【正文】 傾向性鑒定方法，我國在六十年代初曾經(jīng)進(jìn)行過靜態(tài)吸氧法和雙氧水法的研究，但后來研究工作結(jié)束后并沒有得到推廣應(yīng)用。但由于以上方法存在著缺點(diǎn)和各種客觀原因，我國一直用著火點(diǎn)溫度降低值法 (即固態(tài)氧化劑法 )來劃分煤自 燃傾向性。 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(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)自動控制的絕熱量熱法來預(yù)測自燃傾向性的。 煤炭自然發(fā)火早期識別與預(yù) 防 煤炭自燃危險(xiǎn)性預(yù)測研究 (1)自燃傾向性 實(shí)驗(yàn) 預(yù)測 法 [6] 煤自燃傾向性是指煤層開采之前，其自然發(fā)火的可能程度，所有煤種均具有自燃傾 向性，只是不同煤種、不同環(huán)境條件下的自燃傾向性呈現(xiàn)不同。 4） 開采深度： 煤層賦存太淺或太深都會增加自然發(fā)火的危險(xiǎn)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(xiǎn)性較大。 所以，厚煤層是自然發(fā)火危險(xiǎn)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。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 12 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，有 80%的自 燃火災(zāi)發(fā)生在厚煤層中。 （ 2)地質(zhì)因素 主要有 ： 1） 傾角 ： 煤層傾角較大時(shí)，特別是急傾斜煤層，由于采煤方法等原因往往造成較多丟煤 ，且 采空區(qū)封閉困難，所以其自燃危險(xiǎn)性較大 。 對應(yīng)于實(shí)際中主要是通過漏風(fēng)和擴(kuò)散供氧，因此，對于開采自燃煤層的礦井，要求低風(fēng)壓通風(fēng) (采空區(qū)風(fēng)壓不宜于超過 200Pa，礦井風(fēng)壓不 得 超過 3000Pa)，待超過時(shí)及時(shí)封閉。當(dāng)風(fēng)速過小時(shí)，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(shí)， 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)。通風(fēng)對自燃的主要影響主要表現(xiàn)在采空區(qū)、煤柱、煤壁裂隙的漏風(fēng)。如高落式、刀柱式，長壁式采煤法留煤皮假頂以及回采率較低的水力采煤法對防火均不利。 2)采煤方法。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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。許多開采同一煤田、相同煤 層 的不同礦井，甚至同一礦井不同的開采時(shí)期，在煤的性質(zhì)、煤層賦存條件基本相同的 礦 井，但由于以上因素的差異，造成自然發(fā)火的次數(shù)明顯不同。然而在生產(chǎn)中，一個煤層或礦井自然發(fā)火危險(xiǎn)程度并不完全取決于煤的自燃傾向性，還受煤層的地質(zhì)賦存、開拓、開采和通風(fēng)條件的制約。 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。 上述各種因素在煤炭自燃過程中起著重要的作用。 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 10 Herman (1994)綜合使用 XRD， SEM， EDXA 和 Mossbauer 波譜等手段考察了煤中礦 物 質(zhì)在低溫氧化過程中的變化，指出含 Ca 礦物對煤的低溫氧化起催 化 作用，還有的學(xué)者認(rèn)為菱鐵礦等含二價(jià)鐵離 子的礦物對自燃也有較大影響，尤其是在 Co、 Mn 等離子的催化作用下，它們更容易氧化并有利于過氧化物的產(chǎn)生。我國許多高硫礦區(qū)如貴州的六枝，四川的芙蓉和中梁山，江西的萍鄉(xiāng)、英崗嶺，湖南的楊梅山均屬于自燃比較嚴(yán)重的礦區(qū)。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。 煤中硫有三種存在方式：硫化鐵即黃鐵礦、有機(jī)硫以及硫酸鹽。從這方面看，水分 又有利于煤炭自燃的發(fā)生。所以，地面煤堆在雨雪之后容易發(fā)生自燃，井下灌溉滅火，疏干之后自燃現(xiàn)象更為強(qiáng)烈。但是，煤中的水分又能充填于煤體微小的孔隙中 ，把氮?dú)狻⒍趸?、甲烷等氣體排除，當(dāng)干燥以后對煤的吸附起活化作用。 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。有的研究表明，當(dāng)煤層中的剩余瓦 斯含量大于 5 tm3 時(shí)，自燃難以發(fā)生 ； 瓦斯涌出速度高時(shí)，很難發(fā)生煤的氧化，但是瓦斯涌出速 度小于 ～ hgml ? 時(shí)，瓦斯涌出對煤的氧化過程沒有影響。但也有人認(rèn)為，煤吸附瓦斯與吸附氧的機(jī)理不同，因此影響不大。 煤中瓦斯存在和放散影響吸氧和氧化過程進(jìn)行，它類似用惰性氣體稀釋空氣對氧化 發(fā)生的影響。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?；螯S 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。 各種單一的 煤巖成分具有不同的氧化活性，其氧化能力按鏡煤 亮煤 暗煤 絲煤的順序遞減。 煤巖成分對煤的自燃傾向 性 表現(xiàn)出一定的影響，但不是決定性的因素。 Schmidt[3]認(rèn)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(dāng)煤粒徑低于某個 臨界粒徑 (一般為 138～ 387um)時(shí)，氧化速率基本與粒徑無關(guān) ： Karsner(1981)的研究表明當(dāng)粒徑在 時(shí)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(kuò)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(jìn)行研究后，指出當(dāng)煤粒度 lmm 時(shí)氧化速率與 粒徑無關(guān)，并認(rèn)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(shí)驗(yàn)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。 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(yàn)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。這也是煤礦井下自燃多發(fā)在粉煤及碎煤集中的地方的原因。根據(jù)波蘭的試驗(yàn)，當(dāng)煙煤的粒度直徑為 ～ 2mm 時(shí)，其著火點(diǎn)溫度大多在 330～ 360℃ ；粒度直徑小于 1mm 時(shí)，著火點(diǎn)溫度可能降低到 190～ 220℃。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?yàn)槠扑榈拿禾坎粌H與氧氣接觸的表面積增大，而且著火溫度也明顯降低。 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。彭本信， Ogunsola(1991)及戴中蜀 (1999)等學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)隨著煤 化程度 提高，煤的氧化放熱量是按照褐煤 長焰煤 氣煤 肥煤 焦煤 瘦煤 貧煤 無煙煤 的趨勢呈有規(guī)律的變化。 就整體而言，煤的自燃傾向性隨煤 的變質(zhì) 程度增高而降低，即自燃傾向性從褐煤、長焰 煤、煙煤、焦煤至無煙煤逐漸減小。 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 。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。煤炭自然發(fā)火與外因火災(zāi)相比，具有發(fā)生、發(fā)展緩慢并有規(guī)律的演變過程，可在他的初期 發(fā)現(xiàn)。依據(jù)相關(guān)資料和實(shí)習(xí)經(jīng)歷，并研究各種預(yù)控技術(shù)，及時(shí)預(yù)防和控制火災(zāi)事故的發(fā)生，盡量降低火災(zāi)事故所帶來的損失，保護(hù)生命和財(cái)產(chǎn)的安全，確保 煤礦 企業(yè)安全、有序、高效的進(jìn)行生產(chǎn)活動。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(fù)燃。 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。國外（如德國、英國）已將其列為撲救井下火災(zāi)的一種標(biāo)準(zhǔn)方法，德國在 80 年代研制了移動式制氮裝置，這些裝置可快速運(yùn)到任何地點(diǎn)的礦井使用。英國的 TekPacking 高水速凝充填料，相應(yīng)的井下制漿泵輸送設(shè)備及采空區(qū)巷旁袋裝充填工藝 ； 原蘇聯(lián)東方研究所的洗煤廠尾礦地面制漿泵送下井，混合速凝水泥充填工藝 ； 日本、 波蘭的粉煤灰、水泥地面制漿泵壓下井，采空區(qū)巷旁袋裝充填工藝 ； 英國的輕質(zhì)發(fā)泡水泥漿充填及發(fā)泡水泥砌塊隔墻堵漏風(fēng)等。常用密閉來隔絕滅火。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。 。其中包括合理的進(jìn)行巷道布置、堅(jiān)持正規(guī)開采和合理的開采順序和減少煤體破碎； (2)防止漏風(fēng)； (3)均壓防滅火 。 （ 4)測氛法探測火源位置 。（ 3)示蹤氣體法 。 測溫法是指利用溫度 傳感器對被監(jiān)測地點(diǎn)進(jìn)行溫度監(jiān)測以發(fā)現(xiàn)煤層發(fā)火危險(xiǎn)程度的 預(yù)報(bào)方法。 煤炭自燃指標(biāo)氣體是指能預(yù)測和反映其自燃發(fā)火狀態(tài)的某種氣體，這種氣體的產(chǎn)率 隨煤溫的上升而 發(fā)生規(guī)律性的變化 。外因火災(zāi)是指由于外來熱源 , 如明火、爆破、瓦斯煤塵爆炸、機(jī)械摩擦、電路短路等原因造成的火災(zāi)； 內(nèi)因山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 3 火災(zāi)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(zāi)。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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國統(tǒng)配和重點(diǎn)煤礦中具有自然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井約占 47%。此項(xiàng)研究對我國 煤礦 生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)活動中進(jìn)行有效的安全管理，防治火災(zāi)，提高生產(chǎn)效率，具有非常重要的實(shí)踐意義。通過對 煤礦 所存在的火災(zāi) 隱患 進(jìn)行細(xì)致地分析，研究相應(yīng)的控制技術(shù)。 而煤層自燃火災(zāi)防治是一項(xiàng)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(xiàng)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) 。礦井火災(zāi)是煤礦重大災(zāi)害之一，一方面礦井火災(zāi)不僅燒掉大量的 資源、材料和生產(chǎn)設(shè)備，而且由于要封閉火區(qū)，嚴(yán)重破壞了煤礦正常的生產(chǎn)秩序；另一方面燃燒消耗了風(fēng)流中的氧氣，使風(fēng)流中的氧氣體積分?jǐn)?shù)下降，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱能、有毒氣體和粉塵，嚴(yán)重污染環(huán)境。但這種采煤方法采空區(qū)遺留殘煤多、冒落高度大、漏風(fēng)嚴(yán)重，使得自然火災(zāi)發(fā)生頻繁。 我國煤炭自燃火災(zāi) 于 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(xiǎn) ， 據(jù)統(tǒng)計(jì)我國煤礦自燃火災(zāi)約占礦井火災(zāi)的 70%， 一些自然發(fā)火嚴(yán)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(zāi)次數(shù)的 90%以上 。 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 %。 Then bining the fundamental state of TengDong coal mine and the spontaneous bustion conditions of the semiisolated island, we can find the hidden fire danger point and take some reasonable measures to control the fire。綜 上 說明 本技術(shù)方案在 半 孤島工作面防滅火方面 取得了良好的效果， 具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 本文 首先 細(xì)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(yù)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(zāi)隱患點(diǎn)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(zāi)指標(biāo)氣體的監(jiān)測判斷所采取的防治措施是否起到了作用。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(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)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(xiǎn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國煤礦自燃火災(zāi)約占礦井火災(zāi)的 70%。 ：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱。對本論文（設(shè)計(jì)）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。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘要 I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 滕東煤礦半孤島工作