煤自燃特性及防治技术PPT学习教案

1、会计学1煤自燃煤自燃(z rn)特性及防治技术特性及防治技术第一页，共121页。煤炭煤炭(mitn)(mitn)自燃自燃 第1页/共121页第二页，共121页。煤田煤田(mitin)(mitin)火灾火灾第2页/共121页第三页，共121页。 中国煤田火区与主要(zhyo)矿井火分布图 第3页/共121页第四页，共121页。山西某露天矿进入山西某露天矿进入(jnr)原小窑采空区时出现煤体自然发火。原小窑采空区时出现煤体自然发火。p 随着煤炭资源整合重组随着煤炭资源整合重组(zhn z)，小窑自燃灾害日益凸，小窑自燃灾害日益凸显。显。第4页/共121页第五页，共121页。p 随着煤炭资源整合重组

2、，小窑自燃随着煤炭资源整合重组，小窑自燃(z rn)灾害日益凸显。灾害日益凸显。第5页/共121页第六页，共121页。 我国煤层自燃的防治理论与技术围绕一个目标我国煤层自燃的防治理论与技术围绕一个目标和三个问题和三个问题(wnt)(wnt)开展。开展。一个目标：一个目标： 防止矿井自燃灾害的灾发生，对于已发生的火灾要防止防止矿井自燃灾害的灾发生，对于已发生的火灾要防止其扩大并最大限度地减小火灾中的人员伤亡和经济损失。其扩大并最大限度地减小火灾中的人员伤亡和经济损失。三个问题：三个问题： 一、自燃是如何发生的？其内容主要是研究自燃的一、自燃是如何发生的？其内容主要是研究自燃的产生原因、条件以及发

3、生过程和特点产生原因、条件以及发生过程和特点(tdi(tdin)n)，这是防灭，这是防灭火的理论基础；火的理论基础； 二、如何防止自燃发生？主要为包括预测预报技术和防二、如何防止自燃发生？主要为包括预测预报技术和防火技术；火技术； 三、自燃发生后如何进行及时而有效的控制和处理。三、自燃发生后如何进行及时而有效的控制和处理。第6页/共121页第七页，共121页。煤炭自燃产生的条件、过程及其影响因素煤炭自燃产生的条件、过程及其影响因素煤低温氧化特性及标志性气体煤低温氧化特性及标志性气体煤炭自燃倾向性的测试方法与分类标准煤炭自燃倾向性的测试方法与分类标准(biozhn)(biozhn)易自燃地点及采

4、空区自燃危险区域的划分易自燃地点及采空区自燃危险区域的划分煤炭自燃防治技术煤炭自燃防治技术第7页/共121页第八页，共121页。第8页/共121页第九页，共121页。自然自然(zrn)(zrn)发火的发火的条件条件煤具有自燃倾向性且呈破碎状态堆积煤具有自燃倾向性且呈破碎状态堆积 有连续有连续(linx)的通风供氧条件的通风供氧条件 热量易于积聚热量易于积聚 （有聚热环境）（有聚热环境）持续一定的时间持续一定的时间第9页/共121页第十页，共121页。燃燃烧烧着火点温度着火点温度(wnd)(wnd)准备期准备期风化风化(fnghu)(fnghu)时间时间温温度度T0冷却冷却0Tc70自热期自热期

5、第10页/共121页第十一页，共121页。第11页/共121页第十二页，共121页。第12页/共121页第十三页，共121页。 如果煤温根本不能上升到临界温度，或能上升到这一温如果煤温根本不能上升到临界温度，或能上升到这一温度但由于外界条件的变化更适于热量散发而不是聚集度但由于外界条件的变化更适于热量散发而不是聚集(jj)，煤炭自燃过程自行放慢而进入冷却阶段，继续发展，便进入煤炭自燃过程自行放慢而进入冷却阶段，继续发展，便进入风化状态，使煤自燃倾向性能力降低而不易再次发生自热。风化状态，使煤自燃倾向性能力降低而不易再次发生自热。 风化风化(fnghu)冷冷却却 煤温达到着火温度（无烟煤煤温达到

6、着火温度（无烟煤400、烟煤、烟煤320-380 、褐煤、褐煤300）开始燃烧。）开始燃烧。第13页/共121页第十四页，共121页。内在内在(nizi)因素：因素：第14页/共121页第十五页，共121页。外在因素(yn s)： 煤炭自燃倾向性取决于煤在常温下的氧化能力，是煤层煤炭自燃倾向性取决于煤在常温下的氧化能力，是煤层(micng)发生自燃的基本条件。然而在生产中，一个煤层发生自燃的基本条件。然而在生产中，一个煤层(micng)或矿井的自然发火危险程度并不完全取决于煤的自燃倾或矿井的自然发火危险程度并不完全取决于煤的自燃倾向性，还受外界条件的影响。向性，还受外界条件的影响。 p煤层地质

7、赋存条件煤层地质赋存条件 p采掘技术因素采掘技术因素 p通风管理因素通风管理因素 第15页/共121页第十六页，共121页。煤层地质煤层地质(dzh)赋存赋存条件条件煤层煤层(micng)厚度厚度 煤层煤层(micng)倾角倾角 开采厚煤层的矿井，内因火灾发生次数比开采中厚和薄煤层的矿井多；开采厚煤层的矿井，内因火灾发生次数比开采中厚和薄煤层的矿井多；据统计，有据统计，有80的自燃火灾发生在厚煤层开采中的自燃火灾发生在厚煤层开采中 ；国内的鹤岗矿区统计，有国内的鹤岗矿区统计，有86.6的自燃火灾发生在的自燃火灾发生在5m以上的厚煤层中；以上的厚煤层中；原苏联库兹涅茨矿区原苏联库兹涅茨矿区2/3

8、以上的煤炭自燃也发生在以上的煤炭自燃也发生在5m以上的厚煤层中。以上的厚煤层中。开采急倾斜煤层比开采缓倾斜煤层易自燃开采急倾斜煤层比开采缓倾斜煤层易自燃 ；原苏联库兹涅茨矿区原苏联库兹涅茨矿区75的自燃火灾发生在的自燃火灾发生在4590倾角的煤层中；倾角的煤层中；德国鲁尔矿区德国鲁尔矿区81.5的自燃火灾发生在的自燃火灾发生在3690倾角的煤层内；倾角的煤层内；原因：原因：倾角大的煤层受到地质作用影响比较大，使得煤层在开采过程中比较容易破碎倾角大的煤层受到地质作用影响比较大，使得煤层在开采过程中比较容易破碎倾角大的煤层频繁发生自燃还因为急倾斜煤层顶板管理困难，采空区不易充倾角大的煤层频繁发生自

9、燃还因为急倾斜煤层顶板管理困难，采空区不易充严，煤柱也不易保留，漏风大严，煤柱也不易保留，漏风大 第16页/共121页第十七页，共121页。地质地质(dzh)构造构造 煤层煤层(micng)顶板顶板 煤层煤层(micng)地质赋地质赋存条件存条件 自然发火次数要多于煤层层位规则的地方如断层、褶曲发育地带、岩浆入侵如断层、褶曲发育地带、岩浆入侵地带地带 。这是由于煤层受张拉、挤压的作用，裂隙大量发生，破碎的煤体吸氧条件好，氧化性能高。据四川芙蓉煤矿统计，巷道自燃火灾52发生在断层附近。 煤层顶板坚硬，煤柱易受压碎裂。坚硬顶板的采区空冒落充填不密实，冒落后有时还会形成与相邻正在回采的采区，甚至地面

10、连通的裂隙，漏风无法杜绝，为自燃提供了条件 若顶板易于垮落，垮落后能够严密地充填采空区并很快被压实，火灾就不易形成，即使发生，规模也不会很大。 第17页/共121页第十八页，共121页。 采掘技术因素对自燃危险性的影响主要表现在采区回采速度、回采期、采空区丢煤量及其集中程度、顶板管理方法、煤柱及其破坏程度、采空区封闭难易(nn y)等方面。 采煤方法影响(yngxing)煤炭自燃主要表现在煤炭回采率的高低和回采时间的长短等，丢煤愈多、浮煤越集中的采煤方法越易引起自燃。 开采一个采区时采用前进式开采程序比用后退式开采的漏风大，而且也使采空区内的遗煤受氧作用时间长，都为自燃创造了条件 规程规定：开

11、采容易自燃和自燃的煤层（薄煤层除外）时，采煤工作面必须采用后退式开采 一个采区或工作面回采时应力求采用进度快的生产工艺，使采空区遗煤经受氧的作用时间大大小于煤层的自然发火期，就不易自燃发生。第18页/共121页第十九页，共121页。通风因素的影响主要表现在采空区、煤柱和煤壁裂隙漏风。 矿井通风网络结构简单，风网阻力适中，主要通风机与风网匹配，通风设施布置合理(hl)，通风压力分布适宜的通风系统可以大大减少或消除自然发火的供氧因素，主要表现在： 从全矿井网络结构来看，开采自燃煤层的大中型矿井，以中央分列式和两翼对角式通风为好；（减少通风路线，减低通风阻力）采区应是分区通风，即采区之间是一个并联子

12、系统，而不应是串联，应尽量避免角联； （防治有毒有害气体扩散至其他作业点、降低压力）主要通风机与风网匹配主要通风机压力最好保持在2kPa以下；后退式“U”形、“W” 形通风方式有利于防治自燃，“Y” 形和“Z” 形通风方式易促进采空区自燃；通风设施布置合理(hl)是指风门、风墙、调节风门等通风构筑物及设施位置恰当、布局合理(hl)。一般来说，以减小采空区或火区进回风密闭墙两侧通风压差为准。第19页/共121页第二十页，共121页。第20页/共121页第二十一页，共121页。消耗(xioho)氧气温度(wnd)升高、产生热量生成气态产物煤的官能团变化自由基变化宏观特性宏观特性微观特性微观特性产生

13、第21页/共121页第二十二页，共121页。不同煤氧化过程不同煤氧化过程(guchng)中生成中生成CO浓度随氧浓度随氧化温度的变化化温度的变化煤氧化过程中，煤氧化过程中，CO、CO2气体析出随氧化温度升高，由缓慢增加变至急剧增加。气体析出随氧化温度升高，由缓慢增加变至急剧增加。褐煤的褐煤的CO气体浓度气体浓度气煤气煤气肥煤气肥煤无烟煤；最早出现无烟煤；最早出现CO气体的温度，褐煤最低，气煤次之，气肥煤再次之，无烟煤最高。气体的温度，褐煤最低，气煤次之，气肥煤再次之，无烟煤最高。CO浓度开始急剧上升浓度开始急剧上升(shngshng)的拐点温度为：褐煤：的拐点温度为：褐煤：8090；气煤和气肥

14、煤：；气煤和气肥煤：120140；无烟煤：；无烟煤：160170。在这些温度段以后，氧化激烈，。在这些温度段以后，氧化激烈，CO浓度增加极快，向深度氧化发展。浓度增加极快，向深度氧化发展。 C2H4的析出随温度的升高，由缓慢增加至急剧增加的变化。褐煤的的析出随温度的升高，由缓慢增加至急剧增加的变化。褐煤的C2H4气体浓度气体浓度气煤气煤气肥煤气肥煤;出现出现C2H4气体的温度随煤的变质增高而增加，无烟煤未产生气体的温度随煤的变质增高而增加，无烟煤未产生C2H4气体。气体。不同煤氧化过程中生成不同煤氧化过程中生成C2H4浓度随氧化温度变化浓度随氧化温度变化第22页/共121页第二十三页，共121

15、页。不同煤氧化过程中生成不同煤氧化过程中生成(shn chn)C2H6浓度随氧化温度变化浓度随氧化温度变化 气煤和气肥煤原煤气煤和气肥煤原煤(yunmi)样含有样含有C2H6气体，而且随氧气体，而且随氧化温度升高，析出化温度升高，析出C2H6气体气体浓度增加。浓度增加。 气肥煤原煤样含有气肥煤原煤样含有C3H8气气体，随氧化温度增加，析出体，随氧化温度增加，析出C3H8气体浓度也增加。气体浓度也增加。不同煤氧化过程中生成不同煤氧化过程中生成C3H8浓度随氧化温度浓度随氧化温度变化变化第23页/共121页第二十四页，共121页。对于特定的某一种煤（或者某一煤样）来说，不同气体产物的出现温度对于特

16、定的某一种煤（或者某一煤样）来说，不同气体产物的出现温度及生成量不同。及生成量不同。CO的出现温度通常低于烯烃，烯烃的出现温度低于炔烃，的出现温度通常低于烯烃，烯烃的出现温度低于炔烃，炔烃出现的温度最高。普遍认为，出现炔烃出现的温度最高。普遍认为，出现CO之前是蓄热阶段；在之前是蓄热阶段；在CO出现温出现温度与度与C2H4出现温度之间的是氧化自热阶段，出现温度之间的是氧化自热阶段，C2H4出现温度到出现温度到C2H2出现出现温度之间是深度氧化。温度之间是深度氧化。对于不同种类的煤，或者说自燃倾向性不同的煤，同一种气体产物的出对于不同种类的煤，或者说自燃倾向性不同的煤，同一种气体产物的出现温度及

17、生成量不一样。基本规律是：越易自燃的煤，如低变质现温度及生成量不一样。基本规律是：越易自燃的煤，如低变质(bin zh)程度的褐煤，出现同一种气体产物的温度越低，在同样温度下气体产物的程度的褐煤，出现同一种气体产物的温度越低，在同样温度下气体产物的生成量越大；越不易自燃的煤，如变质生成量越大；越不易自燃的煤，如变质(bin zh)程度高的无烟煤，出现同程度高的无烟煤，出现同一种气体产物的温度越高，且在同样温度下生成量也越小。一种气体产物的温度越高，且在同样温度下生成量也越小。第24页/共121页第二十五页，共121页。气体生成量在低温阶段是随温度上升而增大的，生成速率与气体生成量在低温阶段是随

18、温度上升而增大的，生成速率与温度之间存在密切的关系，通常可认为服从指数关系。温度之间存在密切的关系，通常可认为服从指数关系。实验发现实验发现CO是煤自然发火过程中碳氧化反应较敏感的产物，是煤自然发火过程中碳氧化反应较敏感的产物，且该气体在煤吸附气体中不存在，受煤样物理吸附特性的影且该气体在煤吸附气体中不存在，受煤样物理吸附特性的影响较小，能够响较小，能够(nnggu)较好反映煤低温氧化化学特性；而且，较好反映煤低温氧化化学特性；而且，CO作为常规气体，可以通过气相色谱分析仪实现精确测试。作为常规气体，可以通过气相色谱分析仪实现精确测试。第25页/共121页第二十六页，共121页。通过煤自燃气体

19、产物随温度的变化规律研究得出各种气体产生的最低温通过煤自燃气体产物随温度的变化规律研究得出各种气体产生的最低温度，以及气体生成量和煤温之间的关系。在实际生产度，以及气体生成量和煤温之间的关系。在实际生产(shngchn)过程过程中可以通过气体成分和浓度的测试反推出隐蔽区域煤自燃的发展程度，中可以通过气体成分和浓度的测试反推出隐蔽区域煤自燃的发展程度，对煤炭自燃火灾进行预测预报。对煤炭自燃火灾进行预测预报。在煤自燃的预测预报在煤自燃的预测预报(ybo)中一般以中一般以CO和烷和烷烯烃做为煤自燃的预测预报烯烃做为煤自燃的预测预报(ybo)指标指标CO 煤开始氧化C2H4 进入加速氧化阶段120左右

20、C2H2 200以上或出现明火第26页/共121页第二十七页，共121页。煤的自燃倾向性：煤自燃难易程度，是煤低温氧化性煤的自燃倾向性：煤自燃难易程度，是煤低温氧化性的体现，是煤的内在的体现，是煤的内在(nizi)属性之一属性之一 煤自燃倾向性仅仅是煤的氧化性和热释放强度的问题，与影响煤煤自燃倾向性仅仅是煤的氧化性和热释放强度的问题，与影响煤自燃的条件自燃的条件(tiojin)如聚热环境、风速、空气湿度和空气中的氧如聚热环境、风速、空气湿度和空气中的氧气浓度等都没有关系。气浓度等都没有关系。同样的煤在某一环境下可能比较容易自燃，而在另外一个环境下可能就自燃同样的煤在某一环境下可能比较容易自燃，

21、而在另外一个环境下可能就自燃不起来，这不能说明该煤的自燃倾向性变化了。不起来，这不能说明该煤的自燃倾向性变化了。煤自燃倾向性是煤矿防灭火等级划分的唯一依据，并且所有防煤自燃倾向性是煤矿防灭火等级划分的唯一依据，并且所有防灭火技术与措施都建立在煤自燃倾向性鉴定基础之上灭火技术与措施都建立在煤自燃倾向性鉴定基础之上 。第27页/共121页第二十八页，共121页。我国现行规程第二百二十八条规定：煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃和不易(b y)自燃三类。新建矿井的所有煤层的自燃倾向性由地质勘探部门提供煤样和资料，送国家授权单位作出鉴定，鉴定结果报省级煤矿安全监察机构及省（自治区，直辖市）负责煤炭行业管

22、理的部门备案。生产矿井延深新水平时，必须对所有煤层的自燃倾向性进行鉴定。开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤层自然发火的措施。由此可见，科学地鉴定煤自燃倾向性对于矿井防灭火和煤炭储运过程是至关重要的。第28页/共121页第二十九页，共121页。 绝热氧化法绝热氧化法 交叉点温度交叉点温度(wnd)(wnd)法法 高温活化能法高温活化能法 热分析方法（热分析方法（ TGA TGA、DTADTA、DSC DSC ） 色谱吸氧法色谱吸氧法 氧化动力学测定方法氧化动力学测定方法p 国内外现有国内外现有(xin yu)的煤自燃倾向性测试的煤自燃倾向性测试方法方法 第29页/共121页第三十页

23、，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)倾向性鉴定方法倾向性鉴定方法 色谱色谱(s p)吸吸氧法氧法原理原理(yunl)： 煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法是基于煤在低温常压下对氧的吸煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法是基于煤在低温常压下对氧的吸附属于单分子物理吸附状态为理论基础，按朗格谬尔单分子吸附方附属于单分子物理吸附状态为理论基础，按朗格谬尔单分子吸附方程，用双气路流动色谱法测定煤吸附流态氧的特性，以煤在限定条程，用双气路流动色谱法测定煤吸附流态氧的特性，以煤在限定条件下，测定其吸氧量，以吸氧量值作为煤自燃倾向性分类主指标。件下，测定其吸氧量，以吸氧量值作为煤自燃倾向性分类主指标。依据标准：依据标准：

24、中华人民共和国国家标准GB/T 20104-2006煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法（2006-08-01实施）。 第30页/共121页第三十一页，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)倾向性鉴定方法倾向性鉴定方法 色谱色谱(s p)吸氧法吸氧法分类标准：分类标准： 以以1g干煤在常温（干煤在常温（30）、常压（）、常压（101325Pa）下的物理）下的物理(wl)吸附氧量作为分类的吸附氧量作为分类的主要指标，并综合考虑干燥无灰基挥发分及含硫量来对煤的自燃倾向性进行分类。主要指标，并综合考虑干燥无灰基挥发分及含硫量来对煤的自燃倾向性进行分类。 煤样干燥无灰基挥发分煤样干燥无灰基挥发分Vdaf18%18

25、%时自燃倾向性分类时自燃倾向性分类自燃倾向性等级自燃倾向性等级自燃倾向性自燃倾向性煤的吸氧量煤的吸氧量Vd/cm3g-1干煤干煤容易自燃容易自燃Vd0.700.70自燃自燃0.400.40Vd0.700.70不易自燃不易自燃Vd0.400.40煤样干燥无灰基挥发分煤样干燥无灰基挥发分Vdaf18%18%时自燃倾向性分类时自燃倾向性分类自燃倾向性等级自燃倾向性等级自燃倾向性自燃倾向性煤的吸氧量煤的吸氧量Vd/cm3g-1干煤干煤全全 硫硫容易自燃容易自燃Vd1.001.002.002.00自燃自燃Vd1.001.00不易自燃不易自燃2.002.00Vdaf=Vad100/（100-Mad-Aad

26、），Vad、Mad、Aad分别为挥发分、水分、灰分。第31页/共121页第三十二页，共121页。四通阀门混合器氧气O2载气N2稳压阀气阻样品管五通六通阀门热导池热导池拉阀平衡气出口放空载气出口温度控制箱煤自燃煤自燃(z rn)倾向性鉴定方法倾向性鉴定方法 色谱色谱(s p)吸吸氧法氧法测试测试(csh)仪器：仪器：ZRJ-1型流态色谱吸氧仪器型流态色谱吸氧仪器流态色谱吸氧原理图流态色谱吸氧原理图第32页/共121页第三十三页，共121页。煤自燃煤自燃(z rn)倾向性鉴定方法倾向性鉴定方法 色谱色谱(s p)吸氧法吸氧法测试步骤：测试步骤：（1）煤样称取和安装）煤样称取和安装 称取分析煤样称取

27、分析煤样1.00.0001克，四支样品管可分克，四支样品管可分别装入四个分析样品，在样品管的两端塞以少量玻璃棉，再将样品管连别装入四个分析样品，在样品管的两端塞以少量玻璃棉，再将样品管连接在相应气路上；接在相应气路上；（2）煤样水分处理）煤样水分处理 样品管连接好以后，将六通阀置于【脱附】位置，样品管连接好以后，将六通阀置于【脱附】位置，四路开关阀全部打开，通氮气，用稳压阀将流量调至四路开关阀全部打开，通氮气，用稳压阀将流量调至300.5 cm3 /min，稳定十分钟后，启动稳定十分钟后，启动(qdng)仪器，将【柱箱】温度设定为仪器，将【柱箱】温度设定为105，保，保持恒温持恒温1.52.0

28、h；（3）煤样吸氧量测定）煤样吸氧量测定 将【柱箱】温度修改设定为将【柱箱】温度修改设定为30 ，稳定后将处，稳定后将处理好的煤样，在测定条件下吸附氧气理好的煤样，在测定条件下吸附氧气20 min后，测定脱附峰面积后，测定脱附峰面积S ；将测试完的煤样倒出，相同的测试条件下，同一样品管空管吸附氧气将测试完的煤样倒出，相同的测试条件下，同一样品管空管吸附氧气5 min,测定脱附峰面积测定脱附峰面积S；（4）吸氧量的计算）吸氧量的计算第33页/共121页第三十四页，共121页。 针对煤自燃过程针对煤自燃过程(guchng)(guchng)的分段特性和现有测定的分段特性和现有测定方法与装置的不足，中

29、国矿业大学提出了以热自燃理论方法与装置的不足，中国矿业大学提出了以热自燃理论和自由基链式反应理论为基础、以煤自燃动态发展全过和自由基链式反应理论为基础、以煤自燃动态发展全过程程(guchng)(guchng)为研究对象、以煤氧作用微观与宏观特性为研究对象、以煤氧作用微观与宏观特性相结合的煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法。（行业相结合的煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法。（行业标准：煤自燃倾向性氧化动力学测定方法标准：煤自燃倾向性氧化动力学测定方法 AQ/T1068- AQ/T1068-20082008，20092009年年1 1月月1 1日实施）日实施）第34页/共121页第三十五页，共121页

30、。p 本方法采用低温氧化本方法采用低温氧化(ynghu)(ynghu)阶段的耗氧指阶段的耗氧指标和加速升温阶段的交叉标和加速升温阶段的交叉点温度指标来反映煤不同点温度指标来反映煤不同阶段的自燃特性，最后对阶段的自燃特性，最后对这两个指标进行综合，从这两个指标进行综合，从而确定出煤自燃倾向性的而确定出煤自燃倾向性的判定指数。判定指数。 特征参数的选取特征参数的选取(xunq)低温缓慢自热阶段加速氧化阶段煤自燃倾向性判定指标C02 （70） Tcpt 第35页/共121页第三十六页，共121页。p测试测试(csh)(csh)装置装置第36页/共121页第三十七页，共121页。p 测试步骤测试步骤装

31、样（50g）炉温(l wn)40恒温运行（流量96ml/min）煤温70时测试出口(ch ku)氧气浓度调整流量为96ml/min测试交叉点温度结束测试 数据处理煤温35 调整流量为8ml/min煤温40 ，0.8 /min程序升温70 交叉点测试温升曲线图测试温升曲线图第37页/共121页第三十八页，共121页。低温缓慢低温缓慢(hunmn)自热阶段自热阶段加速加速(ji s)氧化阶段氧化阶段C02 （70） Tcpt minmin()/iiIxxx140100140cptcptTTI2215.510015.5oOcCIp综合判定综合判定(pndng)(pndng)指数计算指数计算方法方法2

32、2300OOcptcptCCTTIII 第38页/共121页第三十九页，共121页。p 倾向性分类倾向性分类(fn li)(fn li)指标指标自燃倾向性分类判定指数I容易自燃I600自燃 600 I1200不易自燃I1200第39页/共121页第四十页，共121页。序号序号标准编号标准编号标准名称标准名称代替标准号代替标准号实施日期实施日期2020AQ/T10682008AQ/T10682008 煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法2009-01-01备注备注由于篇幅原因，第1-19、21-81项标准此处略去不写。国家安全生产国家安全生产(shngchn)监督管理

33、总局批准监督管理总局批准81项安全生产项安全生产(shngchn)行业标准目录行业标准目录第40页/共121页第四十一页，共121页。通常所说的煤的自然发火期指的就是最短自然发火期通常所说的煤的自然发火期指的就是最短自然发火期。 合理的开拓开采方法、良好的通风系统等外因条件可以在很大的程度上控制自燃火灾的发生，或者说，可以延长自然发火期。 第41页/共121页第四十二页，共121页。确定自然发火期的方法(fngf)：统计比较法类比法实验室测定法综合法 第42页/共121页第四十三页，共121页。适用于生产矿井。在矿井生产建设期间，通过对煤层的自燃情况作认真适用于生产矿井。在矿井生产建设期间，通

34、过对煤层的自燃情况作认真的统计的统计(tngj)和记录，将同一煤层发生的各项自燃火灾逐一比较，以和记录，将同一煤层发生的各项自燃火灾逐一比较，以其发火时间最短者作为该煤层的自然发火期，一般以月为单位。其发火时间最短者作为该煤层的自然发火期，一般以月为单位。统计统计(tngj)比较比较法法巷道中煤层自然发火期以自然发火地点揭露煤之日起至发生自然发火时为止的时巷道中煤层自然发火期以自然发火地点揭露煤之日起至发生自然发火时为止的时间计算；间计算；回采工作面煤层自然发火期一般以工作面开切眼之日起至发生自然发回采工作面煤层自然发火期一般以工作面开切眼之日起至发生自然发火时为止的时间计算。火时为止的时间计

35、算。 判断是否发生自然发火的情况：判断是否发生自然发火的情况：煤炭自燃引起明火；煤炭自燃引起明火；煤炭自燃产生烟雾；煤炭自燃产生烟雾；煤炭自燃产生煤油味；煤炭自燃产生煤油味；采空区测得一氧化碳浓度超过矿井实际统计的临界指标。采空区测得一氧化碳浓度超过矿井实际统计的临界指标。第43页/共121页第四十四页，共121页。统计统计(tngj)比较比较法法第44页/共121页第四十五页，共121页。类比类比(lib)法法 第45页/共121页第四十六页，共121页。实验室测定法实验室测定法 实验室测定出的发火实验室测定出的发火(f hu)期可称为煤的最短理论发火期可称为煤的最短理论发火(f hu)期，

36、是在最期，是在最易自燃的条件（绝热）下获得的易自燃的条件（绝热）下获得的 。 实验室的测定数据不可能包含影响矿井煤层自燃的外因条件实验室的测定数据不可能包含影响矿井煤层自燃的外因条件(tiojin)（如地质构造、推进速度等），它所能反映的，仅仅是实（如地质构造、推进速度等），它所能反映的，仅仅是实验条件验条件(tiojin)下（如气体流速、煤起始温度、散热条件下（如气体流速、煤起始温度、散热条件(tiojin)等）煤的升温时间，并不能代表矿井中煤的实际自然发火期。等）煤的升温时间，并不能代表矿井中煤的实际自然发火期。理论发火期远比现场的实际发火期时间短，。对测定出的理论发火理论发火期远比现场的

37、实际发火期时间短，。对测定出的理论发火期，再考虑现场的实际外因条件，可以建立理论发火期与实际发火期，再考虑现场的实际外因条件，可以建立理论发火期与实际发火期相互间的联系，从而推算出现场的实际发火期。期相互间的联系，从而推算出现场的实际发火期。第46页/共121页第四十七页，共121页。综合法综合法上述三种方法都有明显的不足：上述三种方法都有明显的不足：统计法、类比法的精度统计法、类比法的精度(jn d)都较低，难以较准确地反映煤都较低，难以较准确地反映煤层的易自然发火程度；层的易自然发火程度；实验室测定法只能代表在实验室试验条件下的煤自然发火期，实验室测定法只能代表在实验室试验条件下的煤自然发

38、火期，与实际矿井的自然发火期仍有很大的区别。与实际矿井的自然发火期仍有很大的区别。 综合法就是为弥补这些方法的不足而提出来的一种方法。该方法认为，煤的综合法就是为弥补这些方法的不足而提出来的一种方法。该方法认为，煤的自然发火期是煤内、外因条件共同作用自然发火期是煤内、外因条件共同作用(zuyng)的结果，要获得它，既要的结果，要获得它，既要考虑煤的内因影响也要考虑煤的外因条件。考虑煤的内因影响也要考虑煤的外因条件。 第47页/共121页第四十八页，共121页。综合法综合法第48页/共121页第四十九页，共121页。四、易发火地点四、易发火地点(ddin)(ddin)及采及采空区自燃危险区域的划

39、分空区自燃危险区域的划分第49页/共121页第五十页，共121页。1 1、易发火、易发火(f hu)(f hu)地点地点p采空区采空区p停采线和开切眼停采线和开切眼p进、回风巷进、回风巷p构造构造(guzo)(guzo)带带p通风设施通风设施(shsh)(shsh)附附近近第50页/共121页第五十一页，共121页。采空区自燃采空区自燃(z rn)三带分布图三带分布图 不自然不自然(zrn)带带（5-25m） 自燃自燃(z rn)带（带（25-60m） 窒息带窒息带 2 2、采空区自燃危险区域的划分、采空区自燃危险区域的划分 采空区是煤矿井下较易发生煤炭自燃的区域之一，据统计，国有重点煤矿采空

40、采空区是煤矿井下较易发生煤炭自燃的区域之一，据统计，国有重点煤矿采空区内发生的煤炭自燃占煤自然发火总数的区内发生的煤炭自燃占煤自然发火总数的60%第51页/共121页第五十二页，共121页。氧气浓度 采空区漏风流速 不自然带 O215% 流速0.24m/min 自燃带 5% O215% 0.1 m/min流速0.24 m/min 窒息带 O25% 流速0.1 m/min 第52页/共121页第五十三页，共121页。三带测试局部三带测试局部(jb)布点布点法法工作面采空区自燃危险工作面采空区自燃危险(wixin)(wixin)区域的划分区域的划分第53页/共121页第五十四页，共121页。三带测

41、试全面三带测试全面(qunmin)布点法布点法工作面采空区自燃工作面采空区自燃(z rn)(z rn)危险区域的划分危险区域的划分第54页/共121页第五十五页，共121页。采空区抽气(chu q)的真空泵60m60m3#2#1#4#测点布置(bzh)采空区煤自燃的“三带”的观测某工作面自燃危险区域测试分析某工作面自燃危险区域测试分析 保护套管示意图第55页/共121页第五十六页，共121页。采空区内氧浓度随工作面推进距离的变化(binhu)曲线 050100150200250300036912151821氧气浓度(%)距工作面距离(m) 1# 2# 3# 4#采空区煤自燃(z rn)的“三带

42、”的观测某工作面自燃某工作面自燃(z rn)危险区域测试分析危险区域测试分析 第56页/共121页第五十七页，共121页。采空区煤自燃(z rn)的“三带”的观测结论：采空区中部氧气浓度下降较快，70m后降至5%左右；回风侧氧气浓度很快降至18%以下，但此后(c hu)下降趋势缓慢，240m左右才降至5% 进风侧氧气浓度下降缓慢，回采60m时才有所下降，103m时才降至18%左右。某工作面自燃危险区域测试某工作面自燃危险区域测试(csh)分分析析 第57页/共121页第五十八页，共121页。采空区煤自燃(z rn)的“三带”的观测结论进风侧一氧化碳浓度较低，回风侧一氧化碳浓度较高；一氧化碳浓度

43、先是随距工作面的距离增加而增大，后随距离的增加而降低；采空区中一氧化碳浓度最高时，对应的氧气(yngq)浓度一般处于18%左右。某工作面自燃危险某工作面自燃危险(wixin)区域测试区域测试分析分析 第58页/共121页第五十九页，共121页。 p采空区氧气浓度分布(fnb)云图结论(jiln)：与实测数据的拟合图，具有较好的吻合性；工作面采空区自燃危险区域的划分工作面采空区自燃危险区域的划分第59页/共121页第六十页，共121页。 p采空区“自燃(z rn)带”的分布范围采空区“自燃带”（氧气浓度(nngd)大于5%，小于18%）分布云图工作面采空区自燃危险区域的划分工作面采空区自燃危险区

44、域的划分第60页/共121页第六十一页，共121页。 配风量为1350、1450 m3/h时的自燃(z rn)带分布云图 配风量为1520、1600 m3/h时的自燃带分布(fnb)云图 工作面采空区自燃危险区域的划分工作面采空区自燃危险区域的划分进、回风巷自燃带后端边界都受风量变化影响较大，随着风量的增大，自燃带的宽带增加。而采空区中部，无论是自燃带的宽度，还是自燃带的前、后端线,它们受配风量变化的影响较小，但整体趋势却是变大的。第61页/共121页第六十二页，共121页。采空区自燃危险区域采空区自燃危险区域(qy)(qy)的划分的划分min3953.95/100Vmd第62页/共121页第

45、六十三页，共121页。五、煤炭五、煤炭(mitn)(mitn)自燃防治技术自燃防治技术矿井火灾矿井火灾(huzi)防治工作中的指导方针防治工作中的指导方针:“预防为主、综合治理预防为主、综合治理”第63页/共121页第六十四页，共121页。煤炭自燃煤炭自燃(z rn)(z rn)防治技术防治技术原理(yunl)：浆、凝胶、三相泡沫同时具备隔氧、降温的功能第64页/共121页第六十五页，共121页。煤炭自燃防治煤炭自燃防治(fngzh)(fngzh)技术技术第65页/共121页第六十六页，共121页。煤煤层层自自燃燃防防治治煤层自燃基础煤层自燃基础参数参数(cnsh)的测试的测试 自燃危险自燃危

46、险 区域区域(qy)的判别的判别 煤自燃煤自燃(z rn) 倾向性倾向性 煤层指标煤层指标 气体气体 煤层自燃煤层自燃 难易程度难易程度 煤层自燃早期预测预报煤层自燃早期预测预报 自燃发展程度判别自燃发展程度判别 现场实测现场实测 计算机模拟计算机模拟 确定自燃危险区域确定自燃危险区域 防灭火方案的防灭火方案的 制定与实施制定与实施 防灭火技术的选择防灭火技术的选择 p 防治方案的制防治方案的制定定 指导指导第66页/共121页第六十七页，共121页。 防治煤炭防治煤炭(mitn)(mitn)自燃的开采技术自燃的开采技术措施措施 合理的开拓系统、巷道支护方式和开采合理的开拓系统、巷道支护方式和

47、开采(kici)方法对于防止煤自然方法对于防止煤自然发火起决定性作用。发火起决定性作用。 通过优化矿井开拓系统、改革巷道支护方式、采用合理的开采通过优化矿井开拓系统、改革巷道支护方式、采用合理的开采(kici)方法和先进的开采方法和先进的开采(kici)装备，能够实现矿井漏风小、巷道高冒装备，能够实现矿井漏风小、巷道高冒少、丢煤少和快速开采少、丢煤少和快速开采(kici)，改变煤层易自然发火的被动局面。，改变煤层易自然发火的被动局面。 对开采对开采(kici)易自然发火煤层，从防止自然发火的角度出发，对开易自然发火煤层，从防止自然发火的角度出发，对开拓、开采拓、开采(kici)的要求是：最小的

48、煤层暴露面、最大的煤炭回收率、最的要求是：最小的煤层暴露面、最大的煤炭回收率、最快的回采速度、易于隔绝的采区、正规的开采快的回采速度、易于隔绝的采区、正规的开采(kici)方式及合理的开采方式及合理的开采(kici)顺序。顺序。第67页/共121页第六十八页，共121页。（1）取消）取消(qxio)多盘（采）区布置，简化开拓通风系统，降低通风阻力多盘（采）区布置，简化开拓通风系统，降低通风阻力 直接在大巷两侧布置超大综采工作面，最大限度减少 矿井内外部漏风 从系统上实现了降“压”减“漏”， 实现了一井一面年产千万吨的高效(o xio)生产取消多盘区前后(qinhu)的开拓系统平面布置图取消前取

49、消后第68页/共121页第六十九页，共121页。取消取消(qxio)多盘区前后大柳塔井矿井通风参多盘区前后大柳塔井矿井通风参数比较数比较 参参 模模 数数 式式盘区数盘区数（个）（个）采煤面采煤面（个）（个）掘进面掘进面（个）（个）风量风量m3/min最大阻力最大阻力路线长度路线长度（km）巷道巷道断面断面（m2）矿井总矿井总阻力阻力（Pa）楼风量楼风量m3/min原设计原设计57271540020.81041301260现矿井现矿井012812218.51718.91520720矿井通风矿井通风(tng fng)阻力阻力矿井漏风量矿井漏风量第69页/共121页第七十页，共121页。（2）创建

50、）创建“大断面大断面(dun min)、多通道、多通道”的通风模式，实现降的通风模式，实现降“压压”减减“漏漏”p 提高(t go)通风能力，适应集中化生产要求；p 降低矿井通风阻力，保持通风网路简单 采用多井筒进回风和大巷条带式生产布局采用多井筒进回风和大巷条带式生产布局 设计大断面巷道，一般为设计大断面巷道，一般为1820m2 工作面顺槽采用双巷布置，实现了多通道并联通风工作面顺槽采用双巷布置，实现了多通道并联通风p 减少与采空区连通的巷道以减少漏风减少与采空区连通的巷道以减少漏风 制定特大矿井通风防灭火设计管理规定制定特大矿井通风防灭火设计管理规定 新布置的采煤工作面靠大巷侧留有新布置的

51、采煤工作面靠大巷侧留有50m以上的永久煤柱以上的永久煤柱 综采工作面一般每综采工作面一般每45个工作面之间留有个工作面之间留有30m的隔离煤柱的隔离煤柱 综采工作面布置时不留辅助切眼及泄水巷综采工作面布置时不留辅助切眼及泄水巷p 最大限度提高风机效率，以适应大风量、低风压的通风网络最大限度提高风机效率，以适应大风量、低风压的通风网络 对传统风机的关键部件进行深层次技术改造对传统风机的关键部件进行深层次技术改造 采用弯掠组合三维扭曲正交型叶片采用弯掠组合三维扭曲正交型叶片第70页/共121页第七十一页，共121页。（1）采用先进）采用先进(xinjn)可靠的大功率重型综采设备快速开采技术可靠的大

52、功率重型综采设备快速开采技术 制定适合千万吨综采(zn ci)工作面的优化配套方案 不断改进与提升综采(zn ci)系列配套设备 在煤矿井下应用信息网络技术，实现生产环节自动控制，提高回采速度 神东矿区开采平均厚度为4.85m，工作面平均长度284m，实现平均推进速度17m/d第71页/共121页第七十二页，共121页。不同配套不同配套(pi to)设备下的回采速度设备下的回采速度序号序号矿井名称矿井名称平均日推进速度平均日推进速度（m/d）工作面长度工作面长度（m）平均煤厚平均煤厚（m）1大柳塔井16.152404.52补连塔矿15.303005.33榆家梁矿17.003604.54上湾矿1

53、6.30301.45.35哈拉沟矿18.703005.26乌兰木伦矿15.352004.3备注所有工作面均为综合机械化后退式一次采全高采煤法注：经测定，神东矿区上湾矿、补连塔矿的自燃带分别在距工作面经测定，神东矿区上湾矿、补连塔矿的自燃带分别在距工作面50165m和和58182m范围内，按照最短自然发火期范围内，按照最短自然发火期18d计算计算(j sun)，只要推进度分别大于只要推进度分别大于9.2m/s和和10.1m/s，就不会发生自然发火。目，就不会发生自然发火。目前神东矿区采空区内未出现自然发火现象，说明快速开采起到了主前神东矿区采空区内未出现自然发火现象，说明快速开采起到了主动防火作

54、用。动防火作用。第72页/共121页第七十三页，共121页。 在浅煤层条件(tiojin)下，工作面推进速度快，采空区的老顶表现为重载荷作用的整体下沉运动（如图），采空区完全压实，不易产生漏风； 按照一般采空区的“三带”分布规律，工作面推进速度快，采空区中的“自燃带”很快转为“窒息带”，存在时间低于煤的最短自然发火期。地表岩层煤层拉伸区压缩区拉伸区采空区冒落带“以快防火”原因(yunyn)地表岩层煤层拉伸区压缩区冒落带拉伸区采空区自燃带不燃带窒息带压实带工作面快速开采快速开采(kici)(kici)裂隙少裂隙少慢速开采慢速开采裂隙多裂隙多快速开采自燃三带前移过程快速开采自燃三带前移过程第73页

55、/共121页第七十四页，共121页。（2）辅巷多通道综采工作面的快速搬家）辅巷多通道综采工作面的快速搬家(bn ji)技术技术 传统搬家时间一般为3040d，许多矿区在工作撤架搬家 期间经常自然发火 神东矿区自然发火期仅为18d，采用(ciyng)传统搬家工艺极易发生自燃 课题组创造性地提出“辅助多通道”快速搬家新技术 指在回采工作面停采线预掘出平行于回采工作面的回撤通道和运输通道，巷道指在回采工作面停采线预掘出平行于回采工作面的回撤通道和运输通道，巷道(hng do)(hng do)净宽为净宽为5.05.05.5m5.5m、净高、净高3.63.63.8m3.8m，在两条通道之间再掘若干条联巷

56、。，在两条通道之间再掘若干条联巷。 靠工作面停采线一侧的回撤通道作为回采工作面液压支架回撤时的调向通道，外侧一条辅巷是作为工作面液压支架撤出时的运输通道，两辅巷之间的联巷则成为工作面多头作业、分段放顶的运输出口。靠工作面停采线一侧的回撤通道作为回采工作面液压支架回撤时的调向通道，外侧一条辅巷是作为工作面液压支架撤出时的运输通道，两辅巷之间的联巷则成为工作面多头作业、分段放顶的运输出口。综采工作面回撤通道布置综采工作面回撤通道布置第74页/共121页第七十五页，共121页。p 避免了黄土接顶不好易漏风的缺点p 降低了高分子树脂(shzh)泡沫的用量，节约密闭成本（3）快速）快速(kui s)封闭

57、新技术封闭新技术 研制出基于研制出基于“中间挂帘、周边粘结”原理的原理的巷道快速隔风装置 用于封闭综采工作面的采后联巷用于封闭综采工作面的采后联巷 该装置使用高分子柔性阻燃帷幕配合专用粘合剂与煤壁粘接该装置使用高分子柔性阻燃帷幕配合专用粘合剂与煤壁粘接 具有适应顶板下沉量大、施工工艺快捷（具有适应顶板下沉量大、施工工艺快捷（1h1h内封闭）的特点内封闭）的特点 提出提出永久密闭快速施工的新工艺 首先采用巷道快速隔风装置进行临时封闭首先采用巷道快速隔风装置进行临时封闭 然后施工永久防火密闭（然后施工永久防火密闭（0.5m0.5m砖墙砖墙+0.2m+0.2m复合体复合体+0.5m+0.5m砖墙）砖

58、墙） 自下向上从复合体的自下向上从复合体的2/32/3部分充填黄土，部分充填黄土，1/31/3部分充满部分充满高分子树脂泡沫高分子树脂泡沫优点(yudin)：第75页/共121页第七十六页，共121页。灌浆（黄泥、粉煤灰）灌浆（黄泥、粉煤灰）注惰性气体（注惰性气体（N2、CO2） 喷阻化剂喷阻化剂注凝胶、胶体泥浆注凝胶、胶体泥浆泡沫树脂泡沫树脂三相泡沫防灭火三相泡沫防灭火(mi hu)技技术术当前当前(dngqin)主要的防灭火主要的防灭火技术技术第76页/共121页第七十七页，共121页。（1 1）悬砂稠化剂的研制）悬砂稠化剂的研制(ynzh)(ynzh)背景背景西部地区缺土少水多砂，难以西

59、部地区缺土少水多砂，难以(nny)(nny)实施注黄泥浆等常规实施注黄泥浆等常规的矿井防灭火技术的矿井防灭火技术通常注砂方法，水砂比一般为通常注砂方法，水砂比一般为7 7：1 11111：1 1，砂浆，砂浆(shjing)(shjing)注注入后易脱水，严重恶化井下环境入后易脱水，严重恶化井下环境及煤质及煤质神东矿区神东矿区地表山砂地表山砂常规凝胶常规凝胶难以悬砂难以悬砂第77页/共121页第七十八页，共121页。若在砂浆中添入一定(ydng)的稠化剂，提高泥浆的粘度，可将砂泥悬浮，提高砂浆中的砂量，减小水砂比，从而减少用水量由于砂子悬浮在管道中，且泥浆又有较高的粘度，能极大(j d)地降低泥

60、浆对管路的磨损砂浆到井下后不脱水，既不对环境有影响，又大大提高泥浆的防灭火效果，能更好地起到防灭火作用第78页/共121页第七十九页，共121页。实验实验(shyn)室悬砂实验室悬砂实验(shyn)第79页/共121页第八十页，共121页。p将砂泥悬浮，提高砂了浆粘度，增加了砂量，减小了水砂比；p由于(yuy)砂子悬浮在管道中，且泥浆又有较高的粘度，能极大地降低砂浆对管路的磨损；p水溶液具有成膜特性，使砂浆成为连续密实的覆盖层，注入采空区后能够有效覆盖遗煤，隔绝浮煤与氧气的接触；p砂浆中的山砂可捕获煤炭自燃过程中生成的自由基，从而阻断煤的低温氧化过程，具有较强的防灭火作用。稠化砂浆(shjin