【正文】 tistical results can illustrate that 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘要 VIII the technical solutions achieves good results in semiisolated island face, and has important practical applications. Keywords： Coal mine, Semiisolated island ,Fire,Control 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目錄 目 錄 1 緒 論 ............................................ 1 課題的提出 ............................................................................................... 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ....................................................................................... 2 研究思路與方法 ....................................................................................... 4 2 煤炭自然發(fā)火基本理論 ............................ 6 煤炭自然發(fā)火影響因素 ............................................................................ 6 煤炭自然發(fā)火早期識(shí)別與預(yù)防 .............................................................. 12 煤炭自然發(fā)火防治技術(shù) .......................................................................... 19 本章小結(jié) ................................................................................................. 31 3 滕東煤礦半孤島工作面自然發(fā)火防治技術(shù) ............. 32 半孤島工作面自然發(fā)火特點(diǎn) .................................................................. 32 滕東煤礦概況 .......................................................................................... 33 3 下 105 半孤島工作面自然發(fā)火防治技術(shù) .............................................. 43 本章小結(jié) ................................................................................................. 54 4 應(yīng)用效果分析 .................................. 55 溫度監(jiān)測(cè)記錄 ......................................................................................... 55 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]。 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，我國礦井近年來發(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)。另據(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%。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。（ 1）直接滅火。近年來德國、英國、法國地面移動(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。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。因而許多研究者以煤變質(zhì)程度來判斷自燃趨勢(shì)。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。 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)。 （ 5)水分 。 （ 6)煤中硫和其他礦物質(zhì) 。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)。開采技術(shù)對(duì)自然發(fā) 火的 影 響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 ： 1)開拓方式。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。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(gè)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(shí)間較長(zhǎng)，一般均超過煤層的自然發(fā)火 期 ； 第四，分層開采時(shí)，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)。 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 13 為了準(zhǔn)確的判定煤層的自然發(fā)火的危險(xiǎn)程度而采用 自燃傾向 向性預(yù)測(cè)法，進(jìn)而采取相應(yīng)的防滅火措施，其主要是根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法來測(cè)定內(nèi)在自燃性，劃分煤層自然發(fā)火的等級(jí)。因此，該方法還有許多不完善之處。由于靜態(tài)吸氧法無法模擬出煤氧復(fù)合反應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化，而色譜動(dòng)態(tài)吸氧法這種方法不能研究煤氧作用的化學(xué)吸附與反應(yīng)。施式亮等用防火系數(shù)作為預(yù)測(cè)指標(biāo)，建立了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間序列煤自然發(fā)火預(yù)測(cè)模型，來判斷自然發(fā)火程度。 （ 3)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法是建立在已發(fā)生自燃火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)資料基礎(chǔ)上，分析預(yù)測(cè)巷道松散 煤體實(shí) 際開采條件下的自燃危險(xiǎn)程度，根據(jù)巷道自燃事故的統(tǒng)計(jì)資料分析，巷道自燃多發(fā)生在冒頂區(qū)、地質(zhì)構(gòu)造帶、沿空測(cè)、停采線附近，隨著綜放無煤柱技術(shù)的推廣，由 于 沿空巷道沿底板一次掘進(jìn)，巷道服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)，相鄰采空區(qū)留有大量浮煤， 且 已氧化升溫， 因此，巷道沿空測(cè)自然發(fā)火幾率較大。進(jìn)入 60 年代，開始使用色譜儀對(duì)井下煤自燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)。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。根據(jù)礦井的實(shí)際環(huán)境，示蹤劑的選擇應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則 ： 1） 毒性小 ； 2） 常 溫、常壓下呈氣體或易氣化處理 ； 3） 熱解前穩(wěn)定性好 ； 4） 正常礦井條件下，示蹤物質(zhì)不 氧化、不反應(yīng)、不溶 于 水 ； 5） 分解物易被檢測(cè) ； 6） 成本低，易獲 得。因此，自燃火災(zāi) 防治 主要從三個(gè)方面著手 [18]:一是隔離煤氧接觸，使自燃 火災(zāi)窒熄 ；二 是降低煤溫使煤氧化放熱強(qiáng)度降低，最終使火熄滅 ； 三是惰化煤體表面 活性結(jié)構(gòu)降低煤氧復(fù)合速度，防止煤自燃的發(fā)生。 2）區(qū)段煤巷采用垂直重疊布置。近年來，無煤柱護(hù)巷山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 21 方式已獲得廣泛應(yīng)用，將階段大巷和采區(qū)上（下）山設(shè)在煤層底板中，采用跨越式開采，不留大巷煤柱和上（下）山煤柱，已成為常規(guī)做法，區(qū)段大巷的無煤柱護(hù)巷方式也已推廣應(yīng)用，不少礦區(qū)采用沿空掘巷（或沿空留巷）方法安全的采出自燃傾向性高的煤炭，并使煤炭自然發(fā)火率明顯降低。礦山壓力作用于煤層上，會(huì)使煤體破碎，使風(fēng)流能夠深入煤壁，從而增加煤體與氧氣的接觸面積，增加煤炭自燃危險(xiǎn)性。有關(guān)生產(chǎn)礦井和科研機(jī)構(gòu)提供的統(tǒng)計(jì)資料顯示，采空區(qū)漏風(fēng)量與工作面供風(fēng)量的平方成正比關(guān)系，因此合理調(diào)配綜采工 作面風(fēng)量是有效減少采空區(qū)漏風(fēng)，縮短氧化帶寬度 ，防止采空區(qū)自然發(fā)火的主要措 施之一。為此，在回風(fēng)順槽頂板冒落不嚴(yán)時(shí)，應(yīng)該強(qiáng)制放頂，用研石堵塞采空區(qū)回風(fēng)側(cè)。因此，在開放式工作面的采空區(qū)防火中，必須有針對(duì)性地確定氮?dú)忉尫趴?，才能有效縮短氧化升溫帶范圍。近幾年來我國的放頂煤開展迅速， 此法采空區(qū)丟煤多，產(chǎn)生遺煤大面積的危險(xiǎn)性 堆積，極易引起煤炭自燃，且這些易發(fā)火點(diǎn)往往在頂板高冒處或采空區(qū)深部，這時(shí)采用注氮滅火效果最為顯著。三相泡沫發(fā)泡體積量大，單位體積的漿體材料成本低，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。 我國堵漏技術(shù)和材料在近年來發(fā)展很快，相繼研究和開發(fā)出 適于高冒堵漏的抗壓水泥泡沫和凝膠堵漏技術(shù)和材料，適于巷幫堵漏的水泥漿、高水速凝材料和凝膠堵漏技術(shù)與材料，以及適于采空區(qū)堵漏的均壓、惰泡、凝膠和尾礦泥堵漏等； 另外及時(shí)充填采空 區(qū)地表塌陷裂隙也是防滅火行之有效的措施之一。該系統(tǒng)采用先進(jìn)制漿系統(tǒng)、 懸浮劑 (或基料 )添加系統(tǒng)、膠凝劑 (促凝劑 )添加系統(tǒng)，成膠比例和注膠流量可實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 定量調(diào)節(jié)，注膠過程中的各種參數(shù)可實(shí)現(xiàn)在線可視化監(jiān)測(cè)和控制。 關(guān)于阻化劑防止煤自燃的原理，一般認(rèn)為是一種吸水性很強(qiáng)的鹽類((CaC 2l ， MgC 2l )， 在壓注和噴灑的過程中，它能浸入煤的層理、節(jié)理和微小的裂縫中去，在煤 的表面形成氯化物的液膜，阻止煤和氧的接觸，減少煤的氧化，延長(zhǎng)煤的發(fā)火期，起到防滅火的作用。阻化劑阻化機(jī)理分為吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應(yīng)、不燃?xì)?窒息作用。所以，吸水鹽類對(duì)煤樣的阻化作用，主要是由于阻化劑與煤 分子發(fā)生取代作用和絡(luò)合作用 形 成穩(wěn)定的鏈環(huán)，提高了煤與氧化合的活化能，增強(qiáng) 了煤分子的穩(wěn)定性，抑制了煤分子的氧化斷裂，因此吸水鹽類具有較高的阻化性能和較好 。首先，汽霧噴灑吸水鹽類阻化劑后，阻化劑液膜覆蓋煤體表面，并浸人煤體裂隙中，使煤體表面封閉，隔斷了煤體表面活性基團(tuán)與氧 的直接接觸，破 壞了活性自由基團(tuán)與氧氣的化學(xué)吸附反應(yīng)過程。從使用的效果看， CaC 2l ,MgC 2l ， 效果最好，其次是 NaCl，水玻璃及其它藥 劑。當(dāng)火區(qū) 范圍較大時(shí)，滅火成本相對(duì)較高。在凝膠中加入黃土或粉煤灰，膠體強(qiáng)度增加，高濃度的膠體泥漿可充填高冒空頂區(qū)。灌漿防滅火技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，泥漿能夠吸熱降溫，對(duì)煤體還有包裹作用，能夠達(dá)到隔絕氧氣的目的，同時(shí)能膠結(jié)頂板、降低采空區(qū)空 隙率及增加漏風(fēng)阻力。但氣氮與液氮相比，其冷 卻 效應(yīng)較差； 4)根據(jù)氣體擴(kuò)一散原理，氮分子穿越或滲入采空區(qū)冒落區(qū)或裂隙帶，其有效擴(kuò)散 半徑較大，惰化覆蓋范圍較廣； 5)注氮防火，可以實(shí)現(xiàn) “ 邊采、邊注、邊防火 ”， 注氮滅火，撲滅火災(zāi)迅速， 搶險(xiǎn)救災(zāi)工作較安全可靠； 6)與注漿 (砂 )或注水相比，注氮不污染防治區(qū)，無腐蝕或不損壞綜采、設(shè)備 ；火區(qū)啟封，恢復(fù)工作安全、迅速、經(jīng)濟(jì) 。在常溫常壓下，氮分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，很難與其它物質(zhì)發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)，所以它是一種良好的防滅火用惰性氣體。惰氣 可充滿整個(gè)空間，既能撲滅大的明火火滅，又能抑 制 并撲滅隱蔽火源。 （ 3)掛簾堵漏風(fēng)防滅火 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 23 工作面采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)是采空區(qū)漏風(fēng)的主要通道，為減少此處漏風(fēng)，在工作面下隅角 堅(jiān)持掛風(fēng)簾，以改變此處風(fēng)流方向和增加進(jìn)風(fēng)通道阻力。 (4)選擇合理的工作面推進(jìn)速度，防止浮煤自燃 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