煤礦火災(zāi)前兆信息及預(yù)警新技術(shù)概述課件

煤礦火災(zāi)前兆信息及預(yù)警新技術(shù)煤礦火災(zāi)前兆信息及預(yù)警新技術(shù)一、煤礦火災(zāi)概念及分類二、煤礦火災(zāi)現(xiàn)狀分析三、煤礦火災(zāi)前兆信息四、煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)五、結(jié)論一、煤礦火災(zāi)概念及分類2煤礦火災(zāi)是指發(fā)生在煤礦井下或地面井口附近、威脅礦井安全生產(chǎn)、形成災(zāi)害的一切非控制燃燒?；馂?zāi)是煤礦五大主要災(zāi)害之一，每一場(chǎng)火災(zāi)的發(fā)生，輕則影響生產(chǎn)，重則可能燒毀煤炭資源和礦井設(shè)備，更為嚴(yán)重則可能引燃瓦斯煤塵爆炸，釀成人員傷亡的重大惡性事故。煤礦火災(zāi)概念煤礦火災(zāi)是指發(fā)生在煤礦井下或地面井口附近、威脅礦井安全生產(chǎn)、3煤礦火災(zāi)內(nèi)因火災(zāi)外因火災(zāi)井下火災(zāi)地面火災(zāi)可燃物（煤炭）自身氧化自燃1、有預(yù)兆2、火源隱蔽；3、有一個(gè)或長(zhǎng)或短的發(fā)展過程；4、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)外部熱源引燃可燃物1、發(fā)生突然；2、火源明顯；3、發(fā)展迅猛；4、持續(xù)時(shí)間短礦山井下的火災(zāi)，包括井口火災(zāi)礦山地面的火災(zāi)1、不容易發(fā)現(xiàn)與察覺；2、井下狹窄不易撲救；3、產(chǎn)生大量的有害氣體；4、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)1、容易發(fā)現(xiàn)與察覺；2、地面寬廣易撲救；3、產(chǎn)生的有害氣體少；4、持續(xù)時(shí)間短按引火熱源的不同按發(fā)火地點(diǎn)的不同煤礦火災(zāi)內(nèi)因火災(zāi)外因火災(zāi)井下火災(zāi)地面火災(zāi)可燃物（煤炭）自身氧4煤炭的主體地位煤炭是我國(guó)的主要能源和重要的工業(yè)原料。國(guó)家《能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要(2004-2020年)》中明確指出“堅(jiān)持以煤炭為主體、電力為中心、油氣和新能源全面發(fā)展”的能源戰(zhàn)略。2011年，全國(guó)煤炭產(chǎn)量35億噸，同比增長(zhǎng)7.7%，在一次能源消費(fèi)中約占70.4%，預(yù)計(jì)2050年仍將占50%以上。2011年中國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)煤炭的主體地位煤炭是我國(guó)的主要能源和重要的工業(yè)原料。20115煤礦災(zāi)害事故依然多發(fā)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年-2011年，與火災(zāi)相關(guān)的煤礦事故有92起。單一礦井火災(zāi)20起，死亡233人；火災(zāi)誘發(fā)瓦斯、煤塵爆炸等繼發(fā)災(zāi)害72起，死亡364人。2010年6月21日，河南興東二礦井下火藥自燃爆炸，造成46人遇難。2011年7月6日，山東防備煤礦井下空氣壓縮機(jī)自燃著火，進(jìn)而引燃坑木和煤炭，形成大面積的火區(qū)，導(dǎo)致28人死亡。2009年8月18日，云南尚崗煤礦自燃引起巷道垮塌，造成10人死亡。煤礦災(zāi)害事故依然多發(fā)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年-2011年，與火災(zāi)相6煤礦災(zāi)害事故依然多發(fā)僅2011年，43起較大瓦斯事故因火災(zāi)引起的有22起。從瓦斯爆炸火源看，電氣火花10起，放炮7起，煤炭自燃2起，工人吸煙2起，金屬撞擊1起。按引火源分類煤礦災(zāi)害事故依然多發(fā)僅2011年，43起較大瓦斯事故因火災(zāi)引7煤礦災(zāi)害事故依然多發(fā)2012年7月1日，窯街煤電集團(tuán)有限公司海石灣煤礦6112油頁巖綜采工作面出現(xiàn)間歇性噴火，7月9日工作面下端出現(xiàn)明火，由于火勢(shì)發(fā)展迅猛，被迫封閉全礦，7月11日井下油氣燃爆，出現(xiàn)較大沖擊波，將風(fēng)井防爆門破壞，迫使主扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)，全礦井停產(chǎn)。煤礦災(zāi)害事故依然多發(fā)2012年7月1日，窯街煤電集團(tuán)有限公司8人員傷亡：火災(zāi)產(chǎn)生的CO、CO2等有毒有害氣體隨高溫火煙一起流入井下各作業(yè)場(chǎng)所，造成人員中毒和窒息。燒毀設(shè)備和煤炭資源：井下發(fā)生火災(zāi)，會(huì)燒毀大量的設(shè)備、器材和煤炭資源，造成大量煤炭資源呆滯，影響礦井正常生產(chǎn)。煤礦火災(zāi)危害極大人員傷亡：火災(zāi)產(chǎn)生的CO、CO2等有毒有害氣體隨高溫火煙一起9嚴(yán)重的環(huán)境污染：煤田及矸石山自燃排放的SO2、NxOy、CxOy和煙塵等，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，CO2占全球總排量的2%-3%。煤田火災(zāi)矸石山火災(zāi)煤礦火災(zāi)危害極大嚴(yán)重的環(huán)境污染：煤田及矸石山自燃排放的SO2、NxOy、Cx10自然發(fā)火嚴(yán)重2011年，全國(guó)共有煤礦約11000個(gè)，具有自燃傾向的礦井占50%以上，傳統(tǒng)礦區(qū)百萬噸發(fā)火率高達(dá)7.47。采空區(qū)自然發(fā)火次數(shù)占火災(zāi)總數(shù)的60%，巷道煤柱占29%，其它地點(diǎn)占11%。中厚以下煤層的采空區(qū)自燃或愛次數(shù)占采空區(qū)發(fā)火總數(shù)的16%，厚煤層和特厚煤層的采空區(qū)自燃火災(zāi)次數(shù)占采空區(qū)發(fā)火總數(shù)的84%。自然發(fā)火嚴(yán)重2011年，全國(guó)共有煤礦約11000個(gè)，具有自燃11煤炭主產(chǎn)區(qū)受火災(zāi)影響嚴(yán)重煤炭主產(chǎn)區(qū)位于北緯35°以北的北方地區(qū)，其儲(chǔ)量占全國(guó)儲(chǔ)量80%以上，年產(chǎn)量占全國(guó)60%~70%。這些地區(qū)大部分屬溫帶大陸性氣候，晝夜溫差大，夏季炎熱，冬季寒冷，干旱少雨。區(qū)內(nèi)煤系主要有石炭二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、第三紀(jì)及少量三疊紀(jì)。侏羅紀(jì)煤層一般為特厚煤層，厚度在8m~120m之間，變質(zhì)程度較低，以長(zhǎng)焰煤、氣煤為主，侏羅紀(jì)煤田特厚煤層普遍自然發(fā)火。北緯35度煤炭主產(chǎn)區(qū)受火災(zāi)影響嚴(yán)重煤炭主產(chǎn)區(qū)位于北緯35°以北的北方地12煤氧化自燃過程燃燒著火點(diǎn)溫度準(zhǔn)備期風(fēng)化時(shí)間溫度T0冷卻0Tc＝70℃自熱期準(zhǔn)備期：重量略有增加，著火溫度降低，化學(xué)活潑性增強(qiáng)。自熱期：氧化速度增加，不穩(wěn)定的氧化物分解成H2O、CO2和CO，煤體溫度持續(xù)升高。當(dāng)煤溫超過自熱的臨界值（60℃～80℃）時(shí)，煤溫急劇上升，氧化進(jìn)程加快，開始出現(xiàn)煤的干餾，生成CmHn、H2及CO氣體。燃燒期：若煤溫上升到著火點(diǎn)溫度，則煤持續(xù)燃燒；若煤溫不能上升到Tc或上升到這一溫度后由于外界條件的變化又降低了下來，則會(huì)進(jìn)入風(fēng)化狀態(tài)。Tb臨界溫度煤氧化自燃過程燃著火點(diǎn)溫度準(zhǔn)備期風(fēng)化時(shí)間溫T0冷卻0Tc＝713煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)CO單一指標(biāo)CO煤自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面起到了積極的作用，但是CO的檢測(cè)溫度范圍較寬，從常溫一直到進(jìn)入激烈氧化階段都能夠檢測(cè)到CO，對(duì)煤自然發(fā)火發(fā)展到的階段較難給出準(zhǔn)確地判斷。煤自燃大部分發(fā)生在采空區(qū)或煤柱中，受漏風(fēng)條件的影響極大，這對(duì)CO濃度的測(cè)定造成了誤差，預(yù)報(bào)的可靠性也相應(yīng)降低。煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)CO單一指標(biāo)CO煤自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方14煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)CO單一指標(biāo)國(guó)內(nèi)平莊古山礦最早將CO的絕對(duì)生成量指標(biāo)用于煤自燃的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，該礦通過對(duì)36個(gè)回采工作面的長(zhǎng)期觀測(cè)，得到了CO絕對(duì)生成量相應(yīng)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)臨界指標(biāo)。自然發(fā)火系數(shù)安全值加強(qiáng)觀測(cè)值自然發(fā)火預(yù)報(bào)值H（m3/min）<0.00490.0049~0.0059≥0.0059印度學(xué)者AshokK.Singh研究表明，自燃點(diǎn)處氧氣濃度大于15%時(shí)，煤氧化產(chǎn)物基本上是CO2，此時(shí)往往無法檢測(cè)到CO的存在。因此，應(yīng)用CO指標(biāo)對(duì)煤自燃進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)時(shí)，應(yīng)綜合考慮各方面因素后再作出結(jié)論。煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)CO單一指標(biāo)國(guó)內(nèi)平莊古山礦最早將15煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)格雷哈姆系數(shù)由煤氧化過程中CO、CO2濃度的增加量和O2濃度的減少量計(jì)算得到。

格雷哈姆系數(shù)一般以R2作為主要指標(biāo)，以R1作為輔助指標(biāo)，R3則主要用于風(fēng)流狀態(tài)變化很大的情況。正常情況下，R2值小于0.5%，若R2值持續(xù)上升并超過0.5%的話，即表明該礦井中有自熱現(xiàn)象發(fā)生；超過1%時(shí)則說明煤礦井下已經(jīng)發(fā)生煤自燃現(xiàn)象。實(shí)際應(yīng)用過程中，由于井下情況復(fù)雜多變，差別較大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用不同的臨界指標(biāo)。煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)格雷哈姆系數(shù)由煤氧化過程中CO、16煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)撫順礦區(qū)實(shí)測(cè)了格雷哈姆指標(biāo)，并根據(jù)自身情況，總結(jié)多年的經(jīng)驗(yàn)，采用了相應(yīng)的指標(biāo)值。

格雷哈姆系數(shù)自燃發(fā)展階段R1/%R2/%R3/%原始階段0-150-10-3初級(jí)階段15-301-23-7危險(xiǎn)階段30-402-57-10著火階段>40>5>10自燃發(fā)展階段正常狀態(tài)低溫氧化階段（預(yù)警值）高溫氧化階段（臨界值）開始燃燒階段（報(bào)警值）著火R2/%00-0.450.46-44.1-9>9撫順礦區(qū)實(shí)測(cè)的格雷哈姆系數(shù)撫順老虎臺(tái)礦采用的格雷哈姆系數(shù)煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)撫順礦區(qū)實(shí)測(cè)了格雷哈姆指標(biāo)，并根17煤氧化時(shí)會(huì)釋放CH4、C2H6、C3H8、C4H10等烷烴氣體，可通過各烷烴氣體濃度比值對(duì)煤自燃的發(fā)展階段進(jìn)行判斷，稱這些比值為鏈烷比。鏈烷比主要有兩類：C2H6/CH4、C3H8/CH4、C4H10/CH4；C3H8/C2H6、C4H10/C2H6。煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)鏈烷比鏈烷比受煤本身吸附的烷烴量不同和吸附烷烴的釋放時(shí)間的影響，對(duì)采掘工作面新破碎、剝落的區(qū)域預(yù)報(bào)有一定難度，但對(duì)發(fā)生在采空區(qū)內(nèi)的高溫點(diǎn)，由于遺煤破碎強(qiáng)烈，吸附氣體又經(jīng)歷了較長(zhǎng)釋放時(shí)間，采用鏈烷比預(yù)報(bào)自然發(fā)火能取得較好的效果。煤氧化時(shí)會(huì)釋放CH4、C2H6、C3H8、C4H10等烷烴氣18煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)

在煤吸附的氣體中沒有烯烴氣體，井下檢測(cè)到的烯烴氣體是煤氧化分解過程中產(chǎn)生的，因此，烯烴氣體的出現(xiàn)表征煤的氧化已經(jīng)進(jìn)入釋放氧化氣體階段。也就是說，只要檢測(cè)到烯烴氣體，則表明煤溫已達(dá)到或超過其臨界溫度。由于C2H4和C3H6不是同一溫度下出現(xiàn)的，因此可以根據(jù)它們出現(xiàn)與否判斷煤溫的大致范圍。烯烴及烯烷比煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)在煤吸附的氣體中沒有烯烴19炔烴僅指C2H2，它是煤氧化進(jìn)入激烈燃燒階段的產(chǎn)物，是所有自燃氧化氣體中最晚出現(xiàn)的氣體，并出現(xiàn)的臨界溫度值較高。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，一旦礦井井下檢測(cè)到C2H2，則表明在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)存在進(jìn)入燃燒階段的明火，此時(shí)采取滅火措施一定要謹(jǐn)慎，避免直接將火源暴露于空氣中，以防引發(fā)瓦斯煤塵爆炸。煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)炔烴炔烴僅指C2H2，它是煤氧化進(jìn)入激烈燃燒階段的產(chǎn)物，是所有自20（1）褐煤、長(zhǎng)焰煤、氣煤和肥煤：烯烴或烯烷比為首選標(biāo)志氣體。烯烴預(yù)報(bào)范圍為110℃～180℃，濃度為（1.0～20.0）×10-7；烯烷比預(yù)報(bào)范圍應(yīng)依據(jù)煤層瓦斯組分和礦內(nèi)空氣成分確定。輔助指標(biāo)為CO及其派生指標(biāo)。（2）焦煤、瘦煤及貧煤：CO及其派生指標(biāo)為首選標(biāo)志氣體，預(yù)報(bào)范圍為90℃～150℃，濃度為（10～30）×10-7。輔助指標(biāo)為C2H4或烯烷比。（3）無煙煤（含高硫煤）：僅能選用CO及其派生指標(biāo)為標(biāo)志氣體，其預(yù)報(bào)范圍為100℃～150℃，濃度為（10～35）×10-6。標(biāo)志氣體優(yōu)選及煤礦火災(zāi)前兆信息提取《煤層自然發(fā)火標(biāo)志氣體色譜分析及指標(biāo)優(yōu)選方法》（AQ/T1019-2006）（1）褐煤、長(zhǎng)焰煤、氣煤和肥煤：烯烴或烯烷比為首選標(biāo)志氣體。21常規(guī)預(yù)警方法技術(shù)（1）嗅覺。煤炭自熱到一定溫度后出現(xiàn)煤油味、汽油味和輕微芳香氣味的非飽和碳?xì)浠衔?，可利用嗅到的氣味判斷附近的煤炭是否在自燃。?）視覺?？赏ㄟ^觀測(cè)煤在氧化過程中產(chǎn)生的水蒸氣，以及附近煤巖體表面凝結(jié)的水珠等物理現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)自然發(fā)火預(yù)警。（3）感覺。煤炭自燃或自熱、可燃物燃燒會(huì)使環(huán)境溫度升高，并可能使附近空氣中的氧濃度降低，CO2等有害氣體增加，所以當(dāng)人們接近火源時(shí)，會(huì)有頭痛、悶熱、精神疲乏等不適之感。利用人體生理感覺預(yù)報(bào)自然發(fā)火常規(guī)預(yù)警方法技術(shù)（1）嗅覺。煤炭自熱到一定溫度后出現(xiàn)煤油味、測(cè)定礦內(nèi)空氣及圍巖溫度的變化測(cè)溫法是通過測(cè)量溫度變化來表征煤自燃進(jìn)程。通過在特定區(qū)域安設(shè)溫度探測(cè)裝置來監(jiān)測(cè)煤自然發(fā)火程度。測(cè)溫法可分為兩類：一類是用檢測(cè)到的溫度值進(jìn)行預(yù)報(bào)或報(bào)警；另一類是通過監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化率預(yù)報(bào)。可用于溫度探測(cè)的主要有熱電偶、測(cè)溫電阻、半導(dǎo)體測(cè)溫元件、集成溫度傳感器、熱敏元件、光纖、紅外、激光及雷達(dá)波等。目前溫度法主要不足有：K型熱電偶精度低，長(zhǎng)距離有線數(shù)據(jù)采集結(jié)果滯后或失真；監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限，存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)；勞動(dòng)強(qiáng)度大，線路敷設(shè)困難；常規(guī)預(yù)警方法技術(shù)測(cè)定礦內(nèi)空氣及圍巖溫度的變化測(cè)溫法是通過測(cè)量溫度變化來表征煤測(cè)定礦內(nèi)氣體成分的變化氣體分析法根據(jù)煤自然發(fā)火過程中產(chǎn)生的氣體種類、濃度及變化率來預(yù)測(cè)和確定煤自然發(fā)火發(fā)展進(jìn)程和趨勢(shì)。其預(yù)警指標(biāo)可分為兩類：一類是利用某些標(biāo)志氣體的濃度直接進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，另一類是利用某些氣體濃度變化率或濃度比值來進(jìn)行預(yù)測(cè)，如鏈烷比、格哈雷姆系數(shù)等。無論采用哪類氣體指標(biāo)，都需要精確、快速檢測(cè)出各氣體的種類和濃度。目前采用的主要手段是氣體傳感器和色譜分析儀分析。氣體傳感器在井下實(shí)際應(yīng)用中受到井下環(huán)境影響，其穩(wěn)定性和靈敏度都大幅降低，檢測(cè)結(jié)果存在較大誤差，加之傳感器使用壽命、價(jià)格相對(duì)比較昂貴，種類比較單一，在一定程度上制約了氣體傳感器的使用。常規(guī)預(yù)警方法技術(shù)測(cè)定礦內(nèi)氣體成分的變化氣體分析法根據(jù)煤自然發(fā)火過程中產(chǎn)生的氣氣相色譜法是目前氣體分析方法中最精確、最可靠的分析儀器之一?！鞍宋濉逼陂g礦井火災(zāi)多參數(shù)色譜儀研制成功，實(shí)現(xiàn)了煤礦全組分氣體定性定量分析。與束管監(jiān)測(cè)技術(shù)融合后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦火災(zāi)早期預(yù)警，在一定程度上促進(jìn)了我國(guó)煤礦自然發(fā)火監(jiān)測(cè)和預(yù)警技術(shù)的成熟和完善。色譜分析的吸附和脫附周期較長(zhǎng)，無法實(shí)現(xiàn)快速分析；色譜柱需要經(jīng)常維護(hù)；每次色譜分析都需要先進(jìn)行標(biāo)樣測(cè)試；尤其是氫火焰檢測(cè)器不能應(yīng)用到煤礦井下爆炸危險(xiǎn)環(huán)境和應(yīng)急救援時(shí)期搶險(xiǎn)救災(zāi)等災(zāi)變環(huán)境中使用，常規(guī)預(yù)警方法技術(shù)氣相色譜法是目前氣體分析方法中最精確、最可靠的分析儀器之一。氣體光譜分析技術(shù)是儀器分析領(lǐng)域的一種重要方法，已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、材料領(lǐng)域，利用紅外吸收原理檢測(cè)氣體是國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)——傅里葉變換紅外光譜分析技術(shù)棱鏡式紅外分光光度計(jì)光柵型紅外光譜儀傅里葉變換紅外光譜儀專業(yè)化、小型化及精密化煤礦火災(zāi)氣體檢測(cè)氣體光譜分析技術(shù)是儀器分析領(lǐng)域的一種重要方法，已廣泛應(yīng)用于食“十一五”期間，利用傅立葉紅外光譜技術(shù)對(duì)煤礦井下常見CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4等的定量分析進(jìn)行了研究，基于化學(xué)計(jì)量學(xué)方法實(shí)現(xiàn)煤礦井下極性氣體的定量分析。煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)——傅里葉變換紅外光譜分析技術(shù)“十一五”期間，利用傅立葉紅外光譜技術(shù)對(duì)煤礦井下常見CO、C

利用2500-15400nm中紅外光譜區(qū)，能夠定性檢測(cè)煤礦全極性組份氣體，并且定量檢出限達(dá)到ppb級(jí)。利用2500-15400nm中紅外光譜區(qū)，能夠定性檢測(cè)煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)——傅里葉變換紅外光譜分析技術(shù)煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)——傅里葉變換紅外光譜分析技術(shù)煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)——傅里葉變換紅外光譜分析技術(shù)礦用光譜多參數(shù)檢測(cè)裝置MT/T757煤礦自然發(fā)火束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通用技術(shù)條件煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)——傅里葉變換紅外光譜分析技術(shù)礦用光譜多參儀器界面便攜式光譜爆炸三角形測(cè)定儀煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)——傅里葉變換紅外光譜分析技術(shù)AQ1044-2007礦井密閉防滅火技術(shù)規(guī)范儀器界面便攜式光譜爆炸三角形測(cè)定儀煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)—礦用光譜多參數(shù)檢測(cè)裝置及便攜式光譜爆炸三角形測(cè)定儀應(yīng)用方案礦用光譜多參數(shù)檢測(cè)裝置及便攜式光譜爆炸三角形測(cè)定儀應(yīng)用方案煤礦氣體紅外光譜分析儀煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)——傅里葉變換紅外光譜分析技術(shù)煤礦氣體紅外光譜分析儀煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)——傅里葉變換紅外光煤礦氣體紅外光譜分析儀與束管系統(tǒng)對(duì)接方案煤礦氣體紅外光譜分析儀與束管系統(tǒng)對(duì)接方案煤礦災(zāi)害氣體被動(dòng)式遙測(cè)光譜分析儀煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)——傅里葉變換紅外光譜分析技術(shù)煤礦災(zāi)害氣體被動(dòng)式遙測(cè)光譜分析儀煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)——傅里葉有害氣體Internet中心服務(wù)器存儲(chǔ)服務(wù)器客戶端矸石山煤田火被動(dòng)式遙測(cè)光譜分析儀對(duì)矸石山及煤田火災(zāi)氣體監(jiān)測(cè)應(yīng)用方案有害氣體Internet中心服務(wù)器存儲(chǔ)服務(wù)器客戶端矸石山煤田1、煤礦火災(zāi)是制約煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一2、煤礦火災(zāi)的防治重在“預(yù)防”，早期監(jiān)測(cè)預(yù)警是煤礦火災(zāi)預(yù)防的最有效手段3、現(xiàn)有基于氣相色譜的氣體分析法對(duì)火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)起到了較好的作用，基于光譜分析技術(shù)的煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)必將是新的發(fā)展方向。1、煤礦火災(zāi)是制約煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一煤礦火災(zāi)前兆信息及預(yù)警新技術(shù)煤礦火災(zāi)前兆信息及預(yù)警新技術(shù)一、煤礦火災(zāi)概念及分類二、煤礦火災(zāi)現(xiàn)狀分析三、煤礦火災(zāi)前兆信息四、煤礦火災(zāi)預(yù)警新技術(shù)五、結(jié)論一、煤礦火災(zāi)概念及分類39煤礦火災(zāi)是指發(fā)生在煤礦井下或地面井口附近、威脅礦井安全生產(chǎn)、形成災(zāi)害的一切非控制燃燒?；馂?zāi)是煤礦五大主要災(zāi)害之一，每一場(chǎng)火災(zāi)的發(fā)生，輕則影響生產(chǎn)，重則可能燒毀煤炭資源和礦井設(shè)備，更為嚴(yán)重則可能引燃瓦斯煤塵爆炸，釀成人員傷亡的重大惡性事故。煤礦火災(zāi)概念煤礦火災(zāi)是指發(fā)生在煤礦井下或地面井口附近、威脅礦井安全生產(chǎn)、40煤礦火災(zāi)內(nèi)因火災(zāi)外因火災(zāi)井下火災(zāi)地面火災(zāi)可燃物（煤炭）自身氧化自燃1、有預(yù)兆2、火源隱蔽；3、有一個(gè)或長(zhǎng)或短的發(fā)展過程；4、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)外部熱源引燃可燃物1、發(fā)生突然；2、火源明顯；3、發(fā)展迅猛；4、持續(xù)時(shí)間短礦山井下的火災(zāi)，包括井口火災(zāi)礦山地面的火災(zāi)1、不容易發(fā)現(xiàn)與察覺；2、井下狹窄不易撲救；3、產(chǎn)生大量的有害氣體；4、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)1、容易發(fā)現(xiàn)與察覺；2、地面寬廣易撲救；3、產(chǎn)生的有害氣體少；4、持續(xù)時(shí)間短按引火熱源的不同按發(fā)火地點(diǎn)的不同煤礦火災(zāi)內(nèi)因火災(zāi)外因火災(zāi)井下火災(zāi)地面火災(zāi)可燃物（煤炭）自身氧41煤炭的主體地位煤炭是我國(guó)的主要能源和重要的工業(yè)原料。國(guó)家《能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要(2004-2020年)》中明確指出“堅(jiān)持以煤炭為主體、電力為中心、油氣和新能源全面發(fā)展”的能源戰(zhàn)略。2011年，全國(guó)煤炭產(chǎn)量35億噸，同比增長(zhǎng)7.7%，在一次能源消費(fèi)中約占70.4%，預(yù)計(jì)2050年仍將占50%以上。2011年中國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)煤炭的主體地位煤炭是我國(guó)的主要能源和重要的工業(yè)原料。201142煤礦災(zāi)害事故依然多發(fā)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年-2011年，與火災(zāi)相關(guān)的煤礦事故有92起。單一礦井火災(zāi)20起，死亡233人；火災(zāi)誘發(fā)瓦斯、煤塵爆炸等繼發(fā)災(zāi)害72起，死亡364人。2010年6月21日，河南興東二礦井下火藥自燃爆炸，造成46人遇難。2011年7月6日，山東防備煤礦井下空氣壓縮機(jī)自燃著火，進(jìn)而引燃坑木和煤炭，形成大面積的火區(qū)，導(dǎo)致28人死亡。2009年8月18日，云南尚崗煤礦自燃引起巷道垮塌，造成10人死亡。煤礦災(zāi)害事故依然多發(fā)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年-2011年，與火災(zāi)相43煤礦災(zāi)害事故依然多發(fā)僅2011年，43起較大瓦斯事故因火災(zāi)引起的有22起。從瓦斯爆炸火源看，電氣火花10起，放炮7起，煤炭自燃2起，工人吸煙2起，金屬撞擊1起。按引火源分類煤礦災(zāi)害事故依然多發(fā)僅2011年，43起較大瓦斯事故因火災(zāi)引44煤礦災(zāi)害事故依然多發(fā)2012年7月1日，窯街煤電集團(tuán)有限公司海石灣煤礦6112油頁巖綜采工作面出現(xiàn)間歇性噴火，7月9日工作面下端出現(xiàn)明火，由于火勢(shì)發(fā)展迅猛，被迫封閉全礦，7月11日井下油氣燃爆，出現(xiàn)較大沖擊波，將風(fēng)井防爆門破壞，迫使主扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)，全礦井停產(chǎn)。煤礦災(zāi)害事故依然多發(fā)2012年7月1日，窯街煤電集團(tuán)有限公司45人員傷亡：火災(zāi)產(chǎn)生的CO、CO2等有毒有害氣體隨高溫火煙一起流入井下各作業(yè)場(chǎng)所，造成人員中毒和窒息。燒毀設(shè)備和煤炭資源：井下發(fā)生火災(zāi)，會(huì)燒毀大量的設(shè)備、器材和煤炭資源，造成大量煤炭資源呆滯，影響礦井正常生產(chǎn)。煤礦火災(zāi)危害極大人員傷亡：火災(zāi)產(chǎn)生的CO、CO2等有毒有害氣體隨高溫火煙一起46嚴(yán)重的環(huán)境污染：煤田及矸石山自燃排放的SO2、NxOy、CxOy和煙塵等，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，CO2占全球總排量的2%-3%。煤田火災(zāi)矸石山火災(zāi)煤礦火災(zāi)危害極大嚴(yán)重的環(huán)境污染：煤田及矸石山自燃排放的SO2、NxOy、Cx47自然發(fā)火嚴(yán)重2011年，全國(guó)共有煤礦約11000個(gè)，具有自燃傾向的礦井占50%以上，傳統(tǒng)礦區(qū)百萬噸發(fā)火率高達(dá)7.47。采空區(qū)自然發(fā)火次數(shù)占火災(zāi)總數(shù)的60%，巷道煤柱占29%，其它地點(diǎn)占11%。中厚以下煤層的采空區(qū)自燃或愛次數(shù)占采空區(qū)發(fā)火總數(shù)的16%，厚煤層和特厚煤層的采空區(qū)自燃火災(zāi)次數(shù)占采空區(qū)發(fā)火總數(shù)的84%。自然發(fā)火嚴(yán)重2011年，全國(guó)共有煤礦約11000個(gè)，具有自燃48煤炭主產(chǎn)區(qū)受火災(zāi)影響嚴(yán)重煤炭主產(chǎn)區(qū)位于北緯35°以北的北方地區(qū)，其儲(chǔ)量占全國(guó)儲(chǔ)量80%以上，年產(chǎn)量占全國(guó)60%~70%。這些地區(qū)大部分屬溫帶大陸性氣候，晝夜溫差大，夏季炎熱，冬季寒冷，干旱少雨。區(qū)內(nèi)煤系主要有石炭二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、第三紀(jì)及少量三疊紀(jì)。侏羅紀(jì)煤層一般為特厚煤層，厚度在8m~120m之間，變質(zhì)程度較低，以長(zhǎng)焰煤、氣煤為主，侏羅紀(jì)煤田特厚煤層普遍自然發(fā)火。北緯35度煤炭主產(chǎn)區(qū)受火災(zāi)影響嚴(yán)重煤炭主產(chǎn)區(qū)位于北緯35°以北的北方地49煤氧化自燃過程燃燒著火點(diǎn)溫度準(zhǔn)備期風(fēng)化時(shí)間溫度T0冷卻0Tc＝70℃自熱期準(zhǔn)備期：重量略有增加，著火溫度降低，化學(xué)活潑性增強(qiáng)。自熱期：氧化速度增加，不穩(wěn)定的氧化物分解成H2O、CO2和CO，煤體溫度持續(xù)升高。當(dāng)煤溫超過自熱的臨界值（60℃～80℃）時(shí)，煤溫急劇上升，氧化進(jìn)程加快，開始出現(xiàn)煤的干餾，生成CmHn、H2及CO氣體。燃燒期：若煤溫上升到著火點(diǎn)溫度，則煤持續(xù)燃燒；若煤溫不能上升到Tc或上升到這一溫度后由于外界條件的變化又降低了下來，則會(huì)進(jìn)入風(fēng)化狀態(tài)。Tb臨界溫度煤氧化自燃過程燃著火點(diǎn)溫度準(zhǔn)備期風(fēng)化時(shí)間溫T0冷卻0Tc＝750煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)CO單一指標(biāo)CO煤自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面起到了積極的作用，但是CO的檢測(cè)溫度范圍較寬，從常溫一直到進(jìn)入激烈氧化階段都能夠檢測(cè)到CO，對(duì)煤自然發(fā)火發(fā)展到的階段較難給出準(zhǔn)確地判斷。煤自燃大部分發(fā)生在采空區(qū)或煤柱中，受漏風(fēng)條件的影響極大，這對(duì)CO濃度的測(cè)定造成了誤差，預(yù)報(bào)的可靠性也相應(yīng)降低。煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)CO單一指標(biāo)CO煤自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方51煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)CO單一指標(biāo)國(guó)內(nèi)平莊古山礦最早將CO的絕對(duì)生成量指標(biāo)用于煤自燃的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，該礦通過對(duì)36個(gè)回采工作面的長(zhǎng)期觀測(cè)，得到了CO絕對(duì)生成量相應(yīng)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)臨界指標(biāo)。自然發(fā)火系數(shù)安全值加強(qiáng)觀測(cè)值自然發(fā)火預(yù)報(bào)值H（m3/min）<0.00490.0049~0.0059≥0.0059印度學(xué)者AshokK.Singh研究表明，自燃點(diǎn)處氧氣濃度大于15%時(shí)，煤氧化產(chǎn)物基本上是CO2，此時(shí)往往無法檢測(cè)到CO的存在。因此，應(yīng)用CO指標(biāo)對(duì)煤自燃進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)時(shí)，應(yīng)綜合考慮各方面因素后再作出結(jié)論。煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)CO單一指標(biāo)國(guó)內(nèi)平莊古山礦最早將52煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)格雷哈姆系數(shù)由煤氧化過程中CO、CO2濃度的增加量和O2濃度的減少量計(jì)算得到。

格雷哈姆系數(shù)一般以R2作為主要指標(biāo)，以R1作為輔助指標(biāo)，R3則主要用于風(fēng)流狀態(tài)變化很大的情況。正常情況下，R2值小于0.5%，若R2值持續(xù)上升并超過0.5%的話，即表明該礦井中有自熱現(xiàn)象發(fā)生；超過1%時(shí)則說明煤礦井下已經(jīng)發(fā)生煤自燃現(xiàn)象。實(shí)際應(yīng)用過程中，由于井下情況復(fù)雜多變，差別較大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用不同的臨界指標(biāo)。煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)格雷哈姆系數(shù)由煤氧化過程中CO、53煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)撫順礦區(qū)實(shí)測(cè)了格雷哈姆指標(biāo)，并根據(jù)自身情況，總結(jié)多年的經(jīng)驗(yàn)，采用了相應(yīng)的指標(biāo)值。

格雷哈姆系數(shù)自燃發(fā)展階段R1/%R2/%R3/%原始階段0-150-10-3初級(jí)階段15-301-23-7危險(xiǎn)階段30-402-57-10著火階段>40>5>10自燃發(fā)展階段正常狀態(tài)低溫氧化階段（預(yù)警值）高溫氧化階段（臨界值）開始燃燒階段（報(bào)警值）著火R2/%00-0.450.46-44.1-9>9撫順礦區(qū)實(shí)測(cè)的格雷哈姆系數(shù)撫順老虎臺(tái)礦采用的格雷哈姆系數(shù)煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)撫順礦區(qū)實(shí)測(cè)了格雷哈姆指標(biāo)，并根54煤氧化時(shí)會(huì)釋放CH4、C2H6、C3H8、C4H10等烷烴氣體，可通過各烷烴氣體濃度比值對(duì)煤自燃的發(fā)展階段進(jìn)行判斷，稱這些比值為鏈烷比。鏈烷比主要有兩類：C2H6/CH4、C3H8/CH4、C4H10/CH4；C3H8/C2H6、C4H10/C2H6。煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)鏈烷比鏈烷比受煤本身吸附的烷烴量不同和吸附烷烴的釋放時(shí)間的影響，對(duì)采掘工作面新破碎、剝落的區(qū)域預(yù)報(bào)有一定難度，但對(duì)發(fā)生在采空區(qū)內(nèi)的高溫點(diǎn)，由于遺煤破碎強(qiáng)烈，吸附氣體又經(jīng)歷了較長(zhǎng)釋放時(shí)間，采用鏈烷比預(yù)報(bào)自然發(fā)火能取得較好的效果。煤氧化時(shí)會(huì)釋放CH4、C2H6、C3H8、C4H10等烷烴氣55煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)

在煤吸附的氣體中沒有烯烴氣體，井下檢測(cè)到的烯烴氣體是煤氧化分解過程中產(chǎn)生的，因此，烯烴氣體的出現(xiàn)表征煤的氧化已經(jīng)進(jìn)入釋放氧化氣體階段。也就是說，只要檢測(cè)到烯烴氣體，則表明煤溫已達(dá)到或超過其臨界溫度。由于C2H4和C3H6不是同一溫度下出現(xiàn)的，因此可以根據(jù)它們出現(xiàn)與否判斷煤溫的大致范圍。烯烴及烯烷比煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)在煤吸附的氣體中沒有烯烴56炔烴僅指C2H2，它是煤氧化進(jìn)入激烈燃燒階段的產(chǎn)物，是所有自燃氧化氣體中最晚出現(xiàn)的氣體，并出現(xiàn)的臨界溫度值較高。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，一旦礦井井下檢測(cè)到C2H2，則表明在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)存在進(jìn)入燃燒階段的明火，此時(shí)采取滅火措施一定要謹(jǐn)慎，避免直接將火源暴露于空氣中，以防引發(fā)瓦斯煤塵爆炸。煤炭自然發(fā)火標(biāo)志氣體及其指標(biāo)炔烴炔烴僅指C2H2，它是煤氧化進(jìn)入激烈燃燒階段的產(chǎn)物，是所有自57（1）褐煤、長(zhǎng)焰煤、氣煤和肥煤：烯烴或烯烷比為首選標(biāo)志氣體。烯烴預(yù)報(bào)范圍為110℃～180℃，濃度為（1.0～20.0）×10-7；烯烷比預(yù)報(bào)范圍應(yīng)依據(jù)煤層瓦斯組分和礦內(nèi)空氣成分確定。輔助指標(biāo)為CO及其派生指標(biāo)。（2）焦煤、瘦煤及貧煤：CO及其派生指標(biāo)為首選標(biāo)志氣體，預(yù)報(bào)范圍為90℃～150℃，濃度為（10～30）×10-7。輔助指標(biāo)為C2H4或烯烷比。（3）無煙煤（含高硫煤）：僅能選用CO及其派生指標(biāo)為標(biāo)志氣體，其預(yù)報(bào)范圍為100℃～150℃，濃度為（10～35）×10-6。標(biāo)志氣體優(yōu)選及煤礦火災(zāi)前兆信息提取《煤層自然發(fā)火標(biāo)志氣體色譜分析及指標(biāo)優(yōu)選方法》（AQ/T1019-2006）（1）褐煤、長(zhǎng)焰煤、氣煤和肥煤：烯烴或烯烷比為首選標(biāo)志氣體。58常規(guī)預(yù)警方法技術(shù)（1）嗅覺。煤炭自熱到一定溫度后出現(xiàn)煤油味、汽油味和輕微芳香氣味的非飽和碳?xì)浠衔?，可利用嗅到的氣味判斷附近的煤炭是否在自燃。?）視覺。可通過觀測(cè)煤在氧化過程中產(chǎn)生的水蒸氣，以及附近煤巖體表面凝結(jié)的水珠等物理現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)自然發(fā)火預(yù)警。（3）感覺。煤炭自燃或自熱、可燃物燃燒會(huì)使環(huán)境溫度升高，并可能使附近空氣中的氧濃度降低，CO2等有害氣體增加，所以當(dāng)人們接近火源時(shí)，會(huì)有頭痛、悶熱、精神疲乏等不適之感。利用人體生理感覺預(yù)報(bào)自然發(fā)火常規(guī)預(yù)警方法技術(shù)（1）嗅覺。煤炭自熱到一定溫度后出現(xiàn)煤油味、測(cè)定礦內(nèi)空氣及圍巖溫度的變化測(cè)溫法是通過測(cè)量溫度變化來表征煤自燃進(jìn)程。通過在特定區(qū)域安設(shè)溫度探測(cè)裝置來監(jiān)測(cè)煤自然發(fā)火程度。測(cè)溫法可分為兩類：一類是用檢測(cè)到的溫度值進(jìn)行預(yù)報(bào)或報(bào)警；另一類是通過監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化率預(yù)報(bào)?？捎糜跍囟忍綔y(cè)的主要有熱電偶、測(cè)溫電阻、半導(dǎo)體測(cè)溫元件、集成溫度傳感器、熱敏元件、光纖、紅外、激光及雷達(dá)波等。目前溫度法主要不足有：K型熱電偶精度低，長(zhǎng)距離有線數(shù)據(jù)采集結(jié)果滯后或失真；監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限，存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)；勞動(dòng)強(qiáng)度大，線路敷設(shè)困難；常規(guī)預(yù)警方法技術(shù)測(cè)定礦內(nèi)空氣及圍巖溫度的變化測(cè)溫法是通過測(cè)量溫度變化來表征煤測(cè)定礦內(nèi)氣體成分的變化氣體分析法根據(jù)煤自然發(fā)火過程中產(chǎn)生的氣體種類、濃度及變化率來預(yù)測(cè)和確定煤自然發(fā)火發(fā)展進(jìn)程和趨勢(shì)。其預(yù)警指標(biāo)可分為兩類：一類是利用某些標(biāo)志氣體的濃度直接進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，另一類是利用某些氣體濃度變化率或濃度比值來進(jìn)行預(yù)測(cè)，如鏈烷比、格哈雷姆系數(shù)等。無論采用哪類氣體指標(biāo)，都需要精確、快速檢測(cè)出各氣體的種類和濃度。目前采用的主要手段是氣體傳感器和色譜分析儀分析。氣體傳感器在井下實(shí)際應(yīng)用中受到井下環(huán)境影響，其穩(wěn)定性和靈敏度都大幅降低，檢測(cè)結(jié)果存在較大誤差，加之傳感器使用壽命、價(jià)格相對(duì)比較昂貴，種類比較單一，在一定程度上制約了氣體傳感器的使用。常規(guī)預(yù)警方法技術(shù)測(cè)定礦內(nèi)氣體成分的變化氣體分析法根據(jù)煤自然發(fā)火過程中產(chǎn)生的氣氣相色譜法是目前氣體分析方法中最精確、最可靠的分析儀器之一