自燃发火论文新

煤层自然发火机理与防治研究摘要：煤层自然发火是煤矿重大灾害之一，对安全威胁极大，有时还会引起瓦斯煤尘爆炸，给国家和矿工生命造成重大危害，同时还会导致煤炭资源的严重浪费，本文通过研究自然发火的规律与特点，总结防灭火经验，减少和杜绝自然发火事故的出现，对于保证矿井安全生产和提高经济效益具有重大的意义。关键词：煤层；发火；研究1、基本情况：*煤矿1979年1月简易建成投产。矿井原设计能力为30万吨/年，核定生产能力为40万吨/年，1998年扩建后设计生产能力为90万吨/年，2010年核定生产能力140万吨,核定通风能力188.6万吨。矿井开拓方式为立井多水平分区开拓，分三个生产水平，-150水平开采煤层为7、8、9、10层煤；-250水平开采煤层为3层煤。-430水平主要开采7、8、9、10层煤。采煤方法为走向长壁后退式，全部垮落法管理顶板。矿井通风方式为中央边界式，新副井、老副井进风，南、北边界风井回风。主通风机工作方式为抽出式，-150m水平南风井设两台FBCDZ28/5002-C型对旋轴流式风机，配备电机功率2500KW，-150m水平南风井需要风量6988m3/min,实际进风量为7538m3/min，总排风量7820m3/min，矿井负压2400Pa，现为-150m水平和-250m水平的3900采区及-430m水平服务；-250m水平北风井设两台G4-73-1225型离心式风机，配备电机功率710KW，-250m水平北风井需要风量为3256m3/min，实际进风量3668m3/min，排风量3812m3/min，矿井负压2850Pa，现担负除3900采区外-250m水平所有地点的用风。矿井鉴定为低瓦斯矿井，我矿主采煤层为3、7、8、9、10层煤，其中3、9、10层煤为发火煤层，发火危险性为类。为了防止火灾事故的发生，主要采取预防性注浆的方法，南风井和北风井建立了注浆站，分别担负-150水平、-250水平及-430水平的注浆任务。2、矿区自然发火情况：肥城矿区从70年开始陆续出现发火事故，历史上出现发火及发火隐患57次，封闭采煤工作面9个，影响产量11万吨，封闭巷道4736m，丢失金属支柱、棚梁2383棵。其中：曹庄矿发火15次；查庄矿发火13次；陶阳矿发火7次；杨庄矿发火6次。历史上曾发生过因采空区发火，有害气体大量溢出导致的多人CO中毒和上山煤柱发火曼延被迫封闭采区等严重的自然发火事故，更多的是工作面撤面搬家、改造，影响安全和正常生产，造成煤炭资源的丢失。针对矿区发火的实际，我矿认真接受邻矿发火教训，深入分析其发火原因，不断探索防灭火新途径、新方法，做到防患于未然，使我矿防灭火工作走在了集团公司前列。3、煤层自然发火机理与规律：3.1自然火灾形成的过程是许多因素综合作用的结果，但煤层的自然性能是起决定性的因素，其它因素起加剧和增加危险程度的作用。现将影响煤层自然发火的内在因素分析如下：3.1.1煤的分子结构。研究表明，煤的氧化能力主要取决于含氧官能团多少和分子结构的疏密程度。随煤化程度增高，煤中含氧官能团减少，孔隙度减小，分子结构变得紧密，就越不容易引起自然发火，反之就易引起自然发火。3.1.2煤化程度。煤化程度是影响煤炭自然倾向性的决定性因素。就整体而言，煤的自然倾向性随煤化程度增高而降低，即自然倾向性从褐煤、长焰煤、烟煤、焦煤至无烟煤逐渐减小。3.1.3煤中的瓦斯含量。煤中瓦斯存在和放散影响吸氧和氧化过程进行，它类似于惰性气体稀释空气对氧化发生的影响。一般认为，吸氧仅发生在煤中瓦斯含量小于某一数值的条件下，如果煤中含有较多的瓦斯，那么其吸氧减弱。3.1.4水分。煤的外在和内在水分以及空气中的水蒸汽对褐煤和烟煤在低温氧化阶段起一定的影响，既有加速氧化的一面，也有阻滞氧化的因素。煤在自然的过程中，只有其水分降低到一定值后，氧化速度才会加快，煤温才会急剧升高；煤湿水后再干燥与未湿水的干煤相比，化学活性增加；在低温时煤对水蒸汽的亲和性比对氧大，水蒸汽凝结成水时生热比氧化生热量大；因此稳定的保持采空区内空气具有较高的湿度，增加并保持煤本身的湿度，都可以抑制煤的低温氧化。3.1.5煤中硫和其它矿物质。煤中含有的硫和其它催化剂，会加速煤的氧化过程。一般认为，含硫大于3%的煤层均为自然发火的煤层。3.1.6 2002年抚顺煤科院对发火煤层鉴定结果如下：煤层名称水分Mad灰分Ad挥发分Vdaf真密度TRDg/cm3吸氧量ml/g干煤自燃倾向等 级3层煤1.797.9338.511.410.52二类自然9层煤2.043.3244.151.330.58二类自然10层煤1.833.2748.571.310.62二类自然煤层发火除了自身因素外，还需具备其它相应的条件，煤层自然的必要充分条件是：一是有自然倾向性的煤层被开采破碎后在常温下与空气接触，堆积厚度一般要大于0.4m。二是有较好的蓄热条件。三是有适量的通风供氧。通风是维持较高氧浓度的必要条件，是保证氧化反应自动加速的前提。试验表明，氧浓度大于15%时，煤炭氧化方可较快进行。四是上述三个条件共存的时间大于煤的自然发火期。3.2肥城矿区煤层自然发火主要原因是：3.2.1厚煤层分层回采，各分层联合布置，工作面运输巷与岩石集中巷(或运输上下山)的共用溜煤小井是易发火地点或发火的主要诱因。主要原因一是回采工作面结束后，采空区予以封闭，溜煤小井上口封闭于采空区内，下口位于主要运输巷，而运输巷一般为采区主要回风道，形成了采空区密闭和溜煤小井的漏风通道；二是回采结束后小井漏风处理困难，一般采用浮煤充填，不能完全隔绝漏风，同时具备了漏风供氧、可然物和蓄热三个条件；三是溜煤小井靠近工作面停采线，往往由溜煤小井发火 蔓延到停采线煤柱。3.2.2近距离煤层(或分层)开采，巷道布置采用内错式，导致下层(下分层)工作面在上层(上分层)工作面采空区区段煤柱下掘进和回采，从掘进准备开始即形成了上层(上分层)煤柱漏风氧化条件，下层(下分层)工作面回采时，上层工作面采空区煤柱发生自然发火。 3.2.3多煤层联合布置或分层开采，采区上下山布置在煤层中，是诱发自然发火的重要因素。联合布置或分层开采的采区上下山布置在煤层中，采区上下山使用时间长，与工作面连接巷道多，上下山煤柱受重复动压影响，极易破坏压酥，形成采区主要进回风巷与采空区之间的漏风通道，为自然发火创造了条件。 3.2.4通风设施设置位置不合理，形成采空区范围内的局部通风阻力，也是矿井自然发火的一个重要原因。如在采区上下山等主要进回风巷中间设置调节风门；分层或近距离煤层开采，位于采空区下的巷道中设置风门或调节风门等，造成采空区间形成较大压差，构成矿井自然发火的条件。 3.2.5采空区封闭设施质量差或检查维护不及时，密闭漏风引起发火。多数发火事故原因之一就是采空区封闭出现漏洞，或密闭掏槽不到位、墙体厚度不够；或密闭砌筑位置不当；或密闭压坏不能及时发现维修等原因，构成发火条件。3.2.6矿井通风阻力高，阻力分布比较集中，特别是生产采区巷道失修，影响有效通风断面，产生局部通风阻力的情况，易形成自然发火的条件。3.2.7受地质构造影响，回采工作面沿走向分段回采时，其里、外面断层煤柱处于采空区内，下层(下分层)工作面准备和回采时，形成了上层工作面断层煤柱的漏风系统，最易形成自然发火。类似情况发生的自然发火事故，由于发火位置处于生产工作面的上方，直接威胁生产安全，处理难度大，经常导致工作面搬家改造。4、自然发火防治对策通过上述自然发火原生条件和生产技术条件的分析，结合煤层自然发火的机理和形成要素，以矿井自然发火有关资料为依据，基本摸清了矿区自然发火的规律和特点。在此基础上，按照“预防为主，综合治理”的防灭火工作方针，有针对性地研究制定综合防治对策。按照发火煤层的自然条件、开采技术条件因地制宜落实防灭火措施，健全完善了防火工作的基础手段，不断探索了一些新的技术途径，有效控制了矿井自然发火事故。 4.1加强防灭火基础设施建设，健全完善了矿井防灭火系统，超前性、预防性地落实防灭火措施。我矿建设了南风井、北风井注浆站，安装了管路系统。南风井注浆站担负-150水平9、10层煤注浆任务，北风井注浆站担负-250水平3层煤注浆任务及-430水平9、10层煤注浆任务。4.2 3层煤分层开采的工作面，上分层工作面回采落实随采随注浆措施，控制上分层高温发火影响下分层回采；两个分层回采结束后，再进行“两道一线”注浆，确保相临区段的回采。4.3根据9、10层煤近距离开采，9层采空区发火危及10层煤安全生产的特点，落实措施重点放在9层，采后实施“两道一线”注浆。受构造影响分里、外面生产的9层工作面，里面回采结束后，也要进行预防注浆。以控制9层煤柱自然发火，确保10层工作面安全回采。同一区段9、10层煤回采结束后，还要进行两个层位的采空区注浆，防止采空区发火影响相临区段。4.4改造优化通风系统，降低矿井通风阻力，实现大面积均压通风和区域性均压防火。采空区发火的主要诱因是采空区存在漏风供氧系统，其影响因素包括采空区封闭质量、煤柱的完整状况和采空区范围内的通风阻力分布。根据历史上的经验教训，引起自然发火的主导因素、也是较难解决的主要矛盾是通风系统的压差。因此，改造通风网络，调整和优化通风系统，改善矿井通风阻力分布状况，是防止自然发火的治本性技术途径。4.5两道两线阻化剂防火采煤工作面的进、回风巷道，由于巷道较长，回采速度较慢，巷道两帮回采压力会将煤壁压碎，在长时间通风供氧条件下，将会给采空区自然发火留下隐患，因为在采空区形成以后，采空区四周有煤壁支撑，不易冒落压实，而采空区中间区域会因地压逐渐压实，这样由原采煤工作面的进、回风巷道，切眼与停采线圈成一个边松中实的“口”形范围，由于上下存在压力差，必然形成一个“口”型漏风圈，两道两线就成为经常发火的地点，为防止自然发火，必须在进回风巷道上下帮打孔，压注阻化剂溶液进行防火预处理，工作面的开切眼外帮也应压注阻化剂溶液，停采线更应压注阻化剂溶液。我矿3402工作面在回采期间采用此方法实施阻化剂防火，有效的延缓了煤层的自然发火期，取得了较好的效果。4.6选择通风设施的建筑位置时，充分考虑均压通风的要求，防止在采空区进回风侧形成较大压差；选择实施均压通风防灭火方案时，要进行风量和压力测定调整，逐步实现由定性管理向定量管理的转化；对使用中的采区上下山等主要通风巷道要加强维修管理，保证通风断面、减少通风压力，防止向采空区漏风供氧4.7及时封闭，防止漏风。随着工作面的推采要及时封闭轨、运中，联络巷：工作面回采结束后要限期撤出所有设备材料，尽快封闭，其撤除或封闭时间做到有记录备查。严格按照质量标准进行施工，火区密闭一定要掏槽，进行抹面和勾裙边，健全观察孔和注浆孔。4.8加强对密闭检查维修工作。定期组织“一通三防”安全检查工作，尤其是对边远采区密闭完好状况进行重点检查，发现压坏密闭及时修补加固。4.9开展防灭火预测预报工作，要严格按规定对发火煤层采空区密闭进行旬检查，发现问题及时分析处理，定期对规定地点进行采样分析，检查和分析数据保留一年以上。4.10加强防灭火系统管理，充分发挥现有注浆站的作用。注浆系统要按原设计要求保证完好。新水平、新采区的管路系统必须执行“三同时”(即同时设计，同时施工，同时投入使用)，撤除防灭火管路必须经集团公司同意。5、社会及经济效益5.1根据矿区自然发火规律和特点的分析，因地制宜地研究综合防治对策，通过多年来的现场实践和逐步完善，形成了一套适合我矿实际的