【正文】 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。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。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。 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。當(dāng)火區(qū) 范圍較大時(shí)，滅火成本相對(duì)較高。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。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)。 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。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。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。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) 。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。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。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。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。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)。 （ 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。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。 (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 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。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。特別是要避免將一個(gè)走向長(zhǎng)壁工作面沿 走向在其中部另開切眼，形成兩個(gè)工作面同時(shí)回采的不規(guī)范做法。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。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。 2）區(qū)段煤巷采用垂直重疊布置。 從預(yù)防煤炭自燃的角度出發(fā)，對(duì)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。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。 三 種類型探測(cè)器都是測(cè)量 氡 氣及其子體衰變時(shí)放出的 a 射線。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。但據(jù)以往的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)單一的測(cè)溫法有時(shí)不能準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)煤層的自燃情況。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。 80 年代開始加強(qiáng)推廣力度研發(fā)火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 90 年代初成功地 開發(fā)了新型 KFJ 型束管檢測(cè)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，并目將集中監(jiān)控箱移 建井下，擴(kuò)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(cè)范圍。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)。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]。 （ 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。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(cè)最小浮煤厚度。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。但該方法是一種較為全面的預(yù)測(cè)煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)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。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)。與在現(xiàn)場(chǎng)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(shí)的反映在實(shí)際條件下煤的自燃傾向性。因此，該方法還有許多不完善之處。但這種方法存在著以下缺點(diǎn)： 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(duì)部分煤樣 無法分類； 3） 儀器裝置和測(cè)量系統(tǒng)的落后。 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)。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(qiáng)度降低，其自燃危險(xiǎn)性也較大。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)。 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(shí)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(duì) 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(huì)自燃， 最危險(xiǎn)的漏風(fēng)量是 ～ minm3 。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。采煤方法對(duì)發(fā)火的影響主要表現(xiàn)在回采率的高低、回采時(shí)間的長(zhǎng)短及頂板管理和煤層切割等方面。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。實(shí)驗(yàn)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。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)。黃鐵礦在低溫氧化 時(shí)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。 （ 6)煤中硫和其他礦物質(zhì) 。水分的催化作用隨煤溫的增高而增大。 （ 5)水分 。實(shí)驗(yàn)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。 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)。 （ 3)煤巖成分 。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。 有人研究，當(dāng)煤粒度小于 1mm 時(shí)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。因而許多研究者以煤變質(zhì)程度來判斷自燃趨勢(shì)。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。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。 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(shí)，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究思路，對(duì)本課題進(jìn)行研究。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。 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。（ 1）直接滅火。 因火災(zāi)的 預(yù)防 及適用條件： (1)開拓開采技術(shù)措施。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。 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(bào) ： （ 1) 指標(biāo)氣體分析法 。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%。并根據(jù)所研究出的控制技術(shù)，對(duì) 煤礦 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(huì)發(fā)展。 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)。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。 Finally, according to the monitoring of the working temperature and related fire gas, we can judge whether the prevention measures work. During the period of grouting, plastic injection and setting up the wall in the field, we can acquire some dates of tempeture and related fire gas by the temperature sensor and the sampleb