【正文】 熱量聚積 ， 以致煤 的燃燒。煤接觸氧后，活性物 質(zhì)在低溫下與氧化合，放出微熱，熱量積聚而導(dǎo)致煤的自燃。 3）燃燒期（自燃期） 煤溫達(dá)到著火溫度（無煙煤 ﹥ 400℃ 、 煙煤 320380 ℃ 、褐煤 ﹤ 300℃ ）開始 燃燒。 煤炭自燃與否取決于煤本身的物理化學(xué)性質(zhì)和外部的散熱條件 。 因此 ， 煤炭自燃必須同時滿足四個條件： 1） 煤本身要有自燃傾向性； （ 有自燃傾向性的煤呈破碎堆積 ） 2） 要有連續(xù)的供氧條件； 3） 熱量易于積聚； 4） 足夠的氧化時間 。 生產(chǎn)礦井延深新水平時，必須對所有煤層的自燃傾向性進(jìn)行鑒定。 （ 2）吸氧量的測定 將處理好的煤樣，在柱箱溫度為 30℃ ，熱導(dǎo)溫度為 80100℃ ，載氣氮流量為 30177。 (4)允許誤差 煤吸氧量測定結(jié)果的允許平行誤差不得超過表 3的規(guī)定： 自燃傾向性等級 自燃傾向性 煤的吸氧量， cm3／g 因此，煤的自燃取決于兩個因素： 一個是內(nèi)因因素，即 煤炭自燃傾向性；一個是外因因素，即煤炭氧化過程中的連續(xù)供氧和蓄熱的條件。 實驗證明，一個煤層或礦井自然發(fā)火的危險程度并不完全取決于煤的自燃傾向性，在一定程度上還受煤層的地質(zhì)賦存條件、開拓、開采和通風(fēng)條件的影響。 煤層自然發(fā)火期 《 煤礦安全規(guī)程執(zhí)行說明 》 47條規(guī)定： 煤層中出現(xiàn)下列情況之一者，該煤層定為自然發(fā)火煤層： 1）煤炭自燃引起明火； 2）煤炭自燃發(fā)生煙霧； 3）煤炭自燃發(fā)生煤油味； 4）采空區(qū)測取的 CO濃度超過礦井 實際統(tǒng)計的臨界指標(biāo)。 自然發(fā)火危險程度 包含了內(nèi)、外因的因素，表征煤層可能發(fā)生自然發(fā)火危險程度的大小。 20世紀(jì)六、七十年代，時興將巷道布置在煤中：煤層大巷、煤層上山、 煤層集中巷等。 如：甘肅窯街二、三號井，在開采初期，幾十米的厚煤層采用清一色的 煤巷布置采煤方法為高落式、煤皮假頂，回采率僅 3040%。 因此，正確地選擇開拓開采方法是很重要的，對于厚煤層、自然發(fā)火嚴(yán) 重的煤層礦井，尤應(yīng)如此。 因此對厚煤層、多煤層群礦井的開拓開采布置應(yīng)采用： 巖石水平大巷 —— 巖石上山 —— 巖石集中平巷 —— 聯(lián)絡(luò)石門。（由外向里、由上向下、由前向后）。如孤島煤柱的集中應(yīng)力很大，很易自燃。 因此，無論是火災(zāi)或是自然，都要有良好的通風(fēng)供氧條件。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)要簡單，采用并聯(lián)通風(fēng)。鶴崗新一礦統(tǒng)計，區(qū)段煤柱發(fā)火占總發(fā)火次數(shù)的 ％，可是自 75年試行無煤柱開采的地區(qū)安全回采五年多無自然發(fā)火事故。 無煤柱開采存在的問題： 1）采空區(qū)有害氣體的涌出； 2）發(fā)生火災(zāi)后不易封閉。 堅持正常的回采順序 Ⅰ ⅡⅢ ⅣⅤ Ⅵ 厚煤層開采，應(yīng)先采上分層后采下分層。但是巷道難以維護(hù)，前部工作面采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，后部工作面無風(fēng)，采空區(qū)內(nèi)遺留孤島煤柱。其結(jié)果是上 (下 )山巷道維護(hù)在采空區(qū)內(nèi)，斷面受壓縮小，通風(fēng)阻力增大，采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，自然發(fā)火頻繁。 漏風(fēng)量大，雖然氧化快，但熱量不能集聚，氧化的發(fā)熱很快被空氣帶走。因此，有的煤礦漏風(fēng)減不下就增加漏風(fēng)大于 m3/，但是在經(jīng)濟(jì)上不合理，浪費電能 N=hQ。 （ a ） （ b ）可 排 出 上 隅 角 瓦 斯后退式回采時的通風(fēng)方式 （ c ）無 風(fēng) 隅 角 區(qū)（ d ）前進(jìn)式回采時的通風(fēng)方式 第 四部分 工作面自燃三帶觀測 與礦井 內(nèi)因火災(zāi)防治 測定參數(shù)： 溫度、氣體成分 測定儀器： 溫度： AD590恒流源溫度傳感器 、 熱電偶 、 導(dǎo)線 、 測溫儀表 。 分析： 氣體成分 、 溫度曲線 、 O2曲線 、 CO曲線 、 采空區(qū)自燃“三帶”圖 。 控制 自燃帶 寬度的措施是降低工作面兩端的壓差。 第二帶 ： 自燃帶 。在自燃帶已自燃的煤炭到了窒息帶也因氧氣濃度的減少而窒息熄滅。 ② 氧氣根據(jù)濃度劃分 這種方法在現(xiàn)場實測中常用，按氧氣濃度劃分一般為： 不燃帶的氧氣濃度：大于 18%19%； 自燃帶的氧氣濃度： 5%— 18%19%； 窒息帶的氧氣濃度：小于 5%。 泥漿起到三個作用： 1）包裹煤體，隔絕煤與空氣的接觸，防止氧化； 2）加強(qiáng)采空區(qū)的致密性，防止漏風(fēng)； 3）冷卻已發(fā)熱的煤體與圍巖，降低溫度。 3）不含可燃物或助燃物； 泥漿本身要不含可燃物，如黃鐵礦、硫酸鹽類等。 主要從經(jīng)濟(jì)上考慮 。 人工或機(jī)械取土， 攪拌成漿：采土場 —— 礦車運輸 —— 儲土場 —— 攪拌池 —— 泵站 —— 管道入井。 5）泥漿的輸送倍線：： 泥漿的輸送倍線為 ： 地面灌漿站至井下灌漿地點的管線長度與垂高之比 ， N=L/H。 1）灌漿用土量 Qt ① 按采空區(qū)灌漿量計算 預(yù)防性灌漿量主要取決于灌漿形式 ,灌漿區(qū)的容積 ,采煤方法等因素。在 K值中反映了頂板冒落巖石的松散系數(shù)，泥漿收縮系數(shù)和跑漿系數(shù)等綜合影響。 3）日灌漿量 Qj 每日的灌漿量可按下式計算： Qj=（ Qt2+Qw） u 式中： Qj—— 日灌漿量， m3； u—— 泥漿制成率，如表所示。 （ 2）根據(jù)采空區(qū)體積大小確定灌漿用土量 Qti= m3 式中： —— 采空區(qū)體積， m3。因此 ，在煤層內(nèi)掘進(jìn)分層巷道時，對有可能積水地區(qū)仍應(yīng)采取邊掘邊探的方法，及時放出積水。 解決方法： （ 1）在工作面下口靠近放頂線的運輸巷道內(nèi)構(gòu)筑濾漿密閉，使泥漿滯留于采空區(qū)。 （ 7）防止?jié){事故 防止?jié){事故在預(yù)防性灌漿中，是非常重要的環(huán)節(jié)。在受采掘影響時，如果原有密閉或煤柱強(qiáng)度不夠或采掘的溝通，大量的泥漿就會突然涌出造成人員傷亡事故。 2）設(shè)置濾漿密閉 在工作面下口靠近放頂線的運輸巷道內(nèi)構(gòu)筑濾漿密閉，使泥水分開，泥漿留于采空區(qū)，水要排出。將防止?jié){事故總結(jié)為八個字： “ 探、放、排、引、堵、截、濾、泄 ” 。 引 積水從掘進(jìn)工作面和采煤工作面排出后，利用大巷水溝將積水引至井 底水倉。 泄 如果再隨采隨灌時，雖構(gòu)筑了濾漿密閉，但積水仍然不能較好的排出，則需要掘?qū)Ｓ盟疁闲钩龇e水。 一般以 10min的水槍沖土能力或 10min的水泵的吸泥能力選大者作為集泥池的體積。 4）儲土場 按 10天的儲土量設(shè)計。 5）灌漿站的工作制度 （ 1）計算日灌漿量、時灌漿量； （ 2）選擇灌漿設(shè)備。 井下灌漿方法的確定及灌漿參數(shù)選擇計算 1）根據(jù)煤層自然發(fā)火情況、地質(zhì)資料、老窯情況等選擇灌漿方法； 2）根據(jù)已知的基礎(chǔ)資料合理地選擇灌漿參數(shù)：土水比、灌漿系數(shù)、取土系數(shù)等； 3）根據(jù)已選擇參數(shù)計算： （ 1）灌漿用土量 m3 Qt1= Qt2=或 Qt2= Qt=a﹒Q t2 （ 2）灌漿用水量 m3 Qw= （ 3）灌漿量 m3 Qj=（ Qt2+Qw） u Qjh=Qj/ m3/h （ 4）泥漿容重 t/m3 γ j=（ γ w +γ t)u/2 灌漿管道（管壁、壁厚）及泥漿泵選型計算 1）灌漿管道計算 （ 1）主要灌漿干管直徑計算 根據(jù)泥漿流速確定，對泥漿流速的要求是： 能夠保證泥漿中固體顆粒在輸送過程中能夠順利流動而不要沉淀在管 中，以致發(fā)生堵管事故。 ① 管徑計算： 式中： Qj—— 小時灌漿量 m3/h； v0—— 臨界流速 m/s； ②查表選擇直徑 d ③ 校驗實際流速 v=4Qj/3600π d2 要求 v＞ v0 00303600 4 vQvQd jj ?? ??（ 2）管材確定 地面灌漿管一般采用鑄鐵管，井下根據(jù)灌漿壓力確定：壓力小于 1016at，大于 16at選用無縫鋼管。 缺點：井深時壓力過大，易崩管。 （ 2）泥漿泵揚程 Hj 用公式計算 ： Hj=h0+hf+hj+hs+hb+hc 式中： h0—— 與泥漿提升幾何高度相當(dāng)?shù)乃叨?m； h0 =γ ′ /γ w= γ ′ h0′ —— 泥漿提升幾和高度 m； hj—— 局部阻力損失，一般為沿程阻力損失的 10%； hs—— 泥漿泵吸水高度，一般取 45m； hb—— 泥漿泵站內(nèi)管路及零件阻力損失，一般取 23m； hc—— 剩余水頭，取 25m； hf—— 泥漿管道沿程阻力損失， hcHjh0hfhjhshb hf= L—— 泥漿管道長度 m； ij—— 泥漿管道每米長度上運送泥漿時的水頭損失，用公式計算： ij = K—— 泥漿阻力系數(shù)，與土水比有關(guān)。 水槍的選擇 水槍的流量特性計算 1）水槍噴嘴出口射流速度 φ —— 流速系數(shù)，取 ； H—— 水槍工作壓頭， m。6H 2O)、 氯化鈉（ NaCl） 氯化銨 (NH4Cl) 水玻璃 (xNa2O 1）日本 19681969年，在實驗室和現(xiàn)場做了大量的研究工作后，結(jié)果認(rèn)為： ①表面活性劑濕潤煤的能力最大。將此種溶液注入煤、巖層裂隙中能與煤、巖體很好 的膠結(jié)、硬化固結(jié)，從而阻止空氣的漏入，阻止煤的氧化。 1975年在豪斯阿登煤礦利用阻化劑漿液 (MgC12:％、 CaCl2： ％、 Mg(OH)2： 10%和 70%的水 )成功地?fù)錅缌艘淮巫匀及l(fā)火。 19611971年對無機(jī)鹽類如氯化鈣 (CaCl2)、水玻璃 (xNa20 在頓巴斯煤田自然發(fā)火期一般為 13個月，個別情況有 23個星期，采用 含有 25％的氯化鈣 (CaCl2)和 12％濕潤劑的混合溶液噴灑煤柱、采空區(qū)浮 煤防止自然發(fā)火。在現(xiàn)場實用取得良好效果，有些礦已將使用氯化泥漿正 ?；?。 19791982年對陜西銅川陳家山礦進(jìn)行了阻化劑試驗。后采用 阻化劑，基本消滅了火情。起到了一種隔氧降溫的作用，從而抑制了煤炭的自燃。 （ 2）阻化劑防止煤炭自燃原理 （ 3）阻化劑的選擇 《 煤礦安全規(guī)程 》 第 235條規(guī)定：采用阻化劑防滅火時，應(yīng)遵守下列規(guī)定： （一）選用的阻化劑材料不得污染井下空氣和危害人體健康。 我國撫順煤科院經(jīng)過大量研究認(rèn)為： ? 堿性金屬：鈹 Be、鎂 Mg、鈣 Ca、鍶 Sr、鋇 Ba。ySiO 2)； 鹵塊： 25% 熟石灰（ CaO）； 其他的如：氯化銨 (NH4Cl) 硼酸（ H2BO3） 釀酒廠的廢液、造紙廠的廢液 煉鎂槽碴、化工廠廢液等，具有一定的環(huán)境污染。 阻化劑藥品濃度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體條件確定，自然傾向性大、極易自燃 的煤層，可大一些。 高硫煤的阻化率 是以阻化處理前后煤樣在 180℃ ，通入 80ml／ min的純 氧，氧化 5小時放出的 SO2量（ mg）的差值與原煤樣放出的 S02量（ mg）之 比的百分率來確定的，其計算公式與上式相同。 從以上兩個概念出發(fā)，可以認(rèn)為：阻化劑的阻化率高，阻化壽命長是理想的阻化劑；阻化率雖高，但阻化壽命短的阻化劑也不能視為良好的阻化劑。 原則：要使余煤、浮煤充分濕潤（吃飽喝足），而不致于泄出（吃不了）。h1S