采場自燃發(fā)火防治研究

曹星星，韓 博，鞠明和

采場自燃發(fā)火防治研究

曹星星，韓 博，鞠明和

(中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008)

21世紀是中國高速發(fā)展的時期，也是能源大量消耗的時期。而在中國的一次能源消耗中，煤炭資源的比重一直是最高的。所以煤礦開采的形勢對國家發(fā)展起著重要作用，而在煤礦開采中難免會出現(xiàn)一系列的問題，其中自燃發(fā)火就是一個很嚴重的問題。本文旨在論述自燃發(fā)火帶來的危害，自燃發(fā)火形成的原因以及其影響因素。同時探討自燃發(fā)火隱患預(yù)測預(yù)報技術(shù)以及煤炭自燃火災(zāi)防治技術(shù)。

自燃發(fā)火危害;自燃發(fā)火成因;隱患預(yù)測;防治技術(shù)

礦井火災(zāi)是煤礦安全生產(chǎn)的五大自然災(zāi)害之一。而根據(jù)有關(guān)部門不完全統(tǒng)計，超過90%的火災(zāi)事故是由于內(nèi)因?qū)е碌?。煤的自燃發(fā)火極易導(dǎo)致煤礦火災(zāi)的發(fā)生，影響安全生產(chǎn)，燒毀煤炭資源和礦井設(shè)備，更為嚴重的是火災(zāi)、瓦斯爆炸等造成的人員傷害。造成負面影響是難以估測的，所以要做好礦井火災(zāi)防治。

1 自燃發(fā)火的危害分類

1)自燃發(fā)火導(dǎo)致礦井火災(zāi)，火災(zāi)產(chǎn)生大量的熱量，同時產(chǎn)生大量的煙，形成高溫?zé)熈?。在煙流中含有大量的有毒有害氣體(如一氧化碳、二氧化碳等)，而且還含有其他可燃性氣體。在煙流經(jīng)過的地方不僅毒化井內(nèi)空氣，而且可能導(dǎo)致再生火災(zāi)，嚴重危害人員安全;另一方面會導(dǎo)致礦井嚴重缺氧，進而致使人員窒息而亡。

2)如果火災(zāi)發(fā)生在有瓦斯、煤塵爆炸危險的礦井內(nèi)，危害程度更大?；馂?zāi)的發(fā)生進而導(dǎo)致瓦斯、煤塵爆炸的發(fā)生，甚至出現(xiàn)連續(xù)爆炸，擴大破壞范圍。除此之外，火災(zāi)產(chǎn)生大量的熱量，使接近火災(zāi)發(fā)生地的煤層干餾，產(chǎn)生可燃易爆的氣體，因此，在低瓦斯、無瓦斯礦井，火災(zāi)也可能有發(fā)生瓦斯爆炸的危險。

3)火災(zāi)造成煤炭資源被毀，縮短礦井服務(wù)年限。在隔絕區(qū)內(nèi)大量可采煤不能開采，造成礦井正常的生產(chǎn)秩序被破壞，導(dǎo)致采掘銜接緊張。

2 影響自燃發(fā)火形成因素

煤的自燃一般分為三個階段，潛伏階段、自熱階段、自燃階段，見圖1。

圖1 煤的自燃階段示意圖

影響煤炭自燃發(fā)火的因素分為內(nèi)因和外因兩個部分，見圖2。

圖2 煤炭自燃發(fā)火的因素示意圖

1)內(nèi)因：a)煤的變質(zhì)程度。一般認為，煤的煤化程度越高，其自燃傾向越小。但不能把煤化程度當作判定自燃傾向的唯一標準，從生產(chǎn)實踐中可以得到證明，相同煤化程度的煤，有的自燃，而有的卻不自燃。b)煤的水分。煤的水分在煤的自燃中不同階段起著相反的作用。在自熱階段，水分的生成和蒸發(fā)消耗大量的熱，因此，煤體中外在水分沒有完全蒸發(fā)前很難達到100℃，可以解釋水分大的煤為什么難以自燃。然而，水分填充于煤體的孔隙中就會把甲烷等氣體排除在外，干燥后又對煤的吸附起著活化的作用，所以放在露天的煤在雨雪天氣之后容易自燃。井下灌漿滅火，疏干后這種現(xiàn)象更劇烈，從這方面看水分有利于煤炭的自燃。c)煤巖成分。煤按化學(xué)成分可分為絲煤、暗煤、鏡煤和亮煤。它們的氧化性不同，絲煤是纖維結(jié)構(gòu)，表面吸附能力很強，所以吸氧能力極強，而且燃點低。所以，含有絲煤量大的自燃傾向性越大，相反，含暗煤越多，自燃傾向性越低。d)煤的含硫量。同牌號的煤，含硫礦物越多，越容易自燃。

煤的孔隙率和脆性、煤層瓦斯含量、煤層的含油量、導(dǎo)熱性等因素也能影響煤炭自燃傾向性。但是，單純的內(nèi)因不能決定煤礦是否會自燃發(fā)火，煤炭的自燃發(fā)火需要一定時間和蓄熱環(huán)境，使其溫度不斷地上升，主要取決于外在條件。

2)外因：a)地質(zhì)因素。煤層越厚，傾角越大，自燃發(fā)火的幾率就越大。煤是不良導(dǎo)體，因此，煤層越厚，越容易積聚熱量。b)開拓方式。開拓布置對自燃發(fā)火的煤層有很大的影響，采用石門、少留煤柱、減少對煤柱的切割、巖巷開拓，有利于消除發(fā)火隱患。c)采煤方法。采出率、回采率和煤層切割等對發(fā)火均有影響。d)通風(fēng)條件。通風(fēng)對自燃的影響主要表現(xiàn)在采空區(qū)、煤壁裂隙、煤柱的漏風(fēng)。漏風(fēng)使這些地方的煤氧化產(chǎn)生熱量。當風(fēng)速過小，供氧不足，產(chǎn)熱少;風(fēng)速過大，產(chǎn)熱容易被帶走，都不能導(dǎo)致自燃。

3 自燃隱患預(yù)測預(yù)報

由煤的自燃機理可知，在煤的升溫過程中會釋放出特殊氣體，如，一氧化碳、二氧化碳、烷烴、烯烴等氣體。這些特殊氣體為人們預(yù)測煤自燃的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

在這些特殊氣體中，選擇哪種氣體作為判斷標準是至關(guān)重要的。一氧化碳的出現(xiàn)貫穿整個自燃發(fā)火的過程。烷烴幾乎和一氧化碳一起出現(xiàn)，濃度低于一氧化碳，而且若是煤的種類不同就具有不同的顯現(xiàn)規(guī)律。烯烴出現(xiàn)較晚，在110℃左右可以檢測出來，此時的溫度說明煤的氧化階段處于加速階段。炔烴出現(xiàn)最晚，因為在較高的溫度才會出現(xiàn)。

根據(jù)檢測出來的結(jié)果，可以有效地預(yù)報出隱患，降低火災(zāi)發(fā)生的可能性。

4 自燃火災(zāi)滅火技術(shù)

滅火技術(shù)有很多，在此主要闡述氮氣及均壓滅火技術(shù)，見圖3。

圖3 自燃火災(zāi)滅火技術(shù)流程圖

1)氮氣滅火技術(shù)，即用制氮設(shè)備制取氮氣，利用氮氣滅火。氮氣滅火主要用于防治采空區(qū)瓦斯爆炸和自燃發(fā)火，加速封閉，使火災(zāi)區(qū)熄滅。但是氮氣降溫效果差，若是重新提供氧氣，火災(zāi)區(qū)很容易復(fù)燃。所以，在開放式工作面的采空區(qū)防火中，需要有確定的氮氣釋放口。氮氣滅火的好處是，在封閉滅火過程中，不會污染設(shè)備和設(shè)施，可以很快恢復(fù)生產(chǎn)。

2)均壓防滅火技術(shù)，對火區(qū)或危險區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)進行分析，通過均壓通風(fēng)治理大面積采空區(qū)漏風(fēng)，來達到降低危險區(qū)氧氣濃度，達到防滅火的目的。

還有其他的防治技術(shù)，如粉末滅火等。

5 結(jié)束語

了解煤自燃發(fā)火的機理和規(guī)律，認識自燃發(fā)火所導(dǎo)致的危害，有利于提高人們對火災(zāi)防治的意識。利用儀器測量特殊氣體的含量，消除隱患，把火災(zāi)消滅于萌芽中，降低災(zāi)難發(fā)生的可能性。這將有利于礦井的安全穩(wěn)定和社會快速的發(fā)展。

［1］ 張榜雄，魏錦平.綜放采場自燃發(fā)火防治技術(shù)及實踐［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2008：11－13.

［2］ 余明高，潘榮錕.煤礦火災(zāi)防治理論與技術(shù)［M］.鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2008：29.

［3］ 雙鴨山礦業(yè)集團有限公司.近距離煤層群開采自燃規(guī)律及綜合防治技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2006：189－193.

［4］ 陳永峰.煤礦自燃火災(zāi)防治［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004：89－90.

Prevention and Control on Spontaneous Combustion in Stope

Cao Xing－xing，Han Bo，Ju Ming－h(huán)e

The twenty － first century is China＇s high － speed development period，also is the energy consumption period.And in China＇s primary energy consumption，the proportion of coal resources is always the highest.So the situation of coal mining to national development play an important role，and in the coal mining will inevitably be a series of questions，and the spontaneous combustion is a very serious problem.This paper aims at discusses the dangers of the spontaneous combustion，the formation reason of spontaneous combustion and its influencing factors.The paper also discusses the prediction technology of spontaneous combustion hidden danger and prevention and control technology of coal spontaneous combustion fire.

Spontaneous combustion harm;Spontaneous combustion causes;Hidden trouble forecast;Prevention and control technology

TD75+2

A

1672－0652(2012)01－0016－02

2011－12－05

曹星星(1990—)，男，安徽滁州人，2009級中國礦業(yè)大學(xué)在讀本科生，主要從事采礦工程的研究，(E－mail)juminghecumt@163.com