【正文】 22 采空區(qū)按煤層自燃條件分為散熱帶、氧化帶升溫和窒息帶。特別是要避免將一個走向長壁工作面沿 走向在其中部另開切眼，形成兩個工作面同時回采的不規(guī)范做法。如果各分層巷道重疊布置可減少煤柱，從而消除了采空區(qū)浮煤自燃的基本條件。 從預(yù)防煤炭自燃的角度出發(fā)，對易自燃煤層開拓開采方法的總要求是煤炭回采率高，工作面推進(jìn)速度快，盡量減少丟煤。 三 種類型探測器都是測量 氡 氣及其子體衰變時放出的 a 射線。但據(jù)以往的現(xiàn)場經(jīng)驗單一的測溫法有時不能準(zhǔn)確地預(yù)報煤層的自燃情況。 80 年代開始加強推廣力度研發(fā)火災(zāi)預(yù)測預(yù)報集中監(jiān)測系統(tǒng)， 90 年代初成功地 開發(fā)了新型 KFJ 型束管檢測系統(tǒng)，其特點是應(yīng)用電子計算機技術(shù)，并目將集中監(jiān)控箱移 建井下，擴大集中監(jiān) 國家名稱 指標(biāo)氣體 主要指標(biāo)氣體 輔助指標(biāo)氣體 中國 CO、 42HC CO/△ 2O 、 62HC / 42HC 俄羅斯 CO 62HC / 42HC 美國 CO CO/△ 2O 英國 CO、 42HC CO/△ 2O 日本 CO、 42HC CO/△ 2O 、 62HC / 42HC 波蘭、德國、法國 CO CO/△ 2O 表 各國煤自燃指標(biāo)氣體 [15] 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 18 測范圍。它是礦井火災(zāi)預(yù)防與處理的基礎(chǔ)，是礦井煤層火災(zāi)防治的關(guān)鍵，占有極其重要的地位 [15]。在次基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種基 于粗糙集的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后利用該方法預(yù)測最小浮煤厚度。但該方法是一種較為全面的預(yù)測煤層自然發(fā)火危險程度的方法，因此，前蘇聯(lián)、美國、波蘭等主要產(chǎn)煤大國都在探索研究該類方法的應(yīng)用，并取得了一些效果。與在現(xiàn)場條件下，暴露于空氣與低溫下條件下的煤（ 20℃ ～ 30℃ 以下）與緩慢地發(fā)生反應(yīng)放熱，逐漸的積聚引起煤自然發(fā)火的現(xiàn)象 是不一樣的，因此這種方法無法真實的反映在實際條件下煤的自燃傾向性。但這種方法存在著以下缺點： 1） 由于該方法使用聯(lián)苯胺和汞等化學(xué)試劑，有毒性； 2） 對部分煤樣 無法分類； 3） 儀器裝置和測量系統(tǒng)的落后。其主要原因是由于這些地區(qū)煤體破碎，有大量裂隙存在 ； 巖漿巖侵入?yún)^(qū)的煤層受到干餾，煙的孔隙率增加、強度降低，其自燃危險性也較大。 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 ～ minm3 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)為易自燃風(fēng)速為 ～ minm3 對 于采空區(qū)，有人認(rèn)為當(dāng)其單位面積上漏風(fēng)量大于 minm3 或小于 minm3 都 不會自燃， 最危險的漏風(fēng)量是 ～ minm3 。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。實驗證明，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。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，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。水分的催化作用隨煤溫的增高而增大。實驗表明，吸氧僅發(fā)生在山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 9 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。 （ 3)煤巖成分 。 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。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。 研究 思路 與方法 本文主要借助于畢業(yè)實習(xí)，通過廣泛收集和整理資料、聽從專業(yè)人 員的講解、聯(lián)系實習(xí)實踐并廣泛參考相關(guān)文獻(xiàn)，在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下，綜合運用自己所學(xué)的專業(yè)知識，采用理論與實踐相結(jié)合的研究思路，對本課題進(jìn)行研究。 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。 因火災(zāi)的 預(yù)防 及適用條件： (1)開拓開采技術(shù)措施。 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 ： （ 1) 指標(biāo)氣體分析法 。并根據(jù)所研究出的控制技術(shù)，對 煤礦 生產(chǎn)現(xiàn)場所存在的火災(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)社會發(fā)展。近年來我國廣泛采用綜采放頂煤開采技術(shù)，使開采效率大幅提高。 在現(xiàn)場 采取 注漿、注膠 、設(shè)隔離墻等 防滅火 措施 前 后， 分別 經(jīng)溫度傳感器和取樣束管獲得有關(guān)溫度和 火災(zāi) 指標(biāo)氣體的數(shù)據(jù)，再 利用 Excel 軟件繪制出溫度和煤炭自燃的標(biāo)志性氣體的濃度變化曲線， 經(jīng) 分析 發(fā)現(xiàn) 與所研究工作面相鄰的采空區(qū)的 指標(biāo)氣體 CO 濃度的平均值由 降低到， 乙烯值恒為 0，平均溫度降低了 4℃ ；另一方面所研究的工作面的 CO 和乙烯一直為 0。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計）的全部或部分內(nèi)容。對本論文（設(shè)計）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘要 VI 摘 要 我 國煤炭自燃火災(zāi) 十 分嚴(yán)重 , 在開采煤 層中大約有 50%的礦井存在自然發(fā)火危險，據(jù)統(tǒng)計我國煤礦自燃火災(zāi)約占礦井火災(zāi)的 70%。 中國的煤炭儲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)，煤炭儲備量約 萬億噸，約占全國煤炭資源總量的 %。 而煤層自燃火災(zāi)防治是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程 , 它不僅要求礦井有合理的開拓系統(tǒng)和開采方法、合理的礦井采區(qū)和工作面通風(fēng)系統(tǒng)可靠的專項防山東科技大學(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) 。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。（ 3)示蹤氣體法 。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。 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。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。 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。 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。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)微狀的煤粒或黃 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。 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。 煤中硫有三種存在方式：硫化鐵即黃鐵礦、有機硫以及硫酸鹽。 上述各種因素在煤炭自燃過程中起著重要的作用。實踐經(jīng)驗表明，開拓布置對自然發(fā)火煤層的礦井影響很山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 11 大。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)。 所以，厚煤層是自然發(fā)火危險性最大的煤層，開采有自然傾向性厚煤層的礦井，應(yīng) 特別重視內(nèi)因火災(zāi)的防治工作。 在二十世紀(jì)八十年代之后，美國礦業(yè)局 [7]研究出利用絕熱爐這種實驗裝置測定煤炭 的最小自熱溫度，進(jìn)而評估煤的自燃傾向性；加拿大 [8]采用靜態(tài)恒溫法、 可燃性法 、 絕熱法和動態(tài)法去研究煤的自燃傾向性； 土耳其 [9]采用非恒溫動態(tài)法來測試自燃臨界溫度和一 氧化碳產(chǎn)生率，進(jìn)而預(yù)測自燃傾向性；南非 [10]采用由計算機自動控制的絕熱量熱法來預(yù)測自燃傾向性的。 在實際開采條件下煤的自然發(fā)火現(xiàn)象與現(xiàn)有自燃傾向性測試方法相差甚遠(yuǎn)。因此，無論靜態(tài)還是動態(tài)吸氧法對煤自燃傾向性的考察與現(xiàn)場實際是相差很遠(yuǎn)的。天水承、李紅霞應(yīng)用煤自燃傾向性、煤層厚度、煤層傾角、煤的固性系數(shù)及開采參數(shù)運用模糊聚類方法對自然發(fā)火危險性進(jìn)行了分類。 這種方法只能根據(jù)巷道實際情況和自然發(fā)火統(tǒng)計資料，粗略判斷巷道可能的發(fā)火區(qū) 域和高溫點位置。但是使用的氣體仍然采用 CO 以及 其派生氣體，氣體的分析開始試采用紅外技術(shù)?，F(xiàn)有預(yù)報煤層發(fā)火的測溫法有兩種 [17]： 1)直接用檢測到的溫度進(jìn)行預(yù)報 ； 2） 根據(jù)溫度的 變化特性進(jìn)行預(yù)報。 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 19 （ 4)測 氡 法探測火源位置 氡 為放射性同位素，其衰變的子體為固體粒子，因此在測量時既可測氡 氣，又可測 其子體 而 反映母體核素的形態(tài)及變化狀況， 氡 子體有很強的吸附能力，它們能牢固地附 著在器物表面，因此可用不同的方法將 氡 或其子體收集進(jìn)行測量。目前常用的防滅火技術(shù)主要有如下幾類 :惰化、堵漏、降溫等以及它們幾類的綜合，共同發(fā)揮滅火作用，最終實現(xiàn)防滅火 的目的。厚煤層分層開采時， 分層區(qū)段平巷的布置過去有內(nèi)錯和外錯兩種方式，這兩種方式都容易造成煤炭自燃。因此，區(qū)段煤柱的無煤柱護(hù)巷方法應(yīng)大力推廣。所以，在煤炭 巷道布置中，應(yīng)設(shè)法避免礦山壓力峰值，避免煤體受壓破碎。 (2)密閉堵漏和噴漿堵漏措施 為了杜絕或減少工作面及采空區(qū)漏風(fēng)，工作面采完后應(yīng)對采空區(qū)及時封閉。此外，在上隅角也應(yīng)掛風(fēng)簾，增大此處風(fēng)阻。在封閉注氮過程中， 要注意 氮氣防滅火機理及特點 。 注入氮氣滅火就是對井下的火區(qū)進(jìn)行封堵，盡可能地將液氮直接輸送到火點或自 燃氧化帶內(nèi) ，并在適當(dāng)?shù)奈恢昧粲锌煽刂频穆╋L(fēng)通道，以達(dá)到含高氧的火區(qū)氣體排出的阻化效果， 使氮氣充滿火區(qū)空間，注入液氮后其滅火作用有： 1)使火區(qū)內(nèi)的高氧氣體經(jīng)可控制的漏風(fēng)通道排出，使火區(qū)內(nèi)的 氧 大大降低 ； 2)由于注入的液氮有一定的壓力，液氮汽化后使火區(qū)壓力增加，減少了向火區(qū) 的漏風(fēng)； 3)注入的液氮溫度低， 一般 19～ 80℃ ，其汽化后吸收大量的熱 (200℃環(huán)境溫 度下，液氮汽化熱為 423kl/kg)，降低了火區(qū)的溫度 ； 4)封閉火區(qū)注入氮氣，使得火區(qū)氣體惰化，兼有抑制爆炸作用。 三相泡沫在采空區(qū)可向高處堆積，對低、高處的浮煤都能覆蓋，能夠避免注入的漿體從底部流失；注入在采空區(qū)的氮氣被 封裝在泡沫中，能較長時間滯留在采空區(qū)內(nèi)，充分發(fā)揮氮氣的窒息防滅火功能。 膠體防滅火 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 27 膠體防滅火技術(shù)能有效地控制煤層自燃火災(zāi)。系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，不堵管、成膠時間可控、脫水少、耐高溫、堵漏和防滅火效果好、防滅火成本底等優(yōu)點。 阻化劑多為化學(xué)物質(zhì)，表面活性劑，歸類為鹽類，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易與氧發(fā)生氧 化反應(yīng)。實踐證明，氯鹽阻化劑在抑制煤層自燃火災(zāi)中起到了很好的作用，下面就氯鹽阻化劑的阻化機理做簡要分析。 均壓防滅火 均壓技術(shù)是通過均衡漏風(fēng)通道進(jìn)出口兩端的負(fù)壓，杜絕或 減少通過有山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 30 浮煤堆積區(qū)域的漏風(fēng)風(fēng)量，調(diào)整放頂煤下作面的局部通風(fēng)系統(tǒng)，最大限度地減少向采空區(qū)、停采線和開切眼漏風(fēng)，從而。從煤氧化自燃的基 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程來看，可以說是多種因素綜合作用的結(jié)果。 目前，使用阻化劑藥劑主要為 CaC2l ,MgC 2l , ZnC 2l (鹵液或鹵片 )，以及水玻璃和 生石灰等。但它也存在一些問題，如“凝膠”強度不高，充填高度過大時在自重的作用下脫水量增大，促凝劑氨味大，污染作業(yè)環(huán)境 。凝膠防滅火有集固結(jié)水、降溫、阻化、堵漏和充填于一體的優(yōu)點。 灌漿防滅火 該技術(shù)在我 國 有 自 然發(fā)火危險的礦井中用得較為普遍，也 取得了良好的效果，成為 防治 井下內(nèi)因火災(zāi)的主要措施之一。氮氣防滅火技術(shù)與其 他常規(guī)防火火措施比較，具有下列特點 : 1)注入氮氣使防滅火區(qū)域缺氧惰化，其惰化程度取決于注氮量、純度