，煤炭自然發(fā)火，并不是從它一暴漏于空氣中就自燃，而是需要經(jīng)過一定的時間，需要一定的蓄熱環(huán)境，使它的溫度不斷上升，這在很大程度上還取決于外在條件，單純的內(nèi)在條件不能決定礦井是否自然發(fā)火以及它的嚴(yán)重程度。 影響煤炭自燃的外在因素煤炭自燃傾向性是煤的一種自然屬性。實(shí)驗證明，它取決于煤在常溫下的氧化能力，是煤層發(fā)生自燃的基本條件。然而在生產(chǎn)中，一個煤層或礦井自然發(fā)火危險程度并不完全取決于煤的自燃傾向性，還受煤層的地質(zhì)賦存、開拓、開采和通風(fēng)條件的制約。（1)開采技術(shù) [5]事實(shí)表明，礦井的開拓方式、采區(qū)巷道布置、回采方法和回采工藝、通風(fēng)系統(tǒng)和技術(shù)管理等開采技術(shù)和管理水平，對自然發(fā)火起決定性影響。許多開采同一煤田、相同煤層的不同礦井，甚至同一礦井不同的開采時期，在煤的性質(zhì)、煤層賦存條件基本相同的礦井，但由于以上因素的差異，造成自然發(fā)火的次數(shù)明顯不同。開采技術(shù)對自然發(fā)火的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1)開拓方式。實(shí)踐經(jīng)驗表明，開拓布置對自然發(fā)火煤層的礦井影響很大。要求巷道系統(tǒng)簡單，采用石門、沿巷開拓、少留煤柱、較少對煤體的切割，這對消除發(fā)火隱患是積極地、有利的。2)采煤方法。采煤方法對發(fā)火的影響主要表現(xiàn)在回采率的高低、回采時間的長短及頂板管理和煤層切割等方面。如高落式、刀柱式，長壁式采煤法留煤皮假頂以及回采率較低的水力采煤法對防火均不利。3)通風(fēng)條件。通風(fēng)對自燃的主要影響主要表現(xiàn)在采空區(qū)、煤柱、煤壁裂隙的漏風(fēng)。漏風(fēng)使這些地點(diǎn)煤氧化生熱，生熱多少和生熱能否積聚取決于漏風(fēng)風(fēng)速的大小。當(dāng)風(fēng)速過小時，漏風(fēng)供氧量很小，氧化生熱小，不易自熱和自燃；當(dāng)漏風(fēng)風(fēng)流過大時，供氧充足，氧氣生成的熱量可被風(fēng)流帶走，同樣不能形成熱量積聚，不會發(fā)展成為自燃火災(zāi)。只有當(dāng)漏風(fēng)既有較充分的供氧條件，同時氧化生成的熱不易帶走，熱量積聚起來，自燃才能成為可能。對應(yīng)于實(shí)際中主要是通過漏風(fēng)和擴(kuò)散供氧，因此，對于開采自燃煤層的礦井，要求低風(fēng)壓通風(fēng)(采空區(qū)風(fēng)壓不宜于超過 200Pa，礦井風(fēng)壓不得超過 3000Pa)，待超過時及時封閉。有的學(xué)者研究過引起煤炭自燃的風(fēng)速值范圍，認(rèn)為風(fēng)速 ～時最容易引起自燃，并將其成為易自燃風(fēng)速；另一些學(xué)者認(rèn)為易min3自燃風(fēng)速為 ～ 對于采空區(qū)，有人認(rèn)為當(dāng)其單位面積上漏風(fēng)min3量大于 或小于 都不會自燃，最危險的漏風(fēng)量是i3 i3～ 。n（2)地質(zhì)因素主要有：1）傾角：煤層傾角較大時，特別是急傾斜煤層，由于采煤方法等原因往往造成較多丟煤，且采空區(qū)封閉困難，所以其自燃危險性較大。2）煤層厚度：實(shí)踐證明，煤層的厚度越大，自然發(fā)火的危險性越大。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，有 80%的自燃火災(zāi)發(fā)生在厚煤層中。究其原因，主要有下面幾點(diǎn)：第一，厚煤層回采率低，遺留大量浮煤和煤柱，隨著放頂煤開采技術(shù)的推廣應(yīng)用，這個問題更為突出；第二，礦山壓力較大，煤柱、煤壁易被壓裂而漏風(fēng)；第三，回采時間較長，一般均超過煤層的自然發(fā)火期；第四，分層開采時，上部分層采空區(qū)的浮煤氧化產(chǎn)生的熱量難以通過下部煤層散發(fā)。所以，厚煤層是自然發(fā)火危險性最大的煤層，開采有自