【正文】 山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 25 及防治區(qū) 域漏風量的大小； 2)造成防治區(qū)域正壓，防止或杜絕新鮮空氣流入，以保證防治區(qū)域的氮氣惰化 度； 3)具有降溫作用，可吸收煤炭氧化自燃生成的熱量。它微溶于水，不助燃，地面大氣中氮氣 約占整個大氣體積含量的 79%。 （ 1) 惰氣防滅火 [19] 惰氣防滅火技術(shù)是向火區(qū)注入惰性氣體，惰氣源目前發(fā)展起來的主要以注入 氮氣 和 二氧化碳 為主，也可注入其它惰性氣體來降低火區(qū)的氧濃度，達到防滅火的目的。 礦井全部準備和回采巷道均布置在煤層中，如巷道產(chǎn)生裂隙，首先采取錨噴支護或 二次噴射混凝土進行封閉，如出現(xiàn)冒頂，則視冒高情況，采取掛網(wǎng)分層噴射混凝土措施，每層噴 厚 50～ 100mm，直至噴平 ； 若冒高大，可采取架設鋼支架和鋪設模板進行砌譴 并留注漿孔，然后進行注漿封頂，以防止漏風，導致煤層氧化自燃。采區(qū)上（下）山如果設在煤層中，也要合理的選擇上（下）山煤柱尺寸。 （ 2）堅持正規(guī)開采和合理的開采順序 開采工作要設法加快工作面推進速度，提高采煤機械化程度，采用一切可能的措施提高采出率，避免在采空區(qū)中留下任何不必要的煤柱。外錯式布置在下分層回采時煤柱頂煤冒落堆積也易于形成易燃帶。在礦井生產(chǎn)過程中更應采取有效地開采技術(shù)措施，防止發(fā)生煤炭自然災害以保證礦井生產(chǎn)安全正常的進行 [1]。探測器按工作原理可分為電離室型、閃爍室型、半導體探測器型等。近年來普遍推廣的是測試簡單、操作方便的紅外測溫儀等。 國內(nèi)外相關(guān)的氣體指標如下表 所示： 在氣體分析手段方面，我國 1995 年成功研制了煤礦專用 GC4008 型氣相色譜儀， 可以分析煤自燃火災的氣體產(chǎn)物，具有常量分析和微量分析的功能，最小檢知濃度可達 。 煤層自然發(fā)火預測預報技術(shù) 煤層自然發(fā)火預報技術(shù)是指在煤層開采后，根據(jù)煤自燃進程中的溫度、氣體等變化 特征，判識自燃狀態(tài)，對自然發(fā)火進行識別并預警的技術(shù)。該方法針對綜放面采空 區(qū)，在已測到的漏風強度 Q 和煤體溫度 T 的基礎上，利用Rough Set（ RS)的約簡理論 對測量數(shù)據(jù)約簡。 由 于 問題的復雜性，人們在給外在因素進行評分時帶有一 定程度的主觀臆斷 ，而且 各個采煤國家僅是根據(jù)本國自身的具體情況制定相應的評判方法。這種方法是在人為強制下使煤和氧氣發(fā)生化學反應。但由于以上方法存在著缺點和各種客觀原因，我國一直用著火點溫度降低值法 (即固態(tài)氧化劑法 )來劃分煤自 燃傾向性。有褶曲、斷層和巖漿巖侵入等地質(zhì)構(gòu)造破壞 區(qū)域，煤層自然發(fā)火危險性較大。 對應于實際中主要是通過漏風和擴散供氧，因此，對于開采自燃煤層的礦井，要求低風壓通風 (采空區(qū)風壓不宜于超過 200Pa，礦井風壓不 得 超過 3000Pa)，待超過時及時封閉。 2)采煤方法。 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。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。但是，煤中的水分又能充填于煤體微小的孔隙中 ，把氮氣、二氧化碳、甲烷等氣體排除，當干燥以后對煤的吸附起活化作用。 煤中瓦斯存在和放散影響吸氧和氧化過程進行，它類似用惰性氣體稀釋空氣對氧化 發(fā)生的影響。 Schmidt[3]認為氧化速率與內(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℃的氧化行為進行研究后，指出當煤粒度 lmm 時氧化速率與 粒徑無關(guān)，并認為孔徑 100 埃 的孔在煤氧化中起主要作用 ； A. Kucuk[4]（ 2020)等通過 對土耳其褐煤實驗研究，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。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。 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 。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燃。常用密閉來隔絕滅火。 （ 4)測氛法探測火源位置 。外因火災是指由于外來熱源 , 如明火、爆破、瓦斯煤塵爆炸、機械摩擦、電路短路等原因造成的火災； 內(nèi)因山東科技大學學士學位論文 緒論 3 火災是指 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。通過對 煤礦 所存在的火災 隱患 進行細致地分析，研究相應的控制技術(shù)。 我國煤炭自燃火災 于 分嚴重 , 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約占礦井火災的 70%， 一些自然發(fā)火嚴重的礦區(qū) ,如充州撫順鶴崗窯街義馬淮南六枝等其自然發(fā)火占礦井火災次數(shù)的 90%以上 。 本文 首先 細致分析 了 煤炭自燃發(fā)火的 基本理論，包括自然發(fā)火的影響因素、早期識別與預防以及其防治技術(shù)； 再結(jié)合滕東煤礦概況及其半孤島工作面自然發(fā)火情況 找出火災隱患點并且 采取一定合理的防滅火措施；最后，通過對工作面的溫度和相關(guān)火災指標氣體的監(jiān)測判斷所采取的防治措施是否起到了作用。有權(quán)將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設計）授權(quán)使用說明 本論文（設計）作 者完全了解 **學院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設計）的規(guī)定，學校有權(quán)保留論文（設計）并向相關(guān)部門送交論文（設計）的電子版和紙質(zhì)版。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，但這種采煤方法采空區(qū)遺留殘煤多、冒落高度大、漏風嚴重，使得自 燃 火災發(fā)生頻繁。 在總的礦井火災總數(shù)中，外因火災占比重一般為 10%左右，但危害很大，剩余的90%為內(nèi)因火災，內(nèi)因火災多由煤炭自燃引起。 因此，本文主要研 究煤礦火災 的辨識和控制技術(shù)， 這對于 煤礦 的安全生產(chǎn)和安全管理工作具有 于 分重要的意義。 在礦山火災的分類辨識方面，我國的研究人員根據(jù)發(fā)生的地點不同 , 可分為地面火災和井下火災；按一次火災所造成的人員傷亡、受災戶數(shù)和財物損失金 額 , 可劃分為特大火災、重大火災和一般火災；根據(jù)火災發(fā)生的原因 , 可分為外因火災和內(nèi)因火災。 利用 6SF 等熱穩(wěn)定性較好的示蹤氣體測定采空區(qū)漏風量的技術(shù)已經(jīng)成功應用。風流控制的方法有短路法、調(diào)壓法、全礦反風、局部反風。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。 煤炭自然發(fā)火影響因素 自燃火災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。 （ 2)煤的 粒度、孔隙特征和 破碎 程度。粒度越細，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，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 ： 山東科技大學學士學位論文 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。 （ 4)煤中的瓦斯含量 。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。 對煤自燃起主導作用的是黃鐵礦。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)火以及它的嚴重程度。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。 只有當漏風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。 3） 地質(zhì)構(gòu)造： 有地質(zhì)構(gòu)造的地區(qū)，自燃危險性加劇。 在我國，對自燃傾向性鑒定方法的研究五十年代初期即開始研究起來，曾經(jīng)先后研究過克氏法、著火點溫度降低值法、靜態(tài)容量吸氧法及雙氧水法?；瘜W試劑這種辦法是首先要求對煤進行化學處理，混以固態(tài)氧化劑，山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 14 最后人為加熱。 （ 2)綜合評判預測法 綜合評判預測法是采用對煤自然發(fā)火相關(guān)的各種內(nèi)外影響因素進行綜合評分的方 法，其指導思想是 ： 首先對煤的自燃傾向性進行鑒定，評出其分值 ； 然后在大量統(tǒng)計分 析的基礎上，對 影響煤自然發(fā)火危險程度的外在因素進行主觀評判，給出分值 ； 將兩者 綜合相加就得出了相應條件下的煤自然發(fā)火的總值及其分類。 侯媛彬提出一種基 于 粗糙集神經(jīng)網(wǎng)絡的煤自燃預測方法 [13]。該方法是基 于 大量統(tǒng)計資料，并在分析火災原因的基礎上形成的，具有相當程度的可信度，但其難以對不同發(fā)火類型的自燃進行預測， 且 在時間統(tǒng)計上存在 較大的偏差，僅能粗略的判斷自燃危險區(qū)域范圍 [14]。 1985 年到 1995 年期間，我國煤礦自燃 火災預測預報技術(shù)和手段取得了飛速的發(fā)展，在氣體指標方面開始使用 CO， 22HC ， 42CC [16][17]三 個綜合指標 。測溫法現(xiàn)階段主要采用的儀器有 ： 熱電偶、測溫電阻，集成溫度傳 感器等。測 氡 方法的種類也很多，常規(guī)的射氣測量為取氣樣方法，使氣樣進入探測器后進入測量。近些年來，國內(nèi)外的一些礦井及科技部門對煤層內(nèi)因火災進行了大量的研究山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 20 與實踐，研制出了一些井下防滅火的可行技術(shù)，歸納為以下兒大類 ： 開拓開采方面的措施 礦井開拓系統(tǒng)和采煤方法是影響煤炭自燃的重要因 素，因此，在礦井設計、建設初期就 應該注意選擇合理的開拓系統(tǒng)和采煤方法。內(nèi)錯式布置在采空區(qū)上下分層巷道形成的臺階煤柱內(nèi)側(cè)造成貯熱氧化易燃隅角帶。但是，沿空側(cè)的巷道容易向相鄰采空 (特別是其停采線 )漏風，所以應該采用有效方式封堵漏風通道，以防止相鄰采空區(qū)煤炭 自燃。采用留煤柱護巷的區(qū)段巷道布置方式時，這一問題尤為重要，要切實搞清礦山壓力規(guī)律，選擇合適的區(qū)段煤柱尺寸。封閉的 方法為： 在煤柱產(chǎn)生裂隙的地方應及時向采空區(qū)打鉆孔，鉆孔需穿透煤柱，用移動式注 漿泵通過鉆孔向采空區(qū)注粉煤灰、水泥和黃土摻合的混合漿液，該漿液可迅速在采空區(qū)內(nèi)凝結(jié)，在采空區(qū)靠近煤柱的邊緣形成一道封閉層，杜絕采空區(qū)漏風。 惰化技術(shù)防滅火 惰化技術(shù)防滅火 :惰化技術(shù)就是將惰性氣體或其它惰性物質(zhì)送入擬處理區(qū)， 抑制煤層自燃的技術(shù)。 山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 24 氮氣是一種無毒的不可燃氣體 ， 在標準狀態(tài)下密度 3mkg ，與同體積空氣 質(zhì)量比為 ， 無腐蝕性，化學性質(zhì)穩(wěn)定。 由于注氮后的上述滅火作用，從而達到 防滅火的目的。三相泡沫中含山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 26 有粉煤灰或黃泥等固態(tài)物質(zhì)，這些固態(tài)物質(zhì)是三相泡沫面膜的一部分，科較長時間保持泡沫的穩(wěn)定性，即使泡沫破碎了，具有一定粘度的粉煤灰或黃泥仍然可較均勻地覆蓋在浮煤上，可持久有效地阻礙煤對氧氣的吸收，防止煤的氧化，從而有效地防治煤炭自然發(fā)火，這是三相泡沫防滅火性能的優(yōu)越性。復合膠體、凝膠等系列防滅火材料， 具有良好的防滅火效果。 耐溫高水膠體防滅火技術(shù) :耐溫高水膠體是由基料 A 和促凝劑 B 與水按一 定比 例混合而成，通過壓注設備注入煤層內(nèi)部，在一定時間內(nèi)發(fā)生膠凝固化，迅速吸熱降溫、隔絕氧氣、包裹煤體； 注入的液體由點向四周擴散，形成較大的降溫窒息區(qū)， 直接注入高溫點滅火降溫效果極佳，尤其在巷道頂煤或煤柱發(fā)生自燃火災時，該技術(shù)顯示出其他防滅火技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。阻化劑能粘附于煤的表面，阻止煤的氧化，降低煤的氧化能力，起到防火作用。 山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論 29 氯鹽 阻化劑的阻化機理，主要為吸水鹽類的液膜隔氧降溫學說和提高反應物之間 活化能的副催化學說等