淺析礦井開(kāi)采煤炭自燃發(fā)火產(chǎn)生的原因及對(duì)策

趙軍

摘 要:煤礦井下自然發(fā)火是煤礦開(kāi)采的一個(gè)主要災(zāi)害,要保證煤礦的安全生產(chǎn),全面了解煤礦井下自然發(fā)火產(chǎn)生的原因和條件,積極采取策略,預(yù)防自然發(fā)火災(zāi)害是擺在我們當(dāng)前的一個(gè)主要任務(wù)。本文從煤礦井下煤自然發(fā)火的規(guī)律,理論聯(lián)系實(shí)際,為煤礦開(kāi)采過(guò)程中防滅火提供理論和技術(shù)支持,確保煤礦安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞:煤礦自燃發(fā)火原因和條件對(duì)策

中圖分類(lèi)號(hào):TD752 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)05(b)-0071-01

煤礦井下自然發(fā)火是煤礦開(kāi)采的一個(gè)主要災(zāi)害,我國(guó)煤礦發(fā)生的火災(zāi)中,自燃發(fā)火約占礦井火災(zāi)的七成以上。要保證煤礦的安全生產(chǎn),全面了解煤礦井下自然發(fā)火產(chǎn)生的條件,積極采取策略,預(yù)防自然發(fā)火災(zāi)害是擺在我們當(dāng)前的一個(gè)主要任務(wù)。

1煤礦井下自然發(fā)火產(chǎn)生的原因和條件

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中,隨著開(kāi)采深度的增加,煤炭自身的溫度逐漸提高,水份逐漸減少,礦壓逐漸增大,瓦斯的涌出量不斷增大,風(fēng)量和風(fēng)流變化較大。采煤的工藝水平由原先的分層式開(kāi)采到放頂式開(kāi)采,這就需要加大通風(fēng)量,風(fēng)量的增大,加快了浮煤的氧化速度與氧化程度,為煤層的自燃發(fā)火提供了條件。

煤炭自燃發(fā)火前的預(yù)兆:煤溫、氣溫連續(xù)上升,風(fēng)流中伴有煤油、松節(jié)油味;空氣相對(duì)濕度增加。巷道出現(xiàn)霧氣,支架、煤壁頂板上有水珠;空氣中一氧化碳和二氧化碳,其相對(duì)含量連續(xù)上升。流經(jīng)自燃地點(diǎn)的空氣含量減少。

具體分析,首先煤炭自身的特性,有一定自燃傾向性,受壓破碎且堆積至一定厚度時(shí),煤與氧氣的結(jié)合能力強(qiáng),氧化放熱量較大,氧化過(guò)程進(jìn)展較快,容易發(fā)生自燃。

其次,含氧量較高的風(fēng)流持續(xù)穩(wěn)定的流經(jīng)破碎的煤體時(shí),煤的氧化自燃過(guò)程才能夠不斷地發(fā)展下去,才有可能最終發(fā)生煤自燃現(xiàn)象。流經(jīng)煤體風(fēng)流的含氧量對(duì)煤自燃的成長(zhǎng)過(guò)程有主要的影響,一般分為以下幾種情形:

(1)風(fēng)流中的氧氣濃度小于5%時(shí),因氧氣量不足,煤炭自燃現(xiàn)象不會(huì)輕易發(fā)生。

(2)風(fēng)流中的氧氣濃度大于5%而小于15%時(shí),若積聚一定的熱量,煤將可能由遲緩氧化慢慢發(fā)展到自燃。

(3)風(fēng)流中的氧氣濃度大于15%時(shí),因?yàn)槁╋L(fēng)嚴(yán)重,煤氧化發(fā)生的熱量往往較難蓄積,較難發(fā)生煤自燃。而且,只有在通風(fēng)供氧前提持續(xù)且不變的情形下,煤氧化自燃的過(guò)程才能夠持續(xù)進(jìn)行并最終可能造成煤自燃災(zāi)難,短時(shí)間非持續(xù)的通風(fēng)供氧前提下,不會(huì)引起煤自燃。

再次,煤氧化產(chǎn)生的熱量能否積聚也是煤自燃的前提,風(fēng)流速度影響著熱量的積聚,若風(fēng)速過(guò)小,供氧量不足,煤不易氧化自燃;若風(fēng)速過(guò)大,熱量不易積聚,煤氧化升溫過(guò)程難以持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展下去,同樣不易發(fā)生自燃。一般認(rèn)為風(fēng)速為0.1～0.24m/min時(shí),煤最輕易發(fā)生自燃。相關(guān)學(xué)者還從漏風(fēng)量角度對(duì)煤的氧化蓄熱情形進(jìn)行了剖析,認(rèn)為漏風(fēng)量持續(xù)為0.4～0.8m/min時(shí)易導(dǎo)致自然發(fā)火。

最后,煤自燃是煤氧化放熱過(guò)程持續(xù)一定時(shí)間之后的結(jié)果,所以持續(xù)一定的時(shí)間也是煤自燃的前提。

煤自燃受多種因素的共同影響的結(jié)果,具有必然性與偶然性。對(duì)于煤礦井下來(lái)說(shuō),采空區(qū)、停采線、進(jìn)風(fēng)巷道、回風(fēng)巷道和通風(fēng)設(shè)施等地點(diǎn)附近,自然發(fā)火頻率相對(duì)較大。在煤礦日常防滅火工作中,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這些地點(diǎn)的有效監(jiān)控,做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情,及時(shí)處理,把事故隱患消滅在萌芽狀態(tài),保證井下采煤的安全。

2預(yù)防煤礦井下自然發(fā)火的對(duì)策

煤礦井下自燃有它的規(guī)律和產(chǎn)生的條件,要想預(yù)防自然發(fā)火,我們就要破壞它的規(guī)律,消除自然發(fā)火的條件,這其中就有巷道的合理布置;煤炭開(kāi)采順序的調(diào)整,減少礦井下氧氣含量,通風(fēng)系統(tǒng)的合理設(shè)置,均壓、漏風(fēng)檢測(cè)與堵漏防熱技術(shù)等。

(1)采取合理有效的開(kāi)采方法,正確布置巷道,對(duì)煤層發(fā)生自燃發(fā)火有一定的控制,從源頭治理,煤礦從開(kāi)采設(shè)計(jì)到煤礦開(kāi)采的施工管理,都要認(rèn)真研究煤層發(fā)生自燃發(fā)火這一課題,在保證煤礦生產(chǎn)的同時(shí)要兼顧防止煤炭自然發(fā)火,要考慮對(duì)巷道進(jìn)行合理的布置。

(2)提高煤礦的回采率,加快回采的推進(jìn)速度,可以提高煤炭的開(kāi)采產(chǎn)量,減少煤炭的堆積量,同時(shí)降低煤體水分的散失,煤炭在氧化帶內(nèi)停留的時(shí)間短,煤炭自然發(fā)火之前就進(jìn)入窒息帶,就不會(huì)發(fā)生自燃發(fā)火,這樣能夠有效防治煤礦井下自然發(fā)火。

(3)煤礦礦井中泥漿的濃度濕度對(duì)防滅火有一定的效果,泥漿濃度越高,對(duì)防火滅火的效果越好,同時(shí)要及時(shí)更換更新注漿系統(tǒng),確保井下的自然發(fā)火防治措施落實(shí)到位。

(4)降低礦井下氧氣含量,可以有效抑制煤炭等可燃物的隱燃和復(fù)燃?？梢韵虻V井采空區(qū)持續(xù)注入氮?dú)?并使注入的氮?dú)鉂B透到采空區(qū)、冒落區(qū)、裂隙帶等非作業(yè)地區(qū),形成保護(hù)罩,切除煤自燃氧氣的供給。

(5)利用注射高壓水,煤體吸收了大量的水分之后,煤質(zhì)會(huì)變軟變酥,增加了煤炭的可放性,避免了存放煤炭時(shí)產(chǎn)生的大量煤塵,在一定程度上消除了煤塵自燃現(xiàn)象。

(6)利用紅外線探測(cè)技術(shù)應(yīng)用于防滅火工作中,通過(guò)測(cè)定場(chǎng)強(qiáng)的變化,及早探測(cè)到自燃的隱患地點(diǎn),有利于及時(shí)采取措施進(jìn)行預(yù)防,為煤礦生產(chǎn)提供了安全保障。

原有的探測(cè)方法(包括氣體監(jiān)測(cè))都是在煤體吸氧自熱出現(xiàn)自燃隱患以后才有效,在此之前無(wú)法探測(cè)到自燃隱患。一旦發(fā)現(xiàn)有害氣體(CO),煤體已經(jīng)處于自熱化學(xué)反應(yīng)的階段,很快就可能造成煤層自燃發(fā)火,在時(shí)間上給防止自燃發(fā)火工作帶來(lái)了難度。紅外線探測(cè)是一項(xiàng)早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的技術(shù),尤其是在煤體吸氧活化階段就可以探測(cè)到隱患地點(diǎn)。

礦井火災(zāi)是一大突出災(zāi)害,尤其是近幾年,重大火災(zāi)事故還時(shí)有發(fā)生,給煤炭企業(yè)帶來(lái)難以估量的負(fù)面影響,特別是有損于煤炭行業(yè)的社會(huì)形象,也嚴(yán)重制約著煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。煤礦自然發(fā)火是煤礦安全生產(chǎn)的重要隱患,只要煤礦企業(yè)堅(jiān)持“以防為主,防滅結(jié)合”的基本原則,把各項(xiàng)措施都落實(shí)到位,把安全施工管理放在首位,就能夠切實(shí)有效地預(yù)防煤層自然發(fā)火。