滕東煤礦半孤島工作面防滅火技術(shù)研究-學(xué)位論文

山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文摘要PAGEVI畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目滕東煤礦半孤島工作面防滅火技術(shù)研究

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。作者簽名：日期：畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說(shuō)明本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解**學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。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(shū)館被查閱。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。

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摘要我國(guó)煤炭自燃火災(zāi)十分嚴(yán)重,在開(kāi)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(guó)煤礦自燃火災(zāi)約占礦井火災(zāi)的70%。近年來(lái)我國(guó)廣泛采用綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)，使開(kāi)采效率大幅提高，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，使得自燃火災(zāi)發(fā)生頻繁。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(shí)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(guò)對(duì)工作面的溫度和相關(guān)火災(zāi)指標(biāo)氣體的監(jiān)測(cè)判斷所采取的防治措施是否起到了作用。在現(xiàn)場(chǎng)采取注漿、注膠、設(shè)隔離墻等防滅火措施前后，分別經(jīng)溫度傳感器和取樣束管獲得有關(guān)溫度和火災(zāi)指標(biāo)氣體的數(shù)據(jù)，再利用Excel軟件繪制出溫度和煤炭自燃的標(biāo)志性氣體的濃度變化曲線，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)與所研究工作面相鄰的采空區(qū)的指標(biāo)氣體CO濃度的平均值由97.5ppm降低到20.5ppm，乙烯值恒為0，平均溫度降低了4℃；另一方面所研究的工作面的CO和乙烯一直為0。綜上說(shuō)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。關(guān)鍵詞：煤礦，半孤島，火災(zāi)，防治ABSTRACTThesituationofourcountry’scoalspontaneouscombustionfireisveryserious.Therearealmost50%oftheexistingminesinminingcoalseam,whichareinthespontaneouscombustiondanger.Accordingtostatistics,Chinesecoalspontaneouscombustionfireaccountedforabout70%oftheminefire.Inrecentyears,fullymechanizedcavingminingtechnologyiswidelyusedinChina,anditmakestheminingefficiencygreatlyimproved.However,thismethodleadstotheaccumulationofresidualcoalingoaf,thehigherofthebadlybleeding,andmakesairleakageserious,thespontaneouscombustionfirehappenfrequently.Firstlt,thearticlecarefullyanalysesthebasictheoryofthecoalspontaneouscombustion,includingtheinfluencingfactorsofthenaturalcombustion,earlyrecognitionandpreventionanditscontroltechnology;ThencombiningthefundamentalstateofTengDongcoalmineandthespontaneouscombustionconditionsofthesemi-isolatedisland,wecanfindthehiddenfiredangerpointandtakesomereasonablemeasurestocontrolthefire;Finally,accordingtothemonitoringoftheworkingtemperatureandrelatedfiregas,wecanjudgewhetherthepreventionmeasureswork.Duringtheperiodofgrouting,plasticinjectionandsettingupthewallinthefield,wecanacquiresomedatesoftempetureandrelatedfiregasbythetemperaturesensorandthesamplebeamtube.ThenusingExcelsoftwaretomapoutthetemperatureandtheconcentrationcurveofindexgasofthecoalspontaneouscombustion.Throughthediagramsandtables,theanalysisfindsthattheaverageconcentrationofcarbonmonoxideastheindicatorgasofthegoafadjacenttotheresearchface,reducesfrom97.5ppmto20.5ppm,theconcentrationofethyleneisalways0andthemeantemperaturedecreases4℃.Ontheotherhand,theconcentrationofcarbonmonoxideandethyleneoftheresearchfaeisalways0.Insummary,thestatisticalresultscanillustratethatthetechnicalsolutionsachievesgoodresultsinsemi-isolatedislandface,andhasimportantpracticalapplications.Keywords：Coalmine,Semi-isolatedisland,Fire,Control山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文目錄目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1緒論 11.1課題的提出 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3研究思路與方法 42煤炭自然發(fā)火基本理論 62.1煤炭自然發(fā)火影響因素 62.2煤炭自然發(fā)火早期識(shí)別與預(yù)防 122.3煤炭自然發(fā)火防治技術(shù) 192.4本章小結(jié) 313滕東煤礦半孤島工作面自然發(fā)火防治技術(shù) 323.1半孤島工作面自然發(fā)火特點(diǎn) 323.2滕東煤礦概況 333.33下105半孤島工作面自然發(fā)火防治技術(shù) 433.4本章小結(jié) 544應(yīng)用效果分析 554.1溫度監(jiān)測(cè)記錄 554.2指標(biāo)氣體監(jiān)測(cè)記錄 594.3本章小結(jié) 695主要結(jié)論 70參考文獻(xiàn) 72致謝 74附錄 75山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文緒論P(yáng)AGE521緒論1.1課題的提出礦井火災(zāi)是指礦井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，是煤炭生產(chǎn)中的主要自然災(zāi)害之一[1]。中國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)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?jī)?chǔ)備量約5.1萬(wàn)億噸，約占全國(guó)煤炭資源總量的91.12%。在總的礦井火災(zāi)總數(shù)中，外因火災(zāi)占比重一般為10%左右，但危害很大，剩余的90%為內(nèi)因火災(zāi)，內(nèi)因火災(zāi)多由煤炭自燃引起。我國(guó)煤炭自燃火災(zāi)于分嚴(yán)重,在開(kāi)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(guó)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。近年來(lái)我國(guó)廣泛采用綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)，使開(kāi)采效率大幅提高。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。煤炭作為我國(guó)的主要能源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)很重要的位置。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。礦井火災(zāi)的發(fā)生又是礦井瓦斯與煤塵爆炸的火源之一，我國(guó)礦井近年來(lái)發(fā)生的瓦斯爆炸的誘發(fā)原因其中之一就是煤炭自燃火災(zāi)。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(kāi)拓系統(tǒng)和開(kāi)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)。因此，本文主要研究煤礦火災(zāi)的辨識(shí)和控制技術(shù)，這對(duì)于煤礦的安全生產(chǎn)和安全管理工作具有于分重要的意義。通過(guò)對(duì)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)。并根據(jù)所研究出的控制技術(shù)，對(duì)煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所存在的火災(zāi)隱患進(jìn)行迅速地分析以及進(jìn)行有效地預(yù)防和控制，確保煤礦生產(chǎn)的安全、有序、高效進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。此項(xiàng)研究對(duì)我國(guó)煤礦生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)活動(dòng)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。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀煤炭自燃是我國(guó)煤礦開(kāi)采過(guò)程中的主要自然災(zāi)害之一，不僅威脅井下作業(yè)人員的生命安全，而且影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行、凍結(jié)大量煤炭資源、造成采礦設(shè)備的損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)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%。另?yè)?jù)不完全統(tǒng)計(jì)和實(shí)踐表明，礦井自然發(fā)火占發(fā)火總數(shù)的94%，其中采空區(qū)自燃占內(nèi)因火災(zāi)的60%。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。在礦山火災(zāi)的分類辨識(shí)方面，我國(guó)的研究人員根據(jù)發(fā)生的地點(diǎn)不同,可分為地面火災(zāi)和井下火災(zāi)；按一次火災(zāi)所造成的人員傷亡、受災(zāi)戶數(shù)和財(cái)物損失金額,可劃分為特大火災(zāi)、重大火災(zāi)和一般火災(zāi)；根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的原因,可分為外因火災(zāi)和內(nèi)因火災(zāi)。外因火災(zāi)是指由于外來(lái)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)。在礦山火災(zāi)的預(yù)控方面，主要有以下措施和方法：1.煤炭自燃早期識(shí)別與預(yù)報(bào)：（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。（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。此方法可以直觀地了解煤層的溫度及其發(fā)火程度，對(duì)火災(zāi)預(yù)報(bào)有重要的意義。（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)成功應(yīng)用。（4)測(cè)氛法探測(cè)火源位置。2.內(nèi)因火災(zāi)的預(yù)防及適用條件：(1)開(kāi)拓開(kāi)采技術(shù)措施。其中包括合理的進(jìn)行巷道布置、堅(jiān)持正規(guī)開(kāi)采和合理的開(kāi)采順序和減少煤體破碎；(2)防止漏風(fēng)；(3)均壓防滅火。其中又包括開(kāi)區(qū)均壓和閉區(qū)均壓；（4）預(yù)防性灌漿；（5）阻化劑；（6）惰性氣體；（7）凝膠；（8）三相泡沫。3.礦內(nèi)滅火。（1）直接滅火。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。風(fēng)流控制的方法有短路法、調(diào)壓法、全礦反風(fēng)、局部反風(fēng)。常用密閉來(lái)隔絕滅火。1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀70年代末，德、英、法、波、原蘇聯(lián)等國(guó)先后研究并推廣應(yīng)用了采空區(qū)巷旁充填材料、工藝及系列設(shè)備。英國(guó)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(guó)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。國(guó)外最先采用氮?dú)夥罍缁鹗窃谖鞯逻M(jìn)行，1974年西德首先采用大量氣體注氮防滅火，其后法國(guó)、英國(guó)、波蘭、蘇聯(lián)等主要產(chǎn)煤國(guó)也都先后采用了氮?dú)夥罍缁鸱椒?。?guó)外（如德國(guó)、英國(guó)）已將其列為撲救井下火災(zāi)的一種標(biāo)準(zhǔn)方法，德國(guó)在80年代研制了移動(dòng)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。近年來(lái)德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)地面移動(dòng)式制氮設(shè)備的產(chǎn)氮量達(dá)1200，產(chǎn)氮量在5000的設(shè)備在研發(fā)中。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(lái)，前蘇、法等主要產(chǎn)煤國(guó)家開(kāi)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。但惰泡在碎煤中壓注，發(fā)泡性能很差，起泡倍數(shù)低，若僅起阻化劑作用，則成本太高，且有效率太低。對(duì)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。1.3研究思路與方法本文主要借助于畢業(yè)實(shí)習(xí)，通過(guò)廣泛收集和整理資料、聽(tīng)從專業(yè)人員的講解、聯(lián)系實(shí)習(xí)實(shí)踐并廣泛參考相關(guān)文獻(xiàn)，在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下，綜合運(yùn)用自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究思路，對(duì)本課題進(jìn)行研究。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、有序、高效的進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)。論文的研究技術(shù)路線圖如圖1.1所示：圖圖1.1技術(shù)路線圖騰東煤礦概況半孤島工作面自然發(fā)火特點(diǎn)3下105工作面自然發(fā)火防治技術(shù)確保3下105工作面安全高效回采半孤島工作面防滅火技術(shù)研究煤炭自然發(fā)火影響因素煤炭自然發(fā)火早期識(shí)別與預(yù)防煤炭自然發(fā)火防治技術(shù)溫度檢測(cè)指標(biāo)氣體檢測(cè)應(yīng)用效果分析山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文煤炭自然發(fā)火基本理論2煤炭自然發(fā)火基本理論礦井火災(zāi)事故，特別是自然發(fā)火事故，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的危害在某種意義上來(lái)說(shuō)并不亞于瓦斯、煤塵爆炸事故。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)。但是，由于它大多數(shù)發(fā)生在人們難以達(dá)到的采空區(qū)、破裂的煤柱之內(nèi)，所以，有時(shí)人們即使發(fā)現(xiàn)了自然發(fā)火征兆，也不容易找到真正的火源點(diǎn)；加之在自然發(fā)火初期，礦內(nèi)空氣溫度、氣體成分和濕度的變化都比較小，就更難以發(fā)現(xiàn)；一旦發(fā)現(xiàn)其外部征兆，煤炭自燃已發(fā)展到后期。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。2.1煤炭自然發(fā)火影響因素自燃火災(zāi)形成的過(guò)程是許多因素綜合作用的結(jié)果，但煤層的自燃性能是起決定性作用的因素，其它因素起加劇和增加危險(xiǎn)程度的作用。2.1.1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。煤的變質(zhì)過(guò)程伴隨著煤分子結(jié)構(gòu)的變化，煤化程度越高，煤體內(nèi)含有的活性結(jié)構(gòu)越少，所以煤的變質(zhì)程度是影響煤炭自燃傾向性的決定性因素。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。例如：D.Chandra和Y.V.S.Prasad(1999)采用交叉點(diǎn)溫度法對(duì)煤化程度的影響作用研究表明，隨著煤化作用增大，煤的自燃性逐漸減弱。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。因而許多研究者以煤變質(zhì)程度來(lái)判斷自燃趨勢(shì)。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。（2)煤的粒度、孔隙特征和破碎程度。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。有人研究，當(dāng)煤粒度小于1mm時(shí)氧化速率與粒度無(wú)關(guān)，并認(rèn)為孔徑大于10nm的孔在煤氧化中起重要作用。根據(jù)波蘭的試驗(yàn)，當(dāng)煙煤的粒度直徑為1.5～2mm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℃。因此，可以說(shuō)，煤的自燃性隨著其孔隙率、破碎度的增加而上升。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。如采空區(qū)周圍邊緣地帶，在垮塌的煤壁和受壓破裂的煤柱等地方。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。粒度越細(xì)，比表面積成指數(shù)的增大，粉碎后煤的傳熱性能大幅減弱，而氧化條件卻變得有利，以氧化蓄熱量表示自燃性時(shí)，氧化蓄熱量與比表面積S的關(guān)系可表示為：=K，隨著煤粒度不同，煤粉碎前后之氧蓄熱量為：（2.1）Schroder、松樸茂雄研究表明煤粒越小，自燃傾向勝越大：Oreshko認(rèn)為煤的低溫氧化速率與煤孔隙的容積有關(guān)，而不是內(nèi)表面積。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0.84-2.78mm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]（2003)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。（3)煤巖成分。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。煤巖成分一般分為絲煤、暗煤、亮煤和鏡煤四種。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。具有纖維構(gòu)造而表面吸附能力很高的絲煤在常溫下吸氧能力極強(qiáng)，著火點(diǎn)低（僅為190～270℃），可以起到“引火物”的作用，含絲煤越多，自燃傾向性就越強(qiáng)。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。（4)煤中的瓦斯含量。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。實(shí)驗(yàn)表明，吸氧僅發(fā)生在煤中瓦斯含量小于某一數(shù)值的條件下，如果煤中含有較多的瓦斯，那么其吸氧減弱。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。若煤層中含有較多的瓦斯，由于瓦斯占據(jù)了煤的孔隙空間和內(nèi)表面，降低了煤的吸氧量，所以其自燃危險(xiǎn)性較小。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)生煤的氧化，但是瓦斯涌出速度小于0.04～0.05時(shí)，瓦斯涌出對(duì)煤的氧化過(guò)程沒(méi)有影響。（5)水分。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。煤體中外在水分沒(méi)有全部蒸發(fā)之前很難上升到100℃，這就是水分大的煤炭難以自燃的原因。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。水分的催化作用隨煤溫的增高而增大。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。另外，對(duì)于有黃鐵礦的煤層，水分是促使黃鐵礦分解不可缺少的條件。從這方面看，水分又有利于煤炭自燃的發(fā)生。（6)煤中硫和其他礦物質(zhì)。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。對(duì)煤自燃起主導(dǎo)作用的是黃鐵礦。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。黃鐵礦在低溫氧化時(shí)產(chǎn)生硫酸鐵以及硫酸亞鐵，體積增大，使煤體膨脹而變得松散，增大了氧化表面積而且其分解產(chǎn)物比煤的吸氧性更強(qiáng)，能將吸附的氧轉(zhuǎn)讓給煤粒使其發(fā)生氧化，在煤中含黃鐵礦越多就越容易自燃。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自燃比較嚴(yán)重的礦區(qū)。統(tǒng)計(jì)資料表明，含硫大于3%的煤層均為自燃發(fā)火的煤層，其中包括無(wú)煙煤。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。因此，煤中物質(zhì)放熱性的強(qiáng)弱與煤中無(wú)機(jī)礦物的成份、含量密切相關(guān)，也與氧含量和煤層含水量有關(guān)。上述各種因素在煤炭自燃過(guò)程中起著重要的作用。但是，煤炭自然發(fā)火，并不是從它一暴漏于空氣中就自燃，而是需要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，需要一定的蓄熱環(huán)境，使它的溫度不斷上升，這在很大程度上還取決于外在條件，單純的內(nèi)在條件不能決定礦井是否自然發(fā)火以及它的嚴(yán)重程度。2.1.2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。實(shí)驗(yàn)證明，它取決于煤在常溫下的氧化能力，是煤層發(fā)生自燃的基本條件。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。（1)開(kāi)采技術(shù)[5]事實(shí)表明，礦井的開(kāi)拓方式、采區(qū)巷道布置、回采方法和回采工藝、通風(fēng)系統(tǒng)和技術(shù)管理等開(kāi)采技術(shù)和管理水平，對(duì)自然發(fā)火起決定性影響。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。開(kāi)采技術(shù)對(duì)自然發(fā)火的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)開(kāi)拓方式。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。要求巷道系統(tǒng)簡(jiǎn)單，采用石門、沿巷開(kāi)拓、少留煤柱、較少對(duì)煤體的切割，這對(duì)消除發(fā)火隱患是積極地、有利的。2)采煤方法。采煤方法對(duì)發(fā)火的影響主要表現(xiàn)在回采率的高低、回采時(shí)間的長(zhǎng)短及頂板管理和煤層切割等方面。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。3)通風(fēng)條件。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)。漏風(fēng)使這些地點(diǎn)煤氧化生熱，生熱多少和生熱能否積聚取決于漏風(fēng)風(fēng)速的大小。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)。只有當(dāng)漏風(fēng)既有較充分的供氧條件，同時(shí)氧化生成的熱不易帶走，熱量積聚起來(lái)，自燃才能成為可能。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。有的學(xué)者研究過(guò)引起煤炭自燃的風(fēng)速值范圍，認(rèn)為風(fēng)速0.4～0.8時(shí)最容易引起自燃，并將其成為易自燃風(fēng)速；另一些學(xué)者認(rèn)為易自燃風(fēng)速為0.10～0.24對(duì)于采空區(qū)，有人認(rèn)為當(dāng)其單位面積上漏風(fēng)量大于1.2或小于0.06都不會(huì)自燃，最危險(xiǎn)的漏風(fēng)量是0.4～0.8。（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。2）煤層厚度：實(shí)踐證明，煤層的厚度越大，自然發(fā)火的危險(xiǎn)性越大。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。究其原因，主要有下面幾點(diǎn)：第一，厚煤層回采率低，遺留大量浮煤和煤柱，隨著放頂煤開(kāi)采技術(shù)的推廣應(yīng)用，這個(gè)問(wèn)題更為突出；第二，礦山壓力較大，煤柱、煤壁易被壓裂而漏風(fēng)；第三，回采時(shí)間較長(zhǎng)，一般均超過(guò)煤層的自然發(fā)火期；第四，分層開(kāi)采時(shí)，上部分層采空區(qū)的浮煤氧化產(chǎn)生的熱量難以通過(guò)下部煤層散發(fā)。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。3）地質(zhì)構(gòu)造：有地質(zhì)構(gòu)造的地區(qū)，自燃危險(xiǎn)性加劇。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。其主要原因是由于這些地區(qū)煤體破碎，有大量裂隙存在；巖漿巖侵入?yún)^(qū)的煤層受到干餾，煙的孔隙率增加、強(qiáng)度降低，其自燃危險(xiǎn)性也較大。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。煤層埋藏深度較大，煤體的原始溫度越高，煤中所含水分則較少，因此自燃危險(xiǎn)性較大；但開(kāi)采深度過(guò)小時(shí)又容易形成與地表溝通的裂隙，也會(huì)在采空區(qū)中形成浮煤自燃。2.2煤炭自然發(fā)火早期識(shí)別與預(yù)防2.2.1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。為了準(zhǔn)確的判定煤層的自然發(fā)火的危險(xiǎn)程度而采用自燃傾向向性預(yù)測(cè)法，進(jìn)而采取相應(yīng)的防滅火措施，其主要是根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定內(nèi)在自燃性，劃分煤層自然發(fā)火的等級(jí)。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。在我國(guó)，對(duì)自燃傾向性鑒定方法的研究五十年代初期即開(kāi)始研究起來(lái)，曾經(jīng)先后研究過(guò)克氏法、著火點(diǎn)溫度降低值法、靜態(tài)容量吸氧法及雙氧水法。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。但這種方法存在著以下缺點(diǎn)：1）由于該方法使用聯(lián)苯胺和汞等化學(xué)試劑，有毒性；2）對(duì)部分煤樣無(wú)法分類；3）儀器裝置和測(cè)量系統(tǒng)的落后。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。到了九十年代后，因?yàn)樯V動(dòng)態(tài)吸氧法測(cè)定系統(tǒng)先進(jìn)，操作簡(jiǎn)單，吸氧的大小可由色譜儀進(jìn)行計(jì)算，提高工作效率，開(kāi)始推廣使用色譜動(dòng)態(tài)吸氧法。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，而煤樣的自燃性是受多種因素所影響的。因此，該方法還有許多不完善之處。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)。化學(xué)試劑這種辦法是首先要求對(duì)煤進(jìn)行化學(xué)處理，混以固態(tài)氧化劑，最后人為加熱。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)。與在現(xiàn)場(chǎng)條件下，暴露于空氣與低溫下條件下的煤（20℃～30℃以下）與緩慢地發(fā)生反應(yīng)放熱，逐漸的積聚引起煤自然發(fā)火的現(xiàn)象是不一樣的，因此這種方法無(wú)法真實(shí)的反映在實(shí)際條件下煤的自燃傾向性。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?，F(xiàn)場(chǎng)的煤氧反應(yīng)是在環(huán)境溫度、空氣流速和氧濃度在不斷變化的條件下進(jìn)行的。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。由于靜態(tài)吸氧法無(wú)法模擬出煤氧復(fù)合反應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化，而色譜動(dòng)態(tài)吸氧法這種方法不能研究煤氧作用的化學(xué)吸附與反應(yīng)。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。（2)綜合評(píng)判預(yù)測(cè)法綜合評(píng)判預(yù)測(cè)法是采用對(duì)煤自然發(fā)火相關(guān)的各種內(nèi)外影響因素進(jìn)行綜合評(píng)分的方法，其指導(dǎo)思想是：首先對(duì)煤的自燃傾向性進(jìn)行鑒定，評(píng)出其分值；然后在大量統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)影響煤自然發(fā)火危險(xiǎn)程度的外在因素進(jìn)行主觀評(píng)判，給出分值；將兩者綜合相加就得出了相應(yīng)條件下的煤自然發(fā)火的總值及其分類。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。但該方法是一種較為全面的預(yù)測(cè)煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)程度的方法，因此，前蘇聯(lián)、美國(guó)、波蘭等主要產(chǎn)煤大國(guó)都在探索研究該類方法的應(yīng)用，并取得了一些效果。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)。由于煤礦開(kāi)采的實(shí)際條件及其復(fù)雜，難于把影響煤層自燃危險(xiǎn)程度的各種因素盡可能地加以兼顧且各種因素存在許多不確定性，難以用經(jīng)典數(shù)學(xué)的方法定量化，因此，為預(yù)測(cè)實(shí)際開(kāi)采條件下煤層的自燃危險(xiǎn)性，可以根據(jù)影響煤層自燃危險(xiǎn)程度的內(nèi)外因素、煤的自燃傾向性、地質(zhì)賦存條件、通風(fēng)條件、開(kāi)采技術(shù)因素和預(yù)防措施等，進(jìn)行主觀判斷，分析評(píng)分，然后應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論，逐步聚類分析，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模式，計(jì)算聚類中心，對(duì)開(kāi)采煤層自燃危險(xiǎn)程度進(jìn)行綜合評(píng)判預(yù)測(cè)也可以應(yīng)用改進(jìn)的Bp網(wǎng)絡(luò)模型，采用自適應(yīng)變步長(zhǎng)法和改進(jìn)模擬退火法等措施加快Bp網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，來(lái)準(zhǔn)確有效地預(yù)測(cè)開(kāi)采煤層的自燃危險(xiǎn)性[11]。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。施式亮等用防火系數(shù)作為預(yù)測(cè)指標(biāo)，建立了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間序列煤自然發(fā)火預(yù)測(cè)模型，來(lái)判斷自然發(fā)火程度。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。侯媛彬提出一種基于粗糙集神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤自燃預(yù)測(cè)方法[13]。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RoughSet（RS)的約簡(jiǎn)理論對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)約簡(jiǎn)。在次基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種基于粗糙集的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后利用該方法預(yù)測(cè)最小浮煤厚度。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。該方法為基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)。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。（3)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法是建立在已發(fā)生自燃火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)資料基礎(chǔ)上，分析預(yù)測(cè)巷道松散煤體實(shí)際開(kāi)采條件下的自燃危險(xiǎn)程度，根據(jù)巷道自燃事故的統(tǒng)計(jì)資料分析，巷道自燃多發(fā)生在冒頂區(qū)、地質(zhì)構(gòu)造帶、沿空測(cè)、停采線附近，隨著綜放無(wú)煤柱技術(shù)的推廣，由于沿空巷道沿底板一次掘進(jìn)，巷道服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)，相鄰采空區(qū)留有大量浮煤，且已氧化升溫，因此，巷道沿空測(cè)自然發(fā)火幾率較大。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。該方法是基于大量統(tǒng)計(jì)資料，并在分析火災(zāi)原因的基礎(chǔ)上形成的，具有相當(dāng)程度的可信度，但其難以對(duì)不同發(fā)火類型的自燃進(jìn)行預(yù)測(cè)，且在時(shí)間統(tǒng)計(jì)上存在較大的偏差，僅能粗略的判斷自燃危險(xiǎn)區(qū)域范圍[14]。2.2.2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)。它是礦井火災(zāi)預(yù)防與處理的基礎(chǔ)，是礦井煤層火災(zāi)防治的關(guān)鍵，占有極其重要的地位[15]。（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。煤在氧化升溫過(guò)程中氣體的釋放因煤種、煤巖性質(zhì)、地質(zhì)條件等內(nèi)外因素的不同有差別。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。進(jìn)入60年代，開(kāi)始使用色譜儀對(duì)井下煤自燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)。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)。1985年到1995年期間，我國(guó)煤礦自燃火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)和手段取得了飛速的發(fā)展，在氣體指標(biāo)方面開(kāi)始使用CO，，[16][17]三個(gè)綜合指標(biāo)。國(guó)內(nèi)外相關(guān)的氣體指標(biāo)如下表2.1各國(guó)煤自燃指標(biāo)氣體[15]表2.1表2.1各國(guó)煤自燃指標(biāo)氣體[15]國(guó)家名稱指標(biāo)氣體主要指標(biāo)氣體輔助指標(biāo)氣體中國(guó)CO、CO/△、/俄羅斯CO/美國(guó)COCO/△英國(guó)CO、CO/△日本CO、CO/△、/波蘭、德國(guó)、法國(guó)COCO/△在氣體分析手段方面，我國(guó)1995年成功研制了煤礦專用GC-4008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的功能，最小檢知濃度可達(dá)0.1ppm。80年代開(kāi)始加強(qiáng)推廣力度研發(fā)火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，90年代初成功地開(kāi)發(fā)了新型KFJ型束管檢測(cè)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，并目將集中監(jiān)控箱移建井下，擴(kuò)大集中監(jiān)測(cè)范圍。95年完成的國(guó)家“八五”攻關(guān)項(xiàng)目一GC-85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。目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)、功能最完善的束管檢測(cè)為淄博祥龍儀器的KSS-200束管系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用最先進(jìn)的色譜分析，具有獨(dú)特的編程功能和自檢功能，能夠監(jiān)測(cè)20KM以外的氣體，其監(jiān)測(cè)路數(shù)可達(dá)48路以上。（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。此方法可以直觀地了解煤層的溫度及其發(fā)火程度，對(duì)火災(zāi)預(yù)報(bào)有重要的意義?，F(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)。測(cè)溫法現(xiàn)階段主要采用的儀器有：熱電偶、測(cè)溫電阻，集成溫度傳感器等。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。但據(jù)以往的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)單一的測(cè)溫法有時(shí)不能準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)煤層的自燃情況。（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)成功應(yīng)用。根據(jù)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可以選擇一些在某一溫度條件下易于熱解的氣體，與上述示蹤氣體在同一環(huán)境下釋放，在采樣點(diǎn)采樣檢測(cè)其比例變化，或測(cè)定相關(guān)分解物，從而間接了解煤層火災(zāi)隱患點(diǎn)的溫度值，達(dá)到預(yù)報(bào)目的。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。根據(jù)礦井的實(shí)際環(huán)境，示蹤劑的選擇應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：1）毒性小；2）常溫、常壓下呈氣體或易氣化處理；3）熱解前穩(wěn)定性好；4）正常礦井條件下，示蹤物質(zhì)不氧化、不反應(yīng)、不溶于水；5）分解物易被檢測(cè)；6）成本低，易獲得。（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。測(cè)氡方法的種類也很多，常規(guī)的射氣測(cè)量為取氣樣方法，使氣樣進(jìn)入探測(cè)器后進(jìn)入測(cè)量。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。三種類型探測(cè)器都是測(cè)量氡氣及其子體衰變時(shí)放出的a射線。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。但還有許多因素影響測(cè)氡技術(shù)探測(cè)火源的準(zhǔn)確性，主要有：1）在氡及其子體垂直向上運(yùn)移過(guò)程中，可能產(chǎn)生橫向位移，使異常點(diǎn)整體偏離；2）對(duì)測(cè)出異常數(shù)據(jù)的分析，還存在著一定偏差。2.3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。因此，自燃火災(zāi)防治主要從三個(gè)方面著手[18]:一是隔離煤氧接觸，使自燃火災(zāi)窒熄；二是降低煤溫使煤氧化放熱強(qiáng)度降低，最終使火熄滅；三是惰化煤體表面活性結(jié)構(gòu)降低煤氧復(fù)合速度，防止煤自燃的發(fā)生。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。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的一些礦井及科技部門對(duì)煤層內(nèi)因火災(zāi)進(jìn)行了大量的研究與實(shí)踐，研制出了一些井下防滅火的可行技術(shù)，歸納為以下兒大類：2.3.1礦井開(kāi)拓系統(tǒng)和采煤方法是影響煤炭自燃的重要因素，因此，在礦井設(shè)計(jì)、建設(shè)初期就應(yīng)該注意選擇合理的開(kāi)拓系統(tǒng)和采煤方法。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]。從預(yù)防煤炭自燃的角度出發(fā)，對(duì)易自燃煤層開(kāi)拓開(kāi)采方法的總要求是煤炭回采率高，工作面推進(jìn)速度快，盡量減少丟煤。（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。開(kāi)采有自燃傾向性的煤層，特別是自然發(fā)火嚴(yán)重的厚煤層，運(yùn)輸大巷、回風(fēng)大巷、采區(qū)上下山等服務(wù)年限長(zhǎng)的巷道一般應(yīng)設(shè)在穩(wěn)定的巖層中，對(duì)于厚煤層分層開(kāi)采，通常在煤層底板巖石中開(kāi)掘區(qū)段運(yùn)輸集中平巷和區(qū)段回風(fēng)集中平巷或采用多組上山布置方式。布置在煤層中采用寬煤柱護(hù)巷。2）區(qū)段煤巷采用垂直重疊布置。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。內(nèi)錯(cuò)式布置在采空區(qū)上下分層巷道形成的臺(tái)階煤柱內(nèi)側(cè)造成貯熱氧化易燃隅角帶。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。如果各分層巷道重疊布置可減少煤柱，從而消除了采空區(qū)浮煤自燃的基本條件。3)采用無(wú)煤柱護(hù)巷方式。采用留煤柱護(hù)巷時(shí)，不但浪費(fèi)煤炭資源，而且遺留在采空區(qū)中的煤柱也給自然發(fā)火創(chuàng)造了條件。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。近年來(lái)，無(wú)煤柱護(hù)巷方式已獲得廣泛應(yīng)用，將階段大巷和采區(qū)上（下）山設(shè)在煤層底板中，采用跨越式開(kāi)采，不留大巷煤柱和上（下）山煤柱，已成為常規(guī)做法，區(qū)段大巷的無(wú)煤柱護(hù)巷方式也已推廣應(yīng)用，不少礦區(qū)采用沿空掘巷（或沿空留巷）方法安全的采出自燃傾向性高的煤炭，并使煤炭自然發(fā)火率明顯降低。因此，區(qū)段煤柱的無(wú)煤柱護(hù)巷方法應(yīng)大力推廣。但是，沿空側(cè)的巷道容易向相鄰采空(特別是其停采線)漏風(fēng)，所以應(yīng)該采用有效方式封堵漏風(fēng)通道，以防止相鄰采空區(qū)煤炭自燃。（2）堅(jiān)持正規(guī)開(kāi)采和合理的開(kāi)采順序開(kāi)采工作要設(shè)法加快工作面推進(jìn)速度，提高采煤機(jī)械化程度，采用一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。特別是要避免將一個(gè)走向長(zhǎng)壁工作面沿走向在其中部另開(kāi)切眼，形成兩個(gè)工作面同時(shí)回采的不規(guī)范做法。否則，在開(kāi)采過(guò)程中會(huì)向前部工作面采空區(qū)大量漏風(fēng)，開(kāi)采結(jié)束后會(huì)在采空區(qū)留下孤島煤柱。同時(shí)，要按照合理的回采順序進(jìn)行開(kāi)采，煤層間、區(qū)段間一般采用下行式，下山采區(qū)則采用上行式；區(qū)段內(nèi)采用后退式，盡量避免形成孤島工作面。（3）減少煤體破碎采掘工作面要破壞巖層的原始應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生應(yīng)力集中，即礦山壓力。礦山壓力作用于煤層上，會(huì)使煤體破碎，使風(fēng)流能夠深入煤壁，從而增加煤體與氧氣的接觸面積，增加煤炭自燃危險(xiǎn)性。所以，在煤炭巷道布置中，應(yīng)設(shè)法避免礦山壓力峰值，避免煤體受壓破碎。采用留煤柱護(hù)巷的區(qū)段巷道布置方式時(shí)，這一問(wèn)題尤為重要，要切實(shí)搞清礦山壓力規(guī)律，選擇合適的區(qū)段煤柱尺寸。采區(qū)上（下）山如果設(shè)在煤層中，也要合理的選擇上（下）山煤柱尺寸。(4)選擇合理的工作面推進(jìn)速度，防止浮煤自燃采空區(qū)按煤層自燃條件分為散熱帶、氧化帶升溫和窒息帶。一般說(shuō)來(lái)，在工作面外部條件不變的情況下，散熱帶和氧化帶升溫的寬度在一個(gè)有限范圍內(nèi)波動(dòng)，并隨工作面一起推進(jìn)。加快工作面的推進(jìn)速度，可以縮短采空區(qū)浮煤在氧化帶的暴露時(shí)間，從而有效防止煤層自燃。2.3.2(1)合理的調(diào)配工作面風(fēng)量，減少采空區(qū)漏風(fēng)，縮短氧化帶寬度采空區(qū)氧化帶寬度在浮煤厚度和地溫一定的情況下，主要受采空區(qū)漏風(fēng)影響，而采空區(qū)漏風(fēng)量在特定工作面則主要取決于工作面供風(fēng)量。有關(guān)生產(chǎn)礦井和科研機(jī)構(gòu)提供的統(tǒng)計(jì)資料顯示，采空區(qū)漏風(fēng)量與工作面供風(fēng)量的平方成正比關(guān)系，因此合理調(diào)配綜采工作面風(fēng)量是有效減少采空區(qū)漏風(fēng)，縮短氧化帶寬度，防止采空區(qū)自然發(fā)火的主要措施之一。(2)密閉堵漏和噴漿堵漏措施為了杜絕或減少工作面及采空區(qū)漏風(fēng)，工作面采完后應(yīng)對(duì)采空區(qū)及時(shí)封閉。封閉的方法為：在煤柱產(chǎn)生裂隙的地方應(yīng)及時(shí)向采空區(qū)打鉆孔，鉆孔需穿透煤柱，用移動(dòng)式注漿泵通過(guò)鉆孔向采空區(qū)注粉煤灰、水泥和黃土摻合的混合漿液，該漿液可迅速在采空區(qū)內(nèi)凝結(jié)，在采空區(qū)靠近煤柱的邊緣形成一道封閉層，杜絕采空區(qū)漏風(fēng)。礦井全部準(zhǔn)備和回采巷道均布置在煤層中，如巷道產(chǎn)生裂隙，首先采取錨噴支護(hù)或二次噴射混凝土進(jìn)行封閉，如出現(xiàn)冒頂，則視冒高情況，采取掛網(wǎng)分層噴射混凝土措施，每層噴厚50～100mm，直至噴平；若冒高大，可采取架設(shè)鋼支架和鋪設(shè)模板進(jìn)行砌譴并留注漿孔，然后進(jìn)行注漿封頂，以防止漏風(fēng)，導(dǎo)致煤層氧化自燃。（3)掛簾堵漏風(fēng)防滅火工作面采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)是采空區(qū)漏風(fēng)的主要通道，為減少此處漏風(fēng)，在工作面下隅角堅(jiān)持掛風(fēng)簾，以改變此處風(fēng)流方向和增加進(jìn)風(fēng)通道阻力。在工作面回采過(guò)程中，工人往往會(huì)覺(jué)得風(fēng)簾礙事，經(jīng)常將風(fēng)簾扯下，為此，必須有專人負(fù)責(zé)風(fēng)簾的管理。工作面回風(fēng)巷是氮?dú)獗仨毩鹘?jīng)的通道，氮?dú)庾⑷氩煽諈^(qū)后在區(qū)內(nèi)擴(kuò)散，惰化氧化帶，然后大部分從回風(fēng)巷流出，這是允許的。但是，如果此通道太暢通，必然造成氮?dú)庠趨^(qū)內(nèi)擴(kuò)散速度加快，不利于采空區(qū)惰化。為此，在回風(fēng)順槽頂板冒落不嚴(yán)時(shí)，應(yīng)該強(qiáng)制放頂，用研石堵塞采空區(qū)回風(fēng)側(cè)。此外，在上隅角也應(yīng)掛風(fēng)簾，增大此處風(fēng)阻。2.3.3惰化技術(shù)防滅火:惰化技術(shù)就是將惰性氣體或其它惰性物質(zhì)送入擬處理區(qū)，抑制煤層自燃的技術(shù)。（1)惰氣防滅火[19]惰氣防滅火技術(shù)是向火區(qū)注入惰性氣體，惰氣源目前發(fā)展起來(lái)的主要以注入氮?dú)夂投趸紴橹?，也可注入其它惰性氣體來(lái)降低火區(qū)的氧濃度，達(dá)到防滅火的目的。惰氣可充滿整個(gè)空間，既能撲滅大的明火火滅，又能抑制并撲滅隱蔽火源。但惰性氣體對(duì)大熱容的煤體降溫效果不好，滅火周期較長(zhǎng)，火區(qū)易復(fù)燃，而且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的堵漏風(fēng)工作也要求較高。氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)是利用制氮設(shè)備制取氮?dú)?，通過(guò)管路送入井下，注入采空區(qū)等煤炭可能自燃的區(qū)域，主要用于防治采空區(qū)自然發(fā)火和瓦斯爆炸，加快封閉并熄滅火區(qū)的過(guò)程模式。但氮?dú)鉄崛菪?，降溫效果差，一旦重新供氧，火區(qū)極易復(fù)燃。因此，在開(kāi)放式工作面的采空區(qū)防火中，必須有針對(duì)性地確定氮?dú)忉尫趴?，才能有效縮短氧化升溫帶范圍。在封閉注氮過(guò)程中，要注意氮?dú)夥罍缁饳C(jī)理及特點(diǎn)。氮?dú)馐且环N無(wú)毒的不可燃?xì)怏w，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度1.25，與同體積空氣質(zhì)量比為0.9673，無(wú)腐蝕性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。它微溶于水，不助燃，地面大氣中氮?dú)饧s占整個(gè)大氣體積含量的79%。在常溫常壓下，氮分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，很難與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以它是一種良好的防滅火用惰性氣體。把氮?dú)饧痈邏翰⒔档偷揭?95.8℃，可使其液化。液氮與氮?dú)庀啾?，具有體積小，運(yùn)輸量小等優(yōu)點(diǎn)，尤其便于井下的貯運(yùn)。氮?dú)饧瓤梢匝杆儆行У膿錅缑骰?，又可以有效的預(yù)防采空區(qū)遺煤的自燃，使用注氮滅火有如下優(yōu)點(diǎn):恢復(fù)工作量小、不損壞設(shè)備等。近幾年來(lái)我國(guó)的放頂煤開(kāi)展迅速，此法采空區(qū)丟煤多，產(chǎn)生遺煤大面積的危險(xiǎn)性堆積，極易引起煤炭自燃，且這些易發(fā)火點(diǎn)往往在頂板高冒處或采空區(qū)深部，這時(shí)采用注氮滅火效果最為顯著。注入氮?dú)鉁缁鹁褪菍?duì)井下的火區(qū)進(jìn)行封堵，盡可能地將液氮直接輸送到火點(diǎn)或自燃氧化帶內(nèi)，并在適當(dāng)?shù)奈恢昧粲锌煽刂频穆╋L(fēng)通道，以達(dá)到含高氧的火區(qū)氣體排出的阻化效果，使氮?dú)獬錆M火區(qū)空間，注入液氮后其滅火作用有：1)使火區(qū)內(nèi)的高氧氣體經(jīng)可控制的漏風(fēng)通道排出，使火區(qū)內(nèi)的氧大大降低；2)由于注入的液氮有一定的壓力，液氮汽化后使火區(qū)壓力增加，減少了向火區(qū)的漏風(fēng)；3)注入的液氮溫度低，一般19～80℃，其汽化后吸收大量的熱(200℃環(huán)境溫度下，液氮汽化熱為423kl/kg)，降低了火區(qū)的溫度；4)封閉火區(qū)注入氮?dú)?，使得火區(qū)氣體惰化，兼有抑制爆炸作用。由于注氮后的上述滅火作用，從而達(dá)到防滅火的目的。氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)與其他常規(guī)防火火措施比較，具有下列特點(diǎn):1)注入氮?dú)馐狗罍缁饏^(qū)域缺氧惰化，其惰化程度取決于注氮量、純度及防治區(qū)域漏風(fēng)量的大??；2)造成防治區(qū)域正壓，防止或杜絕新鮮空氣流入，以保證防治區(qū)域的氮?dú)舛杌龋?)具有降溫作用，可吸收煤炭氧化自燃生成的熱量。但氣氮與液氮相比，其冷卻效應(yīng)較差；4)根據(jù)氣體擴(kuò)一散原理，氮分子穿越或滲入采空區(qū)冒落區(qū)或裂隙帶，其有效擴(kuò)散半徑較大，惰化覆蓋范圍較廣；5)注氮防火，可以實(shí)現(xiàn)“邊采、邊注、邊防火”，注氮滅火，撲滅火災(zāi)迅速，搶險(xiǎn)救災(zāi)工作較安全可靠；6)與注漿(砂)或注水相比，注氮不污染防治區(qū)，無(wú)腐蝕或不損壞綜采、設(shè)備；火區(qū)啟封，恢復(fù)工作安全、迅速、經(jīng)濟(jì)。（2)惰泡防滅火惰泡防滅火是60年代興起的防滅火技術(shù)，進(jìn)入80年代以來(lái)，前蘇、法等主要產(chǎn)煤國(guó)家開(kāi)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。防治煤炭自燃的三相泡沫由固態(tài)不燃物（粉煤灰、黃泥等）、惰性氣體（氮?dú)猓┖退喾罍缁鸾橘|(zhì)組成。三相泡沫集固、液、氣三相材料的防滅火性能于一體，利用粉煤灰或黃泥的覆蓋性、氮?dú)獾闹舷⑿院退奈鼰峤禍匦赃M(jìn)行防滅火，大大提高了防滅火效率。三相泡沫發(fā)泡體積量大，單位體積的漿體材料成本低，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。三相泡沫在采空區(qū)可向高處堆積，對(duì)低、高處的浮煤都能覆蓋，能夠避免注入的漿體從底部流失；注入在采空區(qū)的氮?dú)獗环庋b在泡沫中，能較長(zhǎng)時(shí)間滯留在采空區(qū)內(nèi)，充分發(fā)揮氮?dú)獾闹舷⒎罍缁鸸δ?。三相泡沫中含有粉煤灰或黃泥等固態(tài)物質(zhì)，這些固態(tài)物質(zhì)是三相泡沫面膜的一部分，科較長(zhǎng)時(shí)間保持泡沫的穩(wěn)定性，即使泡沫破碎了，具有一定粘度的粉煤灰或黃泥仍然可較均勻地覆蓋在浮煤上，可持久有效地阻礙煤對(duì)氧氣的吸收，防止煤的氧化，從而有效地防治煤炭自然發(fā)火，這是三相泡沫防滅火性能的優(yōu)越性。2.3.4灌漿防滅火該技術(shù)在我國(guó)有自然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井中用得較為普遍，也取得了良好的效果，成為防治井下內(nèi)因火災(zāi)的主要措施之一。灌漿防滅火技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，泥漿能夠吸熱降溫，對(duì)煤體還有包裹作用，能夠達(dá)到隔絕氧氣的目的，同時(shí)能膠結(jié)頂板、降低采空區(qū)空隙率及增加漏風(fēng)阻力。其缺點(diǎn)是工程量大，泥漿脫水量較大，惡化工作環(huán)境，影響煤質(zhì)，并且流動(dòng)性強(qiáng)，泥漿都向底部流動(dòng)，對(duì)頂煤和煤柱自燃火災(zāi)效果不明顯。因此，對(duì)防滅火灌漿材料有以下主要要求：1)不應(yīng)含有能助燃和可燃的物質(zhì)；2)能夠成漿，利于管路的水力輸送，不易堵管；3)具有必要的穩(wěn)定性和脫水性；4)具有足夠的密封性能。但黃泥灌漿需要大量的黃土，這需要?dú)У舸笃r(nóng)田，近年發(fā)展起來(lái)的有粉煤灰、頁(yè)巖泥漿、選煤尾礦泥、阻化泥漿等，除惰化外還兼有降溫，但對(duì)煤礦本身則微有污染。我國(guó)堵漏技術(shù)和材料在近年來(lái)發(fā)展很快，相繼研究和開(kāi)發(fā)出適于高冒堵漏的抗壓水泥泡沫和凝膠堵漏技術(shù)和材料，適于巷幫堵漏的水泥漿、高水速凝材料和凝膠堵漏技術(shù)與材料，以及適于采空區(qū)堵漏的均壓、惰泡、凝膠和尾礦泥堵漏等；另外及時(shí)充填采空區(qū)地表塌陷裂隙也是防滅火行之有效的措施之一。2.3.5膠體防滅火膠體防滅火技術(shù)能有效地控制煤層自燃火災(zāi)。復(fù)合膠體、凝膠等系列防滅火材料，具有良好的防滅火效果。凝膠防滅火有集固結(jié)水、降溫、阻化、堵漏和充填于一體的優(yōu)點(diǎn)。在凝膠中加入黃土或粉煤灰，膠體強(qiáng)度增加，高濃度的膠體泥漿可充填高冒空頂區(qū)。復(fù)合膠體添加劑用量極小，粉煤灰復(fù)合膠體、復(fù)合膠體泥漿的添加劑用量?jī)H為0.4～1。復(fù)合膠體可針對(duì)性的用于預(yù)防自燃危險(xiǎn)區(qū)，快速撲滅火災(zāi)。智能化膠體防滅火系統(tǒng)是目前最合理先進(jìn)的注膠系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)制漿系統(tǒng)、懸浮劑(或基料)添加系統(tǒng)、膠凝劑(促凝劑)添加系統(tǒng)，成膠比例和注膠流量可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定量調(diào)節(jié)，注膠過(guò)程中的各種參數(shù)可實(shí)現(xiàn)在線可視化監(jiān)測(cè)和控制。系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，不堵管、成膠時(shí)間可控、脫水少、耐高溫、堵漏和防滅火效果好、防滅火成本底等優(yōu)點(diǎn)。耐溫高水膠體防滅火技術(shù):耐溫高水膠體是由基料A和促凝劑B與水按一定比例混合而成，通過(guò)壓注設(shè)備注入煤層內(nèi)部，在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生膠凝固化，迅速吸熱降溫、隔絕氧氣、包裹煤體；注入的液體由點(diǎn)向四周擴(kuò)散，形成較大的降溫窒息區(qū)，直接注入高溫點(diǎn)滅火降溫效果極佳，尤其在巷道頂煤或煤柱發(fā)生自燃火災(zāi)時(shí)，該技術(shù)顯示出其他防滅火技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。但它也存在一些問(wèn)題，如“凝膠”強(qiáng)度不高，充填高度過(guò)大時(shí)在自重的作用下脫水量增大，促凝劑氨味大，污染作業(yè)環(huán)境;當(dāng)火區(qū)范圍較大時(shí)，滅火成本相對(duì)較高。2.3.6阻化劑是抑制煤氧結(jié)合，阻止煤氧化的化學(xué)藥劑。常用阻化劑是一些吸水性很強(qiáng)的鹽類，當(dāng)它們的水溶液附著在易被氧化的煤表面時(shí)，在煤表面形成一層含水液膜，阻止了煤和氧的接觸，起到了隔氧阻化作用；同時(shí)，這些藥劑吸水能使煤體長(zhǎng)期處于潮濕狀態(tài)，由于水的吸熱降溫作用，使煤體在低溫氧化時(shí)溫度不能升高，從而抑制了煤的自熱和自燃。阻化劑防火效果較好，但當(dāng)煤中水分蒸發(fā)，減小到一定程度時(shí)，阻化作用就會(huì)停止，轉(zhuǎn)而變?yōu)榇呋饔?，促進(jìn)煤的氧化與自燃。關(guān)于阻化劑防止煤自燃的原理，一般認(rèn)為是一種吸水性很強(qiáng)的鹽類((CaC，MgC)，在壓注和噴灑的過(guò)程中，它能浸入煤的層理、節(jié)理和微小的裂縫中去，在煤的表面形成氯化物的液膜，阻止煤和氧的接觸，減少煤的氧化，延長(zhǎng)煤的發(fā)火期，起到防滅火的作用。阻化劑多為化學(xué)物質(zhì)，表面活性劑，歸類為鹽類，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易與氧發(fā)生氧化反應(yīng)。阻化劑能粘附于煤的表面，阻止煤的氧化，降低煤的氧化能力，起到防火作用。目前，使用阻化劑藥劑主要為CaC,MgC,ZnC(鹵液或鹵片)，以及水玻璃和生石灰等。從使用的效果看，CaC,MgC，效果最好，其次是NaCl，水玻璃及其它藥劑。從經(jīng)濟(jì)效益上看，MgC，比較便宜，CaC和NaCl相對(duì)較貴，MgC為鹽的副產(chǎn)品，貨源相對(duì)來(lái)說(shuō)比較充足。阻化劑抑制煤層自燃的機(jī)理及特點(diǎn)如下：當(dāng)向煤層注入阻化液后，阻化液分子和煤體表面的活性物質(zhì)分子之間將相互吸引，破壞了表面自由力場(chǎng)，促使氧原子恢復(fù)到分子狀態(tài)，同時(shí)減少了反應(yīng)物分子之間的有效碰撞機(jī)會(huì)，使氧化反應(yīng)速度放慢或受到抑制，起到了一種負(fù)催化作用。阻化液進(jìn)入煤層后，具有很好的包裹、充填作用，減少了煤層以及采空區(qū)浮煤之間的空隙，降低了浮煤與氧氣的接觸幾率，從而降低了煤表面的吸氧能力和表面氧化速度，起到了一定的阻化作用。阻化劑阻化機(jī)理分為吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應(yīng)、不燃?xì)庵舷⒆饔谩?shí)踐證明，氯鹽阻化劑在抑制煤層自燃火災(zāi)中起到了很好的作用，下面就氯鹽阻化劑的阻化機(jī)理做簡(jiǎn)要分析。氯鹽阻化劑的阻化機(jī)理，主要為吸水鹽類的液膜隔氧降溫學(xué)說(shuō)和提高反應(yīng)物之間活化能的副催化學(xué)說(shuō)等等。從煤氧化自燃的基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過(guò)程來(lái)看，可以說(shuō)是多種因素綜合作用的結(jié)果。首先，汽霧噴灑吸水鹽類阻化劑后，阻化劑液膜覆蓋煤體表面，并浸人煤體裂隙中，使煤體表面封閉，隔斷了煤體表面活性基團(tuán)與氧的直接接觸，破壞了活性自由基團(tuán)與氧氣的化學(xué)吸附反應(yīng)過(guò)程。其次，氯化物吸水鹽類還是一種吸水能力很強(qiáng)的物質(zhì)，它能吸收大量水份并在煤體表面蒸發(fā)降溫，從而中斷或減緩自由基鏈反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。而阻化劑阻止煤炭氧化基鏈反應(yīng)的最主要作用，還是它的負(fù)催化作用，即吸水鹽類阻化劑作為一種化學(xué)成份，加入到煤的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過(guò)程中，生成穩(wěn)定的鏈環(huán)，抑制或減緩煤表面活性自由基團(tuán)與氧氣的反應(yīng)速率。另外，通過(guò)對(duì)氯化物吸水鹽類阻化劑阻化煤樣氧化過(guò)程分析也可以證實(shí)，加人吸水鹽類阻化劑的阻化煤樣中，甲基和次甲基橋鍵的氧化速率與原煤樣相比明顯減慢；對(duì)醛、酮、酯類碳基與醚鍵、醚氧鍵的氧化，都有一定的減慢作用；阻化煤樣中，次甲基鍵數(shù)量減少，主要由于Cl一發(fā)生取代作用的結(jié)果，醚氧鍵數(shù)量比原煤樣增多，說(shuō)明阻化劑阻止了煤分子中醚氧鍵的氧化斷裂；而碳基減少是由于煤分子與阻化劑中的醛基發(fā)生絡(luò)合作用的結(jié)果。所以，吸水鹽類對(duì)煤樣的阻化作用，主要是由于阻化劑與煤分子發(fā)生取代作用和絡(luò)合作用形成穩(wěn)定的鏈環(huán)，提高了煤與氧化合的活化能，增強(qiáng)了煤分子的穩(wěn)定性，抑制了煤分子的氧化斷裂，因此吸水鹽類具有較高的阻化性能和較好。2.3.7均壓技術(shù)是通過(guò)均衡漏風(fēng)通道進(jìn)出口兩端的負(fù)壓，杜絕或減少通過(guò)有浮煤堆積區(qū)域的漏風(fēng)風(fēng)量，調(diào)整放頂煤下作面的局部通風(fēng)系統(tǒng)，最大限度地減少向采空區(qū)、停采線和開(kāi)切眼漏風(fēng)，從而有效地控制了采空區(qū)、停采線和開(kāi)切眼遺煤氧化；及時(shí)封閉采空區(qū)的聯(lián)絡(luò)巷、溜煤眼，工作面區(qū)域內(nèi)的風(fēng)門一律實(shí)現(xiàn)閉鎖，定期測(cè)風(fēng)測(cè)壓，其實(shí)質(zhì)是設(shè)置調(diào)壓裝置或調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)以降低漏風(fēng)風(fēng)路兩端的風(fēng)壓差，使漏風(fēng)風(fēng)路兩端的風(fēng)壓處于等壓狀態(tài)，即壓力差趨近于零。因此，抑制了漏風(fēng)供氧，所以能夠較快地使火災(zāi)自行窒息，達(dá)到消除自燃的目的。采用均壓防滅火措施時(shí)，必須經(jīng)常觀測(cè)風(fēng)壓差、風(fēng)量、空氣成分的變化情況以及發(fā)火預(yù)兆，根據(jù)實(shí)際情況，不斷調(diào)整壓差，有針對(duì)性地采取相應(yīng)的措施。同時(shí)加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)施的日常檢查與維修工作，保證通風(fēng)設(shè)施完好和正常運(yùn)行。根據(jù)工作面通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)工作面進(jìn)行均壓防火，減少采空區(qū)漏風(fēng)，防止自燃，其應(yīng)用條件為：（1)地表明顯向采空區(qū)漏風(fēng)時(shí)；（2)工作面推進(jìn)速度因故減慢或停止推進(jìn)時(shí)；（3)工作面或采空區(qū)出現(xiàn)CO超限等自燃征兆時(shí)。當(dāng)?shù)V井主扇能力較大且實(shí)際條件允許時(shí)，則優(yōu)先采用直接在回風(fēng)順槽建立調(diào)節(jié)風(fēng)窗，進(jìn)行工作面增阻升壓調(diào)節(jié)；當(dāng)?shù)V井主扇能力較小，則采用風(fēng)窗一輔助局扇聯(lián)合調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行工作面升壓調(diào)節(jié)，輔助風(fēng)機(jī)所增加的風(fēng)壓完全用來(lái)克服風(fēng)窗所增加的通風(fēng)阻力。輔助風(fēng)機(jī)設(shè)在工作面進(jìn)風(fēng)順槽入風(fēng)口聯(lián)絡(luò)巷附近(車場(chǎng)石門)，在通風(fēng)機(jī)進(jìn)、出風(fēng)口處各設(shè)置一道板墻，墻中間設(shè)風(fēng)門。設(shè)置的板墻要盡量嚴(yán)密，以避免因產(chǎn)生循環(huán)風(fēng)流而引起風(fēng)壓損失。為保證調(diào)壓效果，輔助風(fēng)機(jī)安裝后要測(cè)出調(diào)壓工作面的風(fēng)量和輔助風(fēng)機(jī)兩側(cè)風(fēng)流的壓差。如果增壓值不夠，要更換風(fēng)量較大的輔助風(fēng)機(jī)，或者并聯(lián)一臺(tái)輔助風(fēng)機(jī)；如果增壓值過(guò)大，可在設(shè)置輔助風(fēng)機(jī)的風(fēng)門上開(kāi)調(diào)節(jié)窗，使之減小。為觀測(cè)調(diào)壓效果，在調(diào)節(jié)風(fēng)門上安設(shè)壓差計(jì)，同時(shí)在回風(fēng)順槽安設(shè)風(fēng)壓傳感器，由安全監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)調(diào)壓區(qū)的壓力變化情況。根據(jù)壓力變化情況，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到減小采空區(qū)漏風(fēng)的目的。因此，該技術(shù)對(duì)于閉區(qū)防滅火效果較好，但對(duì)于開(kāi)區(qū)防滅火卻很困難。發(fā)生內(nèi)因火災(zāi)時(shí)，煤的熱容量己經(jīng)很大，煤溫也較高，維持自燃的最小氧濃度也降低到了很低，開(kāi)區(qū)均壓只能減少漏風(fēng)，不能完全杜絕漏風(fēng)，且滅火時(shí)間較長(zhǎng)。此外，在均壓防滅火技術(shù)中，由于礦井實(shí)際條件的復(fù)雜多變性，致使在使用該技術(shù)時(shí)，常常因系統(tǒng)壓能的測(cè)定速度慢和精度低而大大影響該技術(shù)的使用效果。2.4本章小結(jié)本章主要介紹的是煤炭自然發(fā)火的基本理論，包括煤炭自然發(fā)火影響因素、早期識(shí)別與預(yù)防及其防治技術(shù)。通過(guò)本章的介紹，可知煤炭自然發(fā)火是各種內(nèi)在因素和外在因素綜合作用的結(jié)果；在自燃危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)方面主要有三種方法：自燃傾向性實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)法、綜合評(píng)判預(yù)測(cè)法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法；可以通過(guò)指標(biāo)氣體分析法、測(cè)溫法、示蹤氣體法和測(cè)氡法對(duì)自然發(fā)火情況進(jìn)行預(yù)測(cè)；最后，進(jìn)行了自然發(fā)火防治方面的研究，可知主要的防治方法有開(kāi)拓開(kāi)采方面、通風(fēng)措施、惰化技術(shù)、灌漿技術(shù)、膠體防滅火、阻化劑防滅火以及均壓滅火技術(shù)。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文滕東煤礦半孤島工作面自然發(fā)火防治技術(shù)3滕東煤礦半孤島工作面自然發(fā)火防治技術(shù)3.1半孤島工作面自然發(fā)火特點(diǎn)3下105工作面是半孤島工作面，其軌道順槽與3下107采空區(qū)相鄰，漏風(fēng)問(wèn)題比較嚴(yán)重，由于3下煤層為一類易自然發(fā)火煤層，最短自然發(fā)火期為73天，3下105工作面在回采期間極易發(fā)生煤炭自燃事故。同時(shí)由于3下105工作面采用綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)，工作面采空區(qū)遺煤多、漏風(fēng)嚴(yán)重，更加劇了自然發(fā)火的危險(xiǎn)性。半孤島工作面的一側(cè)與其他工作面的采空區(qū)相鄰，一方面在掘進(jìn)過(guò)程中可能會(huì)溝通舊巷，而且由于臨近工作面回采時(shí)停采線附近停止了放頂煤，會(huì)產(chǎn)生大量的遺煤，且受采動(dòng)影響，礦山壓力發(fā)生變化，煤柱受壓力影響，易出現(xiàn)裂縫，頂板易發(fā)生破碎、冒落等，有利于漏風(fēng)通道和漏風(fēng)量的增加，為煤炭自燃提供相應(yīng)的條件，不利于工作面的正常掘進(jìn)，形成自燃隱患；另一方面，在回采過(guò)程中由于巷道及工作面在原掘進(jìn)時(shí)期的基礎(chǔ)上有了新的變化，礦壓分布、巷道受力、煤體破碎、工作面通風(fēng)等都發(fā)生了變化，工作面的開(kāi)切眼及停采線、兩順槽及相鄰支架間采空區(qū)浮煤和鄰近采空區(qū)都形成了火災(zāi)隱患，應(yīng)該加以注意，并采取合適的措施。半孤島采空區(qū)煤炭自燃火災(zāi)的特點(diǎn)主要有:1)火災(zāi)具有隱蔽性，人們無(wú)法直接觀測(cè)到，只能通過(guò)指標(biāo)氣體分析、測(cè)溫等其他間接手段來(lái)判斷地下火災(zāi)情況。2)形成漏風(fēng)的條件優(yōu)越，漏風(fēng)量較大，漏風(fēng)通道多而且分布廣泛，難以采取堵漏措施。3)由于面積大，火源點(diǎn)往往不止一個(gè)，而是多個(gè)地點(diǎn)同時(shí)或先后產(chǎn)生煤炭自然發(fā)火現(xiàn)象。4)由于資料不足和地下情況復(fù)雜，難以準(zhǔn)確把握半孤島采空區(qū)內(nèi)部風(fēng)流和冒落情況，因此很難對(duì)火源的發(fā)展趨勢(shì)做出準(zhǔn)確的判斷。5)在距現(xiàn)有巷道和工作面較遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)火，很難觀測(cè)到采空區(qū)內(nèi)早期的煤炭自燃現(xiàn)象，能夠觀測(cè)到煤炭自燃時(shí)，火勢(shì)可能已蔓延開(kāi)來(lái)。3.2滕東煤礦概況3.2.1地理位置與交通滕東生建煤礦井田位于山東省滕州市西南部，京滬鐵路兩側(cè)，北距滕州城區(qū)5km，行政區(qū)劃隸屬南沙河、鮑溝、官橋三個(gè)鎮(zhèn)管轄，地理座標(biāo)為：東經(jīng)：117°08′30″～117°14′15″北緯：34°56′00″～35°01′15″井田范圍，西起金莊井田及田陳煤礦的東邊界，東至嶧山斷層；南起官柴礦用鐵路，北至緯線3877000。井田東西寬6.6km，南北長(zhǎng)9.7km，面積64km2。礦井可采儲(chǔ)量3749萬(wàn)噸，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力45萬(wàn)噸/年，服務(wù)年限59年。本井田西距京杭大運(yùn)河滕州港30km，京滬鐵路和104國(guó)道、京福高速公路從井田內(nèi)穿過(guò)?？h、鄉(xiāng)公路四通八達(dá)。交通極為便利，見(jiàn)圖3.1。圖3.1交通位置圖[20]3.2.2礦井采用立井單水平上(下)山開(kāi)拓，設(shè)主井、副井兩個(gè)井筒，主井深921m，副井深949m，井底車場(chǎng)標(biāo)高-865m。礦井共劃分為4個(gè)采區(qū)，工業(yè)場(chǎng)地南煤柱至F14斷層為一采區(qū)，工業(yè)場(chǎng)地南煤柱至3下煤層沖刷帶為二采區(qū)，F(xiàn)14斷層至礦井北邊界為三采區(qū)，3下煤層沖刷帶至礦井南邊界為四采區(qū)。根據(jù)井口位置、3下煤層賦存條件、104國(guó)道煤柱以及井田范圍，沿104國(guó)道煤柱布置-865m水平軌道大巷、-865m水平皮帶大巷、-865m水平回風(fēng)大巷。采區(qū)開(kāi)采順序本著先近后遠(yuǎn)，先淺后深，先易后難的原則。采區(qū)接替順序?yàn)椋阂徊蓞^(qū)→三采區(qū)→二采區(qū)→四采區(qū)。首采區(qū)布置：1)采區(qū)儲(chǔ)量、煤層情況首采區(qū)內(nèi)3下煤厚4.6～8.11m，平均5.82m，可采儲(chǔ)量715.9萬(wàn)噸；3上煤厚0～1.36m，平均0.77m，可采范圍內(nèi)平均厚度0.92m，可采儲(chǔ)量92萬(wàn)噸。2)首采區(qū)布置、采煤方法根據(jù)3下煤層及頂?shù)装鍥_擊傾向性鑒定結(jié)果和礦井建設(shè)過(guò)程中的實(shí)際揭露情況，考慮沖擊地壓等災(zāi)害預(yù)防及3上煤層資源回收，對(duì)首采區(qū)工作面接續(xù)、首采工作面布置及采煤工藝進(jìn)行了調(diào)整。初期開(kāi)采3上煤層作為解放層，實(shí)行3上煤層、3下煤層下行交替開(kāi)采，以3下煤層為主，3上煤層為輔，有關(guān)情況如下：(1)首采區(qū)范圍首采區(qū)北翼邊界由F14斷層南移至DF17附近，采區(qū)北翼工作面走向長(zhǎng)度縮短了1000米，其余不變。(2)首采區(qū)巷道布置首采區(qū)仍采用走向長(zhǎng)壁布置，設(shè)一組(三條)集中下山，采區(qū)內(nèi)3上、3下煤層工作面聯(lián)合布置，采區(qū)內(nèi)區(qū)段數(shù)量不變。三條集中下山主要布置在工廣煤柱內(nèi)，其中軌道下山、膠帶輸送機(jī)下山沿3下煤層底板布置(距3下煤層底板6米左右)，專用回風(fēng)下山上段