【正文】 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。因此，區(qū)段煤柱的無(wú)煤柱護(hù)巷方法應(yīng)大力推廣。采用無(wú)煤柱護(hù)巷時(shí)，取消了煤柱，也就取消了由此帶來(lái)的煤炭自燃隱患。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223)采用無(wú)煤柱護(hù)巷方式。外錯(cuò)式布置在下分層回采時(shí)煤柱頂煤冒落堆積也易于形成易燃帶。厚煤層分層開(kāi)采時(shí)，分層區(qū)段平巷的布置過(guò)去有內(nèi)錯(cuò)和外錯(cuò)兩種方式，這兩種方式都容易造成煤炭自燃。布置在煤層中采用寬煤柱護(hù)巷。（1）合理的進(jìn)行巷道布置1）對(duì)一些服務(wù)時(shí)間較長(zhǎng)的巷道應(yīng)盡量采用巖石巷道。在礦井生產(chǎn)過(guò)程中更應(yīng)采取有效地開(kāi)采技術(shù)措施，防止發(fā)生煤炭自然災(zāi)害以保證礦井生產(chǎn)安全正常的進(jìn)行 [1]。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(shí)現(xiàn)防滅火的目的。 煤炭自然發(fā)火防治技術(shù)由于煤自燃是煤氧復(fù)合的結(jié)果，影響煤自燃的主要條件是煤的表面活性結(jié)構(gòu)濃度、氧濃度和溫度。同位素測(cè)氡技術(shù)探測(cè)煤層火源位置及其范圍的應(yīng)用技術(shù)解決了煤層火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及防治技術(shù)的難題：1）采空區(qū)高溫異常區(qū)位置及范圍的確定；2）灌漿火火打鉆定位及火火參數(shù)的選擇；3）火區(qū)下采煤的開(kāi)拓開(kāi)采布署；4）封閉火區(qū)內(nèi)設(shè)備的啟封與搶險(xiǎn)中火火方案的選擇；5）大面積均壓火火參數(shù)的選擇；6）大面積煤田自燃火災(zāi)滅火方案及參數(shù)的選擇。探測(cè)器按工作原理可分為電離室型、閃爍室型、半導(dǎo)體探測(cè)器型等。（4)測(cè)氡法探測(cè)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(cè)量時(shí)既可測(cè)氡氣，又可測(cè)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(qiáng)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(cè)量。示蹤物質(zhì)的選擇對(duì)測(cè)定煤體熱狀態(tài)具有重大的影響。（3)示蹤氣體法利用 等熱穩(wěn)定性較好的示蹤氣體測(cè)定采空區(qū)漏風(fēng)量的技術(shù)已經(jīng)成6SF功應(yīng)用。近年來(lái)普遍推廣的是測(cè)試簡(jiǎn)單、操作方便的紅外測(cè)溫儀等。現(xiàn)有預(yù)報(bào)煤層發(fā)火的測(cè)溫法有兩種 [17]：1)直接用檢測(cè)到的溫度進(jìn)行預(yù)報(bào)；2）根據(jù)溫度的變化特性進(jìn)行預(yù)報(bào)。（2)測(cè)溫法測(cè)溫法是指利用溫度傳感器對(duì)被監(jiān)測(cè)地點(diǎn)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)以發(fā)現(xiàn)煤層發(fā)火危險(xiǎn)程度的預(yù)報(bào)方法。95 年完成的國(guó)家“八五”攻關(guān)項(xiàng)目一 GC85 型多參數(shù)色譜檢測(cè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)樣一次完成火災(zāi)氣體的全組分分析，并目可與束管檢測(cè)采樣系統(tǒng)接口聯(lián)合使用。國(guó)內(nèi)外相關(guān)的氣體指2HC4標(biāo)如下表 所示：在氣體分析手段方面，我國(guó) 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(zāi)的氣體產(chǎn)物，具有常量分析和微量分析指標(biāo)氣體國(guó)家名稱 主要指標(biāo)氣體 輔助指標(biāo)氣體中國(guó) CO、 42HCCO/△ 、 /2O6HC42俄羅斯 CO /美國(guó) CO CO/△ 2英國(guó) CO、 42CO/△日本 CO、 CO/△ 、 /2O6HC42波蘭、德國(guó)、法國(guó) CO CO/△表 各國(guó)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19的功能，最小檢知濃度可達(dá) 。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(kāi)始試采用紅外技術(shù)。50 年代開(kāi)始，我國(guó)煤礦在學(xué)習(xí)蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)始應(yīng)用檢測(cè) CO 的方法來(lái)發(fā)現(xiàn)自燃火災(zāi)，其主要檢測(cè)技術(shù)為波羅克曼分析儀。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（1）指標(biāo)氣體分析法煤炭自燃指標(biāo)氣體是指能預(yù)測(cè)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。 煤層自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)煤層自然發(fā)火預(yù)報(bào)技術(shù)是指在煤層開(kāi)采后，根據(jù)煤自燃進(jìn)程中的溫度、氣體等變化特征，判識(shí)自燃狀態(tài)，對(duì)自然發(fā)火進(jìn)行識(shí)別并預(yù)警的技術(shù)。這種方法只能根據(jù)巷道實(shí)際情況和自然發(fā)火統(tǒng)計(jì)資料，粗略判斷巷道可能的發(fā)火區(qū)域和高溫點(diǎn)位置。以上這些方法都是利用大量的統(tǒng)計(jì)資料，分析煤自燃主要因素的影響程度，粗略預(yù)測(cè)煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)程度，對(duì)發(fā)火期以及可能發(fā)火的區(qū)域則無(wú)法進(jìn)行預(yù)測(cè)，所以該方法只能定性不能定量。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證表明，該方法比常規(guī)預(yù)測(cè)方法簡(jiǎn)便且精度高。該方法針對(duì)綜放面采空區(qū)，在已測(cè)到的漏風(fēng)強(qiáng)度 Q 和煤體溫度 T 的基礎(chǔ)上，利用Rough Set（ RS)的約簡(jiǎn)理論對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)約簡(jiǎn)。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(kāi)采參數(shù)運(yùn)用模糊聚類方法對(duì)自然發(fā)火危險(xiǎn)性進(jìn)行了分類。近年來(lái)，王省身、蔣軍成、王德明、王俊、趙向軍、李文平等人采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法預(yù)測(cè)煤層自燃危險(xiǎn)程度 [12]，雖然他們采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各不相同，但均是采用影響開(kāi)采煤層自燃危險(xiǎn)性的三個(gè)主要因素，即煤炭自身的自燃傾向性，開(kāi)采煤層的地質(zhì)賦存條件和開(kāi)拓條件、通風(fēng)技術(shù)條件，作為預(yù)測(cè)指標(biāo)，再對(duì)預(yù)測(cè)指標(biāo)作進(jìn)一步細(xì)分，來(lái)預(yù)測(cè)煤自燃的危險(xiǎn)程度。尤其是波蘭已取得進(jìn)展，它把復(fù)雜的外界因素歸納為地質(zhì)條件、開(kāi)采條件、通風(fēng)條件等七個(gè)方面因素，用 S 表示，再和煤自燃i傾向性指標(biāo) SZ (帶灰份指標(biāo))相加，即得礦井自然發(fā)火危險(xiǎn)程度指標(biāo)。由于問(wèn)題的復(fù)雜性，人們?cè)诮o外在因素進(jìn)行評(píng)分時(shí)帶有一定程度的主觀臆斷，而且各個(gè)采煤國(guó)家僅是根據(jù)本國(guó)自身的具體情況制定相應(yīng)的評(píng)判方法。因此，無(wú)論靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)吸氧法對(duì)煤自燃傾向性的考察與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際是相差很遠(yuǎn)的。并且煤氧反應(yīng)是十分復(fù)雜的，物理作用可逆，而化學(xué)作用正好相反，是不可逆的。而動(dòng)態(tài)和靜態(tài)吸氧法，在反應(yīng)過(guò)程方面是相似的，但是實(shí)驗(yàn)研究和測(cè)試的方法與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際是不同的。這種方法是在人為強(qiáng)制下使煤和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 在實(shí)際開(kāi)采條件下煤的自然發(fā)火現(xiàn)象與現(xiàn)有自燃傾向性測(cè)試方法相差甚遠(yuǎn)。但該方法只能測(cè)試可逆的物理吸附和脫附量，而且因?yàn)榘殡S著化學(xué)吸附和反應(yīng)，難以計(jì)算氧消耗量；另外，煤的吸附性能同時(shí)也因?yàn)槊簬r組份、破碎煤體孔隙結(jié)構(gòu)、粒度的組成、水的含量等多種因素的不同而不同，而煤樣的自山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論15燃性是受多種因素所影響的。因此，為了建立更完善的新的煤樣自燃傾向性鑒定方法，我國(guó)在六十年代初曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)靜態(tài)吸氧法和雙氧水法的研究，但后來(lái)研究工作結(jié)束后并沒(méi)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(guó)一直用著火點(diǎn)溫度降低值法(即固態(tài)氧化劑法)來(lái)劃分煤自燃傾向性。 在二十世紀(jì)八十年代之后，美國(guó)礦業(yè)局 [7]研究出利用絕熱爐這種實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定煤炭的最小自熱溫度，進(jìn)而評(píng)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(dòng)態(tài)法去研究煤的自燃傾向性；土耳其[9]采用非恒溫動(dòng)態(tài)法來(lái)測(cè)試自燃臨界溫度和一氧化碳產(chǎn)生率，進(jìn)而預(yù)測(cè)自燃傾向性；南非 [10]采用由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的絕熱量熱法來(lái)預(yù)測(cè)自燃傾向性的。 煤炭自然發(fā)火早期識(shí)別與預(yù)防 煤炭自燃危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)研究(1)自燃傾向性實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)法 [6]煤自燃傾向性是指煤層開(kāi)采之前，其自然發(fā)火的可能程度，所有煤種山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論14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(kāi)采深度：煤層賦存太淺或太深都會(huì)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(kāi)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。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。n（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(duì)應(yīng)于實(shí)際中主要是通過(guò)漏風(fēng)和擴(kuò)散供氧，因此，對(duì)于開(kāi)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(guò) 200Pa，礦井風(fēng)壓不得超過(guò) 3000Pa)，待超過(guò)時(shí)及時(shí)封閉。當(dāng)風(fēng)速過(guò)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(guò)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(huì)發(fā)展成為自燃火災(zāi)。通風(fēng)對(duì)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(zhǎng)壁式采煤法留煤皮假頂以及回采率較低的水力采煤法對(duì)防火均不利。2)采煤方法。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，開(kāi)拓布置對(duì)自然發(fā)火煤層的礦井影響很大。許多開(kāi)采同一煤田、相同煤層的不同礦井，甚至同一礦井不同的開(kāi)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(gè)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(kāi)拓、開(kāi)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(guò)程中起著重要的作用。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(guò)程中的變化，指出含 Ca 礦物對(duì)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(duì)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(guò)氧化物的產(chǎn)生。我國(guó)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)?、二氧化碳、甲烷等氣體排除，當(dāng)干燥以后對(duì)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 時(shí)，自燃難以發(fā)生；瓦斯涌出速度高時(shí)，很難發(fā)tm3生煤的氧化，但是瓦斯涌出速度小于 ～ 時(shí)，瓦斯涌出對(duì)煤hgml?的氧化過(guò)程沒(méi)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(guò)程進(jìn)行，它類似用惰性氣體稀釋空氣對(duì)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(kāi)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(duì)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(gè)臨界粒徑(一般為 138～387um )時(shí)，氧化速率基本與粒徑無(wú)關(guān)：Karsner(1981)的研究表明當(dāng)粒徑在 時(shí)氧化速率與粒徑無(wú)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(guò)對(duì)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(wú)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]（2022)等通過(guò)對(duì)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(huì)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(zhǎng)焰煤氣煤肥煤焦煤瘦煤貧煤無(wú)煙煤的趨勢(shì)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(zhǎng)焰煤、煙煤、焦煤至無(wú)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(duì)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(guò)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(lái)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