矿井火灾学第三章[1]

1、第三章第三章 矿井火灾的预测预报矿井火灾的预测预报第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点1第二节 煤自燃的早期识别与预报2第三节 外因火灾的监测3第四节 火源的位置探测与判别4第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点v煤炭自然发火的条件煤炭自然发火的条件 煤自燃是煤氧化过程自身加速的最后阶段，是多种因素作用的结果，必须同时具备以下四个条件：（1 1）煤有自燃发火倾向性）煤有自燃发火倾向性, ,并呈破碎状态堆积存在并呈破碎状态堆积存在; ; 浮煤自燃临界厚度，是一个不确定值，因煤的自燃特性、煤体温度、漏风强度的不同而异，应根据现场实际情况而定。（2 2）有连续的通风供氧条件）有连续的通风供氧条

2、件; ; 氧气的存在时煤发生自燃的主要原因和必要条件，流经煤体风流的含氧量对自燃的发展过程起着重要作用，一般有三种情况。第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点（3 3）热量易于积聚）热量易于积聚; ; 在通风或漏风条件下，使煤氧化放出的热量难易积聚而不至氧化升温的风速称为临界风速，目前尚无定论，一般认为风速为0.10.24m/min，煤最易发生自燃。（4 4）维持煤的氧化过程不断发展的时间）维持煤的氧化过程不断发展的时间 煤自燃是煤氧化放热持续一定时间后的结果，影响煤自燃发火期的因素很多，较难测定。 掌握了煤炭自燃的机理和条件,就能有效地防止自燃事故的发生:上述四个条件中,只要彻底破坏一个或

3、一个以上(乃至全部),自燃火灾就不会发生。实际工作中，为了增加防火的可靠性，总是采用多方面的综合防火措施来预防煤炭自然发火事故。第一节第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤自燃四条件示意图煤自燃四条件示意图: : 煤自燃的必然性与偶然性：煤自燃的必然性与偶然性： 必然性：煤自燃的四个必要条件为煤自燃的防治提必然性：煤自燃的四个必要条件为煤自燃的防治提供了科学依据；供了科学依据； 偶尔性：综合因素导致煤自燃的发生，但是这些因偶尔性：综合因素导致煤自燃的发生，但是这些因素有不确定素有不确定二、易自然发火地点二、易自然发火地点 煤自然发火地点有一定规律可循，综合结

4、合煤自然发火的条件和现场经验，井下易发生火灾的地点有：（1 1）采空区）采空区 1.1.采空区采空区 “ “三带三带” 波兰学者从自然发火的角度出发将采空区划分为三个漏风带，即 ：“不自燃带”、“自燃带”、“窒息带”，如图所示：第一节第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤矿井下自燃发火条件及易发火地点L1L2W（1 1）不自燃带）不自燃带 如图中带，紧靠工作面，其宽度在工作面向采空区内部延伸，即 L1=520m，该带顶板冒落的岩石处于松散堆积状态，孔隙多且大，漏风强度大， Q生Q散，热量容易聚集，有可能导致自燃。（3 3）窒息带）窒息带 如图所示带，该带漏风风流基本消失，氧气浓度进一步下降

5、，氧化停止。第一节第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤矿井下自燃发火条件及易发火地点v自燃带的宽度和前移速度等特性参数是煤自燃防治工作的重要数据。自燃宽度越大，前移速度越慢，越容易发生自燃。 控制手段：控制手段： 加快回采速度加快自燃带前移速度； 自燃带宽度控制方法：（1）降低工作面风阻或者进出口端点的通风压力（2）对采空区洒浆以填充其中的孔隙，注水促进再生顶板的形成，增大采空区的漏风风阻。第一节第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤矿井下自燃发火条件及易发火地点采空区划分方法采空区划分方法（1 1）根据氧气浓度划分）根据氧气浓度划分不自然带：氧浓度不自然带：氧浓度C15%C15%，

6、也称冷却带或者散热带；，也称冷却带或者散热带；自燃带：氧浓度自燃带：氧浓度15%C5%15%C5%，持续供氧，蓄热环境较好；，持续供氧，蓄热环境较好；窒息带：氧浓度窒息带：氧浓度C C5%5%，缺氧，煤自燃无法进行。，缺氧，煤自燃无法进行。（2 2）根据采空区漏风流速划分）根据采空区漏风流速划分 采空区漏风风速采空区漏风风速V V（V0.9m/sV0.9m/s为散热带；为散热带；0.9V0.02m/s0.9V0.02m/s为自燃带；为自燃带；0.02m/s0.02m/s为自窒息带。）；为自窒息带。）； 由于缺少深入的理论研究和试验结果，此指标目前尚由于缺少深入的理论研究和试验结果，此指标目前尚

7、难以应用。难以应用。 综上所述：目前根据氧气浓度划分的采空区三带得到了广泛的认可。第一节第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤矿井下自燃发火条件及易发火地点v实例介绍：安徽淮北朱仙庄872综放面采空区“三带”测定：（1 1）测点的设置）测点的设置（2 2）测试线路和传感器的保护）测试线路和传感器的保护第一节第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤矿井下自燃发火条件及易发火地点v实例介绍：安徽淮北朱仙庄872综放面采空区“三带”测定：（3 3）测定内容及周期）测定内容及周期内容主要包括：采空区的气体成分； 主要部件温度。正常情况下，测定每天进行一次，出现异常时，增加测定次数（4 4）数据的

8、记录与整理）数据的记录与整理（5 5）测定结果：）测定结果： 不自燃带小于35.2m，自燃带在313.6m，窒息带大于13.6m。第一节第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤矿井下自燃发火条件及易发火地点v实例介绍：安徽淮北朱仙庄872综放面采空区“三带”测定：（5 5）测定结果：）测定结果：第一节第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤矿井下自燃发火条件及易发火地点v “O”O”型圈型圈 采动裂隙“O”型圈 裂隙的存在，使得采空区漏风量增加，增加了“O”型圈附近浮煤的自燃危险性。第一节第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤矿井下自燃发火条件及易发火地点（二）停采线和开切眼（二）停采

9、线和开切眼v 采取U型通风无煤柱后退式开采时，停采线下端处于敞口状态，很难封闭，容易发生自燃。v 采用分层开采时，上分层的停采线处风压最大，容易形成较长时间漏风通道。（三）进、回风巷道（三）进、回风巷道v 根据发火的原因不同，可以分为以下几种情况：1.保护煤柱自燃 在采动压力和地应力的作用下，煤柱容易压裂、破碎或坍塌，形成大量的浮煤堆积，加之工作面端头回柱后冒落不彻底，留下漏风通道，容易发生煤自燃现象。2.巷道高冒落区自燃第一节第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤矿井下自燃发火条件及易发火地点 2. 2.巷道高冒落区自燃巷道高冒落区自燃 其形成主要与巷道施工质量、地质构造等因素有关。根据

10、高冒区松散煤体的裂隙分布状态、煤体松散程度和冒落程度可以分为三个区域：破碎区、离层区和断裂下沉区。 其中破碎区，煤层完全破碎 巷道中空气进入松散层，所以 易发生自燃。3.3.分层巷道假顶内煤炭自燃分层巷道假顶内煤炭自燃第一节第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤矿井下自燃发火条件及易发火地点（四）构造带（四）构造带v 主要形式：褶曲、断层、破碎带、陷落柱、岩浆倾入。v 原因：（1）构造带处由于煤层受张力、挤压等作用，容易形成大量浮煤堆积；（2）构造带附近漏风通道复杂，漏风严重；（3）构造带附近一般具备有良好的热量积聚环境。（五）通风设施附近（五）通风设施附近v 通风设施上下侧随着局部风阻的

11、增大而增大，为漏风的形成提供有力的条件。v 此外，溜煤眼以及瓦斯抽放孔也是极易发生煤自燃的地方。第一节第一节 煤矿井下自燃发火条件及易发火地点煤矿井下自燃发火条件及易发火地点第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报v 煤自燃的早期识别与预报是有效防治矿井内因火灾，一般有直接感觉法、测温预报法和气体分析法一、人的直接感觉法一、人的直接感觉法 （1）嗅觉。可燃物受高温或火源作用，会分解生成一些正常时大气中所没有的、异常气味的火灾气体。人们利用嗅觉嗅到这些火灾气味，则可以判断附近的煤炭和胶塑制品在燃烧。 （2）视觉。煤炭氧化自燃初期生成水分，往住使巷道内湿度增加，出现雾气或在巷道壁

12、挂有平形水珠；浅部开采时，冬季在地面钻孔或塌陷区处发现冒出水蒸气或冰雪融化的现象。当然井下两股温度不同的风流汇合处也可能有雾气出现。同时透水事故的前兆也会有水珠出现。因此，在井下发现雾气或水珠时，要结合具体条件加以分析，得到正确的结论。 第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报一、人的直接感觉法一、人的直接感觉法（3）感觉。煤炭自燃发展到一定阶段，可能会使环境温度升高和附近氧气浓度下降，而且会释放大量有毒气体。根据这些反应，同样也能够对煤自燃做出一定的判断。（4）从煤炭自热点或自燃区域流经过的水或空气，其温度通常较高，同样可为人所直觉感觉。 当上述征兆发展到较明显的程度时，人

13、的感官是可以识别煤炭早期自燃的。但是，人的感觉总是带有相当大的主观性，同时，人的感觉与人的健康状况和精神状态也有很大关系，因此，人的直接感觉不是早期识别煤炭自燃的可靠方法，所以还必须使用仪器仪表来识别煤炭自燃的发生。第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报一、测温预测预报法一、测温预测预报法u 温度是确定煤炭自燃发展阶段的最可靠、最直接的重要的参数，测定矿内空气和围岩的温度是煤自燃早期识别和预报的方法。（一）传感器测温法（一）传感器测温法1.1.温度传感器的种类温度传感器的种类 （1）热电偶温度传感器 考虑经济成本和测定精度的要求，煤矿测温常用铜-康铜热电偶温度传感器。 热电

14、偶温度传感器具有结构简单，测量范围宽，热惯性小和输出信号便于远距离传输的优点，是目前接触式传感器中应用最广泛的。第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报（2）热电阻温度传感器 常见的热电阻温度传感器主要有铂电阻温度传感器、铜电阻传感器、铁电阻温度传感器和镍电阻温度传感器等。井下应用较多的是铂电阻温度传感器。 具有测量范围大、稳定性好、重复性高、耐氧化和比热电阻打灯优点。（3）半导体温度传感器 半导体温度传感器具有体积小、成本低、效应时间短、在一定范围内线性较好、功耗低、抗干扰能力强等优点。2.2.温度传感器的布置与温度测定温度传感器的布置与温度测定（1）布置要求 安装温度传感

15、器的位置要选择合理； 温度传感器的安装要符合设计要求； 温度传感器安装后，使用过程中应加强管理和维护。第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报2.2.温度传感器的布置与温度测定温度传感器的布置与温度测定（2）布置方法（3）温度检测（4）温度的记录与处理（5）优缺点优点：预测可靠、直观局限性： 传感器测温时点接触，预测预报范围较小； 传感器安装、维护工作量大； 品种单一、稳定性差、成本高，使用寿命短； 外界调节易引起传感器的破损； 煤体热导性差，放热影响范围小。第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报（二）红外线测温法（二）红外线测温法1.测温原理 任何物体只

16、要温度超过绝对零度，就会不断产生红外辐射。根据辐射能量的高低，测量温度的高低，据此对煤自燃的发展做出判断。2.相关仪器 探测仪器：红外测温仪和红外成像仪器3.现场应用及不足 除了煤自燃会造成红外线辐射能量异常外，煤层原始地温、井下环境、巷道风量、井下机电设备、煤层内部结构异常也会造成红外辐射能量异常，造成误判。第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报三、气体分析法三、气体分析法 煤的自然发火过程可以分为缓慢氧化阶段、加速氧化阶段和剧烈氧化阶段，不同阶段对应着不同的气体产物种类和浓度。（一）指标的种类 煤炭自热过程中会产生各种气体，且这些气体的生成浓度与煤体温度存在明显的对应关

17、系，因此可作为判断煤发展程度的指标。总的来说，气体分析法的指标可以分成两类： 煤氧化产生的气体成分； 煤氧化产生的气体浓度变化或气体之间的比值。 目前常用的指标有：CO、格雷哈姆系数、O2、链烷比、C2H4、C2H2、C/H、烃。第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报三、气体分析法三、气体分析法1.一氧化碳（CO） 一氧化碳在煤氧化自燃过程中出现较早、生成量较大、浓度增长速度也较快，其浓度和煤体温度存在明显对应关系，是煤自然发火早期预报非常灵敏的指标气体。 试验研究结果： 在常温下就有CO的出现， CO产生量随煤温升高而增 加并呈指数关系，初始阶段 CO增幅不大，当温度上升

18、到 一定阶段时，CO急剧增加， 剧烈氧化阶段CO浓度达到最 大值。第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报三、气体分析法三、气体分析法1.一氧化碳（CO）结论结论：CO持续存在，且浓度不断稳定增加，就可判断风流上风测存在高温隐患点或者存在自燃火源。缺点：受漏风的影响的影响极大，对CO浓度测量产生误差，预报可靠性降低。解决方法： 采用CO的绝对生成量作为判定煤自燃发展阶段的指标，相应的计算公式： 特殊情况：自然点氧气浓度大于15%时，煤氧化产物基本上是CO2，应综合考虑。第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报三、气体分析法三、气体分析法2.格雷哈姆系数（1）

19、格雷哈姆系数三种形式组成：煤氧化过程中CO、CO2浓度的增加量和O2浓度的减少量。 R1、R2受新鲜风流的影响，R3指标基本上不受新鲜风流的影响，因此R3指标常用于指示火灾的发展状况。第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报三、气体分析法三、气体分析法2.格雷哈姆系数（1）格雷哈姆系数的应用 一般以R2作为主要指标，以R1作为辅助指标，R3主要用于风流状态变化很大的时候。 正常情况下。R2值小于0.5%， R2若持续上升并且超过0.5%，即表明该矿井中有自热现象发生；超过1%则说明煤矿井下已经发生自燃现象。 缺陷：首先雷格哈姆系数在氧气消耗量很小的情况下精度很低； 其次雷格哈

20、姆系数还受那些不是煤自燃产生的CO、CO2的影响。第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报三、气体分析法三、气体分析法3.耗氧量（O2） 耗氧量的计算基于以下两个方面的假设：（1）空气中的氧气含量为20.93%，惰性气体的含量为79.04%，一般惰性气体视为氮气；（2）空气中的氮气没有被消耗，也没有增加。氧气的消耗量可以表示为：4.链烷比 在煤氧化升温的不同阶段，各种烷烃气体和产生极其浓度之间有一定的联系。第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报三、气体分析法三、气体分析法4.链烷比主要包括两类：（1）长链的烷烃气体与甲烷浓度比值； （2）长链的烷烃气体与乙烷浓度比值。划分标准：影响因素：煤本身吸附的烷烃量； 吸附烷烃的释放时间。第二节第二节 煤自燃的早期识别与预报煤自燃的早期识别与预报三、气体分析法三、气体分析法5.乙烯 乙烯是煤氧化自燃发展到一定程度之后的产物，不同的煤岩成分产生的乙烯初始温度存在差异。6.乙炔 乙炔是煤进入剧烈氧化阶段的产物，产生的温度较高，表明井下煤自燃已经发展到比较严重的程度。7.C/H 实践表明：该