《煤矿煤层火灾防治技术措施及分析》论文

1、东北大学继续教育学院毕业设计（论文）设计（论文）题目 煤矿煤层火灾防治技术措施及分析目 录摘 要II1. 绪 论11.1 研究的目的和意义11.2 本文的框架结构22.地下防水混凝土工程的简要概述22.1 地下防水混凝土工程的相关定义22.2 防水混凝土的防水原理52.3 防水混凝土质量影响因素63.地下防水工程施工所遵循的原则113.1自防为主的原则113.2多道设防、刚柔相济的原则123.3混凝土的养护与折模123.4做好回填土123.5施工缝的处理 133.6控制好原材料的质量及准确计量134.地下施工中混凝土防水的原因及措施14 4.1地下防水工程渗漏原因分析14 4.2地下

2、防水工程渗漏防治措施165.结论21II参考文献22II摘 要我国国有煤矿自然发火危险矿井己占60%，由于煤炭自燃导致的优质煤损失量己达42亿吨以上，现在仍以每年2000-3000万吨的速度增加，煤矿每年都因火灾造成人员的重大伤亡，造成数十亿元的经济损失；煤炭自燃不仅浪费了煤炭资源，而且引起了严重的环境污染和生态平衡的破坏；煤层自燃释放出的大量有害气体，除污染大气环境外，还直接危及人类的生存环境。本文从近距离煤层自然发火的特点及规律入手，简述了我国煤矿煤层火灾防治现状，研究和总结煤层自然肌理和矿井引起火灾预防治理技术。同时研究了近距离煤层自然发火的原因及其危害，并研究了火灾防治的关键技术，通过

3、对其火灾发生原因分析，从而进一步完善防治措施。关键词：煤矿煤层；自燃火灾；防治技术III1. 绪 论我国是少数几个以煤作为主要能源的国家之一，也是世界产煤大国。煤炭在我国一次能源消费中占76%，随着我国经济的快速发展，对煤炭的需求还会进一步增加，我国以煤为主要能源的生产和消费特征在今后相当长的时间内都不会改变。进入20世纪90年代，高产高效集约化生产被煤矿企业广为采用，综采放顶煤采煤法得到了大力推广应用，该法在大幅度提高煤炭生产效率及煤炭产量的同时,也给采空区遗留下大量浮煤,使得自燃发火问题更加突出。煤层自燃涉及到资源、环境、经济及人口等问题，因此中国政府在中国21世纪议程中己将煤层自燃列为重

4、大自然灾害之一，并且提出了行动方案和步骤。1.1 煤矿火灾的危害及防治煤矿火灾根据火灾发生地点不同可以分为:地面火灾和井下火灾。地面火灾是指在煤矿工业广一场范围内、不影响正常生产的火火；井下火灾是指发生在井下、或发生在井口附近、影响井下正常生产的火灾。煤矿火灾按引火源的不同又可以分为外因火灾和内因火灾。外因火灾是指可燃物由于外来热源作用引起的火灾。其特点是:突然发生,来势凶猛,如果不能及时发现,往往可能酿成恶性事故。但其燃烧往往是在表而,如果发现的及时,还是容易扑救的。外因火灾可以发生在矿井的任何地点,但多发生在井口、井筒、机电铜室、火药库以及装有机电设备的巷道或工作面中。煤炭自燃的防治是一项

5、复杂的系统工程,涉及到矿井生产的主要环节,通过大量的实践,煤炭自燃的防治体系应由6个方面组成,如图1-1所示，首先,进行煤炭自燃预测,它是预防和预报的基础。依据预测资料,建立煤炭自燃的预防技术屏障,当预防失效后,根据煤炭自燃初期的物理与化学变化产生的效应,进行煤炭自燃预报, 目前,正是受煤炭自燃预报和火源探测技术的限制,给自燃隐患点和火区的处理带来相当大的困难,使一些专项技术措施不能发挥其应有的作用,往往在人力、物力方面付出很大的代价。图1-1煤炭自燃火灾防治体系1.2 煤炭煤层火灾防治技术研究现状随着煤炭行业的高速发展,煤层自燃火灾治理技术取得了显著的成绩, 50年代黄泥灌浆防灭火技术的应用

6、，60年代均压防灭火技术的推广,高倍数泡沫灭火技术的出现；70年代阻化剂防灭火试验的成功,早期预报煤炭自燃的束管系统初步建立；80年代惰气防灭火技术开始应用,研究了矿井煤层自然发火预测系统、快速高效堵漏风防治煤层自燃火灾等技术。进入90年代,随着放顶煤技术的发展,采空区注氮防火得到推广与应用,近年来,胶体防灭火技术得到推广与应用,逐步形成适应普通采煤法和高产高效采煤法的综合防灭火技术。由于煤自燃是煤氧复合的结果,影响煤自燃的主要条件是煤的表面活性结构浓度、氧浓度和温度。因此,自燃火灾扑灭主要从三个方面着手:一是隔离煤氧接触,使自燃火灾窒熄；二是降低煤温使煤氧化放热强度降低,最终使火熄灭。三是惰

7、化煤体表面活性结构降低煤氧复合速度,防止煤自燃的发生。目前常用的防灭火技术主要有如下几类:惰化、堵漏、降温等以及它们几类的综合,共同发挥灭火作用,最终实现防灭火的目的。2.煤矿煤层火灾的特点及规律2.1 煤炭的自燃过程地下防水工程是指对全埋或半埋于地下或水下的地下室、隧道以及蓄水池等建筑物、构筑物进行防水设计、防水施工和维护管理等技术工作的工程实体。是依据建筑物、构筑物防水设防部位进行分类而得出的一个防水工程类别。地下工程的持点是由于受地下水煤炭的自燃过程按其温度和物理化学变化特征,分为潜伏(或准备)、自热、自燃和熄灭四个阶段,如图2-1所示。图中虚线为风化进程线,潜伏期与自热期之和为煤的自然

8、发火期。潜伏期：自煤层被开采、接触空气起至煤温开始升高止的时间区间称之为潜伏期。在潜伏期,煤与氧的作用是以物理吸附为主,放热很小,无宏观效应；经过潜伏期后煤的燃点降低,表面的颜色变暗。潜伏期长短取决于煤的分子结构、物化性质、煤的破碎和堆积状态、散热和通风供氧条件等对潜伏期的长短也有一定影响,改善这些条件可以延长潜伏期。图2-1烟煤自燃过程温度与时间的关系自热阶段：温度开始升高起至其温度达到燃点的过程叫自热阶段。自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化生成热量逐渐积累、温度自动升高的过程。其特点是:氧化放热较大,煤温及其环境(风、水、煤壁)温度升高;并散发出煤油味和其他芳香气味;有水蒸气生成,火源附近

9、出现雾气,遇冷会在巷道壁面上凝结成水珠,即微观结构发生变化。燃烧阶段：煤温达到其自燃点后,若能得到充分的供氧(风),则发生燃烧,出现明火。这时会生成大量的高温烟雾,其中含有CO、C02以及碳氢类化合物。若煤温达到自燃点,但供风不足,则只有烟雾而无明火,此即为干馏或阴燃。煤炭干馏或阴燃与明火燃烧稍有不同,CO多于CO2,温度也较明火燃烧要低。熄灭：及时发现,采取有效的灭火措施,煤温降至燃点以下,燃烧熄灭。煤矿井下火灾中,90%以上属于煤炭自燃火灾。煤矿自然发火严重影响着煤矿的正常生产,危胁井下人员生命安全,烧毁煤炭资源。由于井下环境复杂,自燃发火点往往比较隐蔽,难以直接观察到着火现象,因此,在实

10、际工作中,矿井某一区域或采掘工作面出现下列情况之一时,便定为自然发火。2.2 煤炭自燃的原理人们从17世纪开始探索煤炭自燃机理。但是关于煤的自燃机理问题是当前世界各国没有解决的难题。各国的学者发表了各种学说以解释煤炭自然发火的原因,1862年,德国Gurmbman发表了第一篇关于煤炭自燃起因的文章。一百多年来,先后提出阐述煤炭自燃机理学说有多种,其中主要的有细菌作用学说、黄铁矿作用学说、酚基作用学说以及煤氧化合学说等。1951年苏联学者维谢洛夫斯基等人提出,煤的自燃是氧化过程自身加速发展的结果。这种氧化反应的特点是分子的基链反应。细菌作用学说主要认为煤炭自燃是细菌的作用。波特尔经研究认为,酵母

11、菌的发酵作用在煤的自燃过程中起着决定性的作用。哈尔丹等人认为,菌的作用不在于它本身,而在于它接触煤炭后将产生一些易于氧化的化合物,它们与氧接触放出大量的热使煤升温而自燃。细菌作用学说,在实践中也遇到了很多矛盾,使它很难为人们所信服。例如放在真空中温度100摄氏度以下的煤炭,经过2小时,所有的细菌都会死掉,它的自燃倾向性与加热前完全相同,因此,这一学说没有被人们所承认。2.3 近距离煤层自燃特点及其规律近距离煤层在回采过程中,由于上下煤层间距较小,煤层开采时受采动影响比较大。在下部煤层开采过程中,受矿压影响,下部煤层顶部岩体垮落产生大量裂隙,使得冒落带和裂隙带中的裂隙成为空气渗流的主要通道,上部

12、煤层供氧充分；而且在下部煤层开采过程中,顶部岩层垮落,保护煤柱被压酥破坏,产生大量裂隙,也会产生大量漏风通道,容易引起保护煤柱自燃；而对于综放开采来说,两道及两线浮煤较厚,也易引起自燃。2.3.1近距离煤层自燃发火的特点火灾一般发生在距煤体暴露面一定距离的深部。根据煤氧复合理论,煤自燃是由于煤氧复合放热的结果。煤自燃其实质是氧化放热与散热这对矛盾运动发展的过程,当煤氧化放热速率大于热量散发速率时煤温上升,放热速率小于散热速率时,煤温下降。在松散煤体的表面,由于漏风速度比较大,煤氧复合产生的热量被风流带走,因此煤温不会升高；在松散煤体深部,由于氧浓度很低,煤氧复合速度很慢,放出的少量热能通过煤体

13、及围岩传导散发掉,煤温也不会升高；只有在距离松散煤体表面一定深度的范围内,氧浓度比较高,热量发散又比较慢,煤温才会升高发生自燃。煤自燃过程中,随煤温升高,高温点总是逆着风流移动。一旦发现煤体暴露面处有自燃征兆,火源点周围煤岩体的温度升高,高温煤体范围己很大。发生自燃时煤温己经很高,由于煤的热容比较大,高温煤体的体积很大,所以煤体内部及围岩己储存了大量的热能,要降低如此大范围高温煤岩体的温度相对比较困难。煤体自燃是煤氧复合放出热量的结果,煤氧复合只要有氧存在就能进行,氧浓度大小仅影响煤氧复合速度的大小。煤体温度越高则煤的氧化活性越高,煤氧复合反应速度越快,放热强度越大。由于煤的导热性差,煤体通过

14、传导散热速度很慢,因此,通常较低的氧浓度与煤反应放出的热量就可维持高温煤体温度不下降。因此,煤层自燃时采用封闭灭火,灭火周期较长,火区启封后易于复燃。煤层自燃时,除了煤温很高外,还伴随大量有毒有害的有机气体。一方面煤氧化会产生一些有机气体,另一方面,在高温下,煤的大分子发生裂解,也会产生大量有害气体,高温也促使煤中的小分子挥发释放到空气中。在井下封闭空间里,煤自燃产生的有害气体容易聚集,引起井下工作人员中毒。2.3.2近距离煤层工作面煤层自燃规律煤自燃过程中,随煤温升高,高温点总是逆着风流移动。一旦发现煤体暴露面处有自燃征兆,火源点周围煤岩体的温度升高,高温煤体范围己很大。发生自燃时煤温己经很

15、高,由于煤的热容比较大,高温煤体的体积很大,所以煤体内部及围岩己储存了大量的热能,要降低如此大范围高温煤岩体的温度相对比较困难。综放工作面的开切眼断面大,受矿压影响易压裂破碎,存在漏风供氧；综采设备安装时,供风量小,风流温度高;安装时间较长,初期工作面推进速度一般相对较慢,切眼松散煤体氧化升温时间长,煤体温度较高。停采前20-30米左右,工作面不放顶煤,采空区遗煤较厚；近距离煤层采空区煤柱受采动影响,在矿压作用下容易压酥破碎形成漏风通道,其自身破碎后的碎煤堆积形成蓄热条件,而导致自燃危险性增加。因此,切眼、停采线附近,采空区煤柱易发生自燃火灾。综采放顶煤开采一般情况下相对以往的炮采、普采推进速

16、度较快,但通常比一般的综采面推进速度慢。从采空区浮煤分布情况看,由于端头支架处顶煤放出率低,留有大量遗煤。而顺槽顶板的煤己经过长时间氧化蓄热升温,进入采空区后,使采空区两道遗煤温度相对其它地点有可能较高,自然发火期大为缩短,从而在推进速度较慢时,就可能发生采空区遗煤自燃。综放面采空区留有大量浮煤,煤氧作用热量逐渐积聚,一旦自燃,采空区蓄存了大量热能,造成周围煤(岩)体的温度亦相当高,因此,综放面采空区高温范围大。煤体自燃产生的烟流顺着风流流动,高温火点逆着风流流动,而采空区为开放式漏风,其漏风分布及规律复杂,高温点速度发展迅速,很难准确判断出采空区高温区域。近距离煤层的上部煤层开采时要布置相应

17、的工作面,在相邻工作面间须留设足够的保护煤柱,而下部煤层在开采时工作面的布置就要相应的错开一定的位置,即上部煤层保护煤柱正好落在下部煤层工作面内。一般来说,先开采上部煤层,后开采下部煤层。待上部煤层采过后,开采下部煤层时,受采动影响,矿压显现明显,顶部岩层垮落,保护煤柱被压酥破坏,产生大量裂隙,漏风严重,容易引起保护煤柱自燃，直接影响下层煤的安全生产。综放面采空区漏风开放、立体空间大、工作面长度大、火源较为隐蔽；因此,一旦出现自然发火的隐患,很难准确的对采空区火区进行治理,况且由于火源的位置确定的模糊性,使火区治理盲目性增大,治理区域大。同时,一旦封闭工作面,很难对综采面采空区中部进行处理,常

18、发生启封后高温区域复燃。因此,高温点治理难度大,再加上工作面作业空间的影响,使防灭火技术难以快速有效的治理采空区浮煤自燃火灾。2.4 近距离煤层自燃发火影响因素分析煤炭的自燃是一个极其复杂的物理化学变化过程,科学研究和生产实践都已说明,它能否发生除了取决于煤炭本身内在的物理、化学、力学性质外,还与地质条件、开拓条件、通风条件等因素密切相关,是这些因素共同影响、相互作用的结果。根据煤氧复合学说,煤体自燃主要是由煤氧复合作用并放出热量而引起,煤的氧化放热是热量自发产生的根源,是引起煤炭自然发火的根本原因之一。煤氧复合反应放出热量,当放热速度大于围岩散热时,引起热量聚集使煤温升高,温度升高使煤氧复合

19、速度提高,最终导致煤体自燃。当煤与空气接触后,首先是发生煤体对氧的物理吸附产生物理吸附热,随后,煤氧又发生化学吸附和化学反应,并放出化学吸附热和化学反应热,所放出的热量积聚起来,当煤体所放出的热量大于煤体所处环境的散热量时,热量积蓄,煤体温度上升,导致煤体自燃。反之,热量被散发,煤体温度无法上升,导致煤体风化。煤体热量积聚的过程,也是自燃的发展的过程,而自燃正是煤体放热与散热这对矛盾运动发展过程的结果之一。在实际矿井中,近距离煤层的自燃除了内在影响因素包括煤化学成分和变质程度、煤岩成分、煤的水分、煤的硫含量以及煤的空隙率、碎度和脆度等之外,还受煤炭自燃外在因素的影响,主要有煤层的地质赋存条件、

20、煤层的开拓、开采和通风条件等。自燃火灾形成的过程是许多因素综合作用的结果,但煤层的自燃性能是起决定性的因素,其他因素起加剧和增加危险程度的作用。3.煤矿煤层自燃火灾关键技术研究煤矿煤层火灾防治的关键主要是煤层自燃早期的预测预报,以及煤层自燃火源位置的定位,火区范围的确定与自燃发展的程度(温度)。煤层工作面采过后,顶板岩层相继跨落,上部煤层煤柱被压酥跨落,近距离煤层采空区则是一个松散体,其空气渗流场、氧气浓度分布场、温度场和煤的物理化学过程相互影响,呈非稳态变化,从而使得近距离煤层采空区自然发火过程十分复杂。近距离煤层采空区可以认为是一个有机物和无机物混杂而成的煤岩体,受采动影响,该岩体破碎后,

21、外表面剧增,表面有机分子暴露出许多能在常温常压下与空气中的氧发生化学反应的活性结构,这些结构氧化放出热量,在一定蓄热环境下,热量积聚,煤温升高,从而使煤体进一步放热,最终导致自燃。因此,煤自燃过程是具有以下特点的力学作用过程:松散煤体中存在非稳态的压力差、气体浓度差和温度差,从而引起非稳态的气体渗流;气固间存在质量和热量的交换(氧气的消耗、介质中吸附和脱附气体、化学反应产物、含湿量的变化等);气固化学反应热源引起质和热交换加剧,使气体渗流增强;温度场、力场和流场都随空间和时间变化;自燃发生在非均质松散介质(煤体)之中。3.1煤矿煤层早期预测预报技术煤炭自燃的早期识别和预测预报,就是依据煤炭自燃

22、发展过程中所表现出来的各种征兆,在自燃火灾形成以前作出预测预报,使人们及时发现自燃隐患,及早采取措施,将自燃火灾消灭在萌芽状态,以免酿成火灾事故。因此,煤炭的自燃早期识别和预测预报是矿井防灭火工作中十分重要的内容。煤炭自燃的早期识别和预测预报的依据是井下自燃发展过程中各种化学和物理变化。煤炭自燃的早期识别和预测预报的方法有：人的直觉识别法、气体分析法和温度测定法。人的直觉识别法是通过人们的感觉来识别和预报煤炭自燃的方法。煤炭自热升温以后会使水分蒸发,火源点附近的巷道内会出现雾气,巷道壁出现水珠等现象,尤其是到了自热阶段的后期还会出现煤油味、焦油味等可以通过人的视觉和嗅觉等直接觉察到的自燃征兆,

23、通过这些征兆可以判定附近定有煤炭自燃的高温点。气体分析法是通过测定井下空气成分的变化,根据可能发生煤炭自燃区域内风流气体的变化规律来判定有关地点是否出现煤炭自热温度及自燃发展程度的一种预测预报方法。它还可以分为:人工取样分析法、束管取样分析法和传感监测发,其中,束管取样分析法适用性好,可靠。实践证明,该方法监测范围大、预报较为准确。温度测定法是指通过测定煤样或周围的温度来判断自燃的发展程度及位置,可以分为:直接点测温法和预埋探头测温法。由于煤岩体导热性能差,因此,测定范围有限,一般用作自燃预测预报的辅助手段。3.2煤炭自燃火源探测技术概述 煤炭自燃火源探测的根本目的是为了在火灾处理过

24、程中有的放矢地采取措施,从而达到事半功倍的效果。目前,国内外煤炭自燃火源探测方法主要有:温度(辐射能量)法,包括红外测定法和煤或围岩温度测定法;磁探法;电阻率法;气体测量法；无线电波法;地质雷达探测法;遥感法;计算机数值模拟法;同位素测氛法等。在判断煤炭自燃的燃烧程度和范围时,温度是最直接和准确的指标,受外部因素影响小,只要确定某处煤炭的温度及其分布,就能分析给定煤的自燃程度和范围。温度测定法既可以用于煤炭自燃预报,也可用于火源探测。红外测定法的实质是自然界的任何物体只要处于绝对零度之上,都会自行向外发射红外线。物质温度越高,辐射能量就越大,红外测温仪或红外热成像仪接受辐射量或辐射温度就越高,

25、利用红外仪器对温度的高分辨率来确定井下巷道煤炭自燃的燃烧程度及范围。利用测温传感器与相关仪表相结合测取煤或围岩温度的温度测定法。温度测定法根据测定位置不同分为地面温度测定。磁探法的实质是煤层上覆岩石中一般都含有大量的菱铁矿及黄铁矿结核,煤层自燃时上覆岩石受到高温烘烤,其中铁质成分发生物理化学变化,形成磁性矿物,并且烧变岩(因煤层自燃而变质的岩石)由高温冷却后保留有较强的热剩磁。火区这一特殊的磁性特征,使磁探法探测火区火源及其边界成为可能。3.3同位素测氡探测法基本原理从1900年德国化学家F.E多尔发现氡至今己有近百年历史。由于氡属于放射性惰性气体,因此以其特殊的地球化学性质被广泛应用于矿床勘

26、查、地质测绘、环境科学、寻找石油及地热资源、地震预报及火山喷发、地球动力现象研究等各个领域。在煤矿安全领域,可以用同位素测氡法在地表探测自燃火源位置及范围,研究煤矿井下氡分布与自然发火关系以及测氡技术确定煤炭地下气化矿井燃烧带、氧化带范围及移动速率等。其中铀系的衰变产物氡（Rn），属放射性惰性气体，它特殊的地球化学性质被广泛应用于评价地热资源、研究地震及火山喷发等地球动力现象。氡为放射性核素，衰变时放出能量，可作为信息被检测出来，它反映地球体内核素含量及其活动形式与衰变类型。研究表明，氡随着介质温度的升高，析出率增加，火区或高温点上部氡的离子交换速度加快，以及地下水的拖气效应，使得氡的放射性活

27、度增加而产生氡异常，以此做为探测火源的基本原理。温度对氡气分布的影响主要表现在：影响氡的母元素分布；影响自由氡的生成量；温度梯度影响氡的运移。温度对氡母元素分布的影响是由于铀的地球化学性质很活泼，易与氧化合，在温度较高的介质中含有足够的自由氧时，它可以离开母体岩石发生迁移。在高温的氧化环境中，容易形成铀向潜水面下的低温环境中迁移。而铀的这种运动是有利于形成自燃火区上覆岩层中氡气的重新分布。温度对氡生成量的影响主要表现在对射气系数的影响和对氡在水中溶解度的两方面影响。一方面，在低温阶段，射气系数随温度的升高而增大。含铀岩石的射气系数随着温度的升高而增大，而且温度越高，作用的时间越长，岩石所析出的

28、氡越多。另一方面，随着温度的升高，氡的溶解度降低，部分溶解的氡变为自由氡而进入岩石的孔隙与裂隙中，造成自由氡生成量的增大。温度对氡气运移的影响是由于温度梯度的作用，导致水和气体的弹性形变将在地球内部引起流动而导致形成对流单元。这对于地下深部含有高浓度的氡时，探测深度可超过100米的解释是合理的。另外温度升高的环境中,地下岩层中产生和释放许多气体，如氢气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气等，这些都是氡气运移时很重要的运载气体。原子核由质子(Z)和中子(N)组成。两种粒子统称为核子。原子核内质子数和中子数之和称为核子数(A)。凡质子数相等但核子数不等的核素统称为同位素。质子数Z>82的核素都是不稳

29、定的,属于放射性同位素。自然界中有些核素的原子核能自发地发生变化,从一个核素的原子核变成另一个核素的原子核,并伴随着放出射线,这种现象称为核衰变。常见的衰变类型有衰变、衰变和衰变。放射性核素在衰变时放出能量,其能量可作为信息被检测出来而反映地球体中核素含量及其活动形式与衰变类型,这就是核探测技术的基础。4.煤炭煤层火灾防治措施研究煤层自燃不仅烧失大量的煤炭资源,引起水资源的流失, 而且还引发人员伤亡事故。据1996年对621个国有重点矿的统计,共有363个矿井具有自燃发火危险, 占矿井总数的57.62%。煤矿区发火率也很高。仅以1996年为例, 国有重点煤矿全年发火次数568次, 其中内因火灾

30、548次, 百万吨发火率达1.1。截止1996年底, 国有重点煤矿残存火区255处, 冻结煤量4011万吨。煤炭火灾引起的人员死亡事故不断,以1998年为例,因煤炭火灾而死亡的有52人。因此,煤炭火灾的防治一直是煤炭系统的重要任务之一。煤炭火灾的防治一般采取了解火区范围建立火灾预测预报系统灭火三大步骤。从目前的情况来看,中国北方煤炭自燃火灾的区域性调查由中国煤炭地质总局航测遥感局和荷兰国际航空航天测绘与地球科学学院共同完成。利用遥感技术进行煤炭火区的调查不失为一种好的方法。煤炭火灾由多种因素引起,火灾的防治主要由采矿专业矿井安全方面的专家负责,就煤层自燃引发的火灾防治来说, 主要侧重于研究通风

31、、火灾样检测传感元件研制等方面的发火前预防措施, 建立控风、防灭火专家系统。在发火后,则侧重研究火区封闭技术、使用惰气防灭火技术和综合应用技术,研究防灭火新材料和新技术, 进行煤矿火灾的综合治理。就目前来说, 有些防灭火技术和措施还是行之有效的。然而,煤层自燃的原因很复杂,如前所述,就煤层本身而言,煤层自燃就与煤变质程度、煤岩组分、煤层裂隙发育程度、煤层遭水淹情况、煤的还原程度等有关; 在野外,在实验室等不同的场所得出的煤层自燃的临界值不同, 在很大程度上与煤层本身的特征有关。因此, 要提高火灾样检测传感元件的预测预报精确度,研究抑制起火的最佳通风, 就很有必要研究煤层的特征:不同煤层在不同温

32、度下的气体释放规律、煤层自燃临界值等。鉴此, 我们应把煤层自燃的区域调查, 煤矿火灾的预测预报和防治有机地结合起来, 将遥感技术、地球物理技术、煤岩学和有机地球化学、通风和火灾样检测传感元件研制等结合起来,才能达到有效地防治煤层自燃火灾的目标。4.1煤矿煤层自燃火灾综合治理技术流程利用测氡法对火区范围进行确定，将复合胶体防灭火技术与灌注胶体工艺应用于露头煤自燃综合治理中，将注水冷却、爆破剥离、黄土覆盖整平相辅助的较为完善的治理技术和工艺。露头煤自燃火灾综合治理技术流程见图 4.1。图4-1煤层自燃火灾综合治理技术流程图 4.2火区治理方法采用地面施工的方式封堵上部采空区漏风通道，同时消除主要的

33、火源点和高温区。火区探测：采用测氡法对火区及其影响区的位置和范围进行精确定位。火区隔离：采用地面打钻压注复合胶体的方法，在工作面与上部采空区火区之间建立起胶体隔离带，防止火区下部工作面回采时火源随采空区塌陷进入工作面后部采空区，同时避免火区内有害气体涌入工作面，并防止工作面回采期间发生“溃浆”事故，确保采煤工作面的安全。4.3钻孔布置钻孔布置是火区治理关键的一步，火区钻孔分为注浆钻孔和观测钻孔，注浆钻孔的分布就是复合胶体要灌注覆盖的范围，钻孔位置布置包括钻孔的平面位置和钻孔深度设计，所以要特别重视，要快速有效的消除火灾，钻孔必须要精心设计。根据实际情况，钻孔尽可能布置在火区高温区。一般情况下，

34、高温区就是火区的一个或几个火源点，是火区发展最快的部位，同时也是连接漏风通道最多的地方，无论注水降温还是注浆封堵覆盖，无疑是最佳位置。注浆钻孔深度:钻孔深度主要由地表至采空区的深度决定。从地面钻孔时，根据灌浆时浆液的压力分布情况和灌浆的需要，一般来说钻透采空区顶板后即可。钻孔时钻进煤柱应钻至底板，以确定所钻孔位置为煤柱而不是未开采完全的顶部煤层。如果采空区资料齐备，可根据地面标高、井底标高和顶板标高来确定每一个钻孔深度；在资料不齐全的情况下，则以实际钻探资料为准。4.4注水降温、注胶封堵覆盖水和不燃性灌浆材料（土、黄土等）是矿井最主要，也是效果最好、最廉价的灭火材料，在治理本火区的同时，不可对

35、下部采掘工作面造成其它安全隐患，如溃浆、突水等，必须采用能够提高水、土的利用率和效率的胶体防灭火技术，来治理火区。胶体防灭火材料集堵漏、降温、阻化、固结水等性能于一体，能够在指定位置停留，较好地解决了灌浆、注水的泄漏流失问题，成功扑灭了上百起煤层火灾，防灭火效果极佳，已成为煤层火灾封闭的主要技术手段之一。在钻孔布置施工完成后，利用 MYZ-30 地面移动式灌浆注胶防灭火系统，注胶工程根据技术要求采取多个钻孔与单个钻孔注胶相结合的方式，一般同时灌注 34 个钻孔，新注钻孔注胶前 2 小时内灌注清水冷却降温，然后向制胶机添加，灌注黄土复合胶体，同时打开煤矿用注胶机添加复合胶体添加剂。开始注胶前应对

36、所有管路进行巡察，保证注胶管路畅通、完好。单个钻孔注胶时，注胶完成需调换钻孔时，清水冲管 15 分钟，注胶工作暂停超过半小时要求清水冲管 15 分钟。对火区实施钻孔注水的目的是扑灭火区深部火灾，这是扑灭煤田火灾的重要环节。随着钻探工程的进程，对火区内的各类钻孔必须做到及时注水，以降低火区下部温度，直至达到满足注浆工程所要求的条件（即温度小于 100）。钻孔注水原则为：先深部后浅部、先外围后向火源中心合拢。实施钻孔注水时要求进行间歇注水，目的是提高注水的利用率，具体间歇时间依现场情况而定，一般为 46 个小时。地面移动式注浆系统注胶工艺按渣浆泵制滤机皮带机供水阀门的顺序进行开机，根据计划注浆的流

37、量和浓度调整水量；通水一段时间后施工人员把粉煤灰通过皮带机加入到制浆机料箱内，制浆机的定量部分会自动按要求的用灰量把灰均匀送入制浆搅拌部分；制浆部分把水与土、灰混合、搅拌制成均匀浓度浆液，过滤部分把浆液中的大颗粒固体滤出，合格浆液自流进入渣浆泵通过注胶管路送至井下，浆液到达注胶地点附近时，用“煤矿用注浆机”按比例要求加入复合胶体胶凝剂，通过管路注入火区或采空区。复合胶体胶凝剂会使浆液在一定时间内（1 分钟左右）发生胶凝反应，形成类似豆腐状无流动性固体，在压力做用下通过裂隙缓慢移动，失去部分水后完全失去流动性。井上、下配合的灌浆注胶系统的胶凝剂在井下灌浆地点附近加入。4.5火区治理效果监测分析火灾治理效果的监测分析是评价煤田火灾治理方法是否正确，治理工艺是否恰当，是否达到预期的治理效果。针对昌平煤矿火灾情况，其治理效果的监测分析是通过地面钻孔与井下气体检测两个方面进行。火区监测采用地表钻孔气体监测和井下火区气体监测互为应证的方法，治理完成后检测井下