采空区自燃发火防治设计方案及措施培训

采空区自燃发火防治设计方案及措施培训勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01采空区自燃发火概述02自然发火期定义与测定方法03采空区自燃影响因素分析04采空区自燃监测技术体系CONTENTS目录05采空区自燃预防技术措施06采空区自燃灭火技术应用07密闭墙设计与施工管理08应急预案与应急处置CONTENTS目录09防治管理体系与保障措施01采空区自燃发火概述

采空区自燃发火的危害与现状对人员安全的直接威胁采空区自燃发火产生的高温和有毒有害气体（如一氧化碳），可能导致井下作业人员中毒、窒息甚至死亡，是矿井安全生产的重大隐患。

造成资源与经济损失火灾会烧毁采空区遗煤资源及井下设备，据统计，一次采空区自燃火灾可能造成数千万元经济损失，同时影响矿井正常生产接续。

引发次生灾害风险采空区自燃可能引发瓦斯、煤尘爆炸等次生灾害，扩大事故影响范围，严重时甚至会破坏矿井通风系统及井巷结构。

我国煤矿自燃现状严峻我国煤矿多为自燃或容易自燃煤层，采空区自然发火事故占矿井火灾总数的70%以上，尤其在综放工作面采空区，因遗煤多、漏风复杂，发火风险更高。自然发火的定义与本质自然发火的原理与条件分析

自然发火（内因火灾）是指煤炭等可燃物因自身氧化蓄热，热量积聚达到燃点而引发的燃烧现象，其本质是煤与氧气发生的低温氧化反应持续放热并最终失控的过程。自然发火的三要素

煤炭自燃需同时满足三个条件：一是煤炭具有自燃倾向性（如Ⅱ类自燃煤层）；二是存在持续的氧气供应（漏风风速适宜）；三是具备良好的蓄热环境（遗煤氧化时间超过其自然发火期）。煤自燃的阶段性特征

煤自燃分为三个阶段：低温氧化阶段（隐蔽，放热少）、自热阶段（70-80℃后氧化加速，温度升至300-500℃并伴随燃烧）、燃烧阶段（温度达800-2000℃，出现明火）。采空区自燃的关键影响因素

采空区遗煤自燃受四类因素制约：煤的化学组分（如高挥发分煤层发火期缩短40%-60%）、裂隙发育与碎煤堆积形态、通风强度及漏风通道、物理状态与供氧条件。煤层自燃倾向性分类及特征自燃倾向性分类标准根据2021年《煤矿防灭火细则》，煤层自燃倾向性分为容易自燃（Ⅰ类）、自燃（Ⅱ类）、不易自燃（Ⅲ类）三级，分类依据为煤的氧化特性及自然发火风险程度。Ⅰ类（容易自燃煤层）特征高挥发分、硫分含量高，暴露后氧化速度快，自然发火期短，易在采空区、煤柱等区域发生自燃，需采取严格的防灭火措施。Ⅱ类（自燃煤层）特征中等氧化活性，自然发火期适中，采空区遗煤堆积、漏风供氧条件下易引发自燃，需建立完善的监测预警及防治体系。Ⅲ类（不易自燃煤层）特征低挥发分，氧化反应缓慢，自然发火风险较低，但仍需采取基本的采空区封闭、浮煤清理等预防性措施，防止意外发火。02自然发火期定义与测定方法

自然发火期的定义与判定标准

自然发火期的核心定义自然发火期是衡量煤层自燃风险的核心指标，指从煤层被开采暴露于空气之日起至出现自燃现象所经历的时间。该参数直接影响采区开采期限规划与密闭作业时间控制。

起算时点与终结标志起算时点为煤层揭露并与空气接触的日期。终结标志包括出现明火、烟雾或检测点温度升至70℃以上。

辅助判定依据当采空区一氧化碳浓度持续上升且甲烷与二氧化碳比值异常时，可作为自然发火的辅助判定依据。

时间单位自然发火期的单位通常采用月，特殊情况下按天计量，具体需根据煤层自燃倾向性及开采条件确定。01统计法测定自然发火期统计法的定义与核心原理统计法是通过系统分析矿井历史发火案例数据，建立不同地质条件下自然发火期数据库，进而确定煤层自然发火期的方法。其核心在于基于实际发生的自燃案例进行归纳与推算。02数据收集与案例筛选标准需收集矿井开采以来采空区、煤柱等区域的自燃事故记录，包括煤层暴露时间、发火征兆出现时间、地质条件（如煤质、裂隙发育）、开采工艺等关键信息。案例筛选需确保数据完整、发火原因明确。03数据处理与发火期计算方法对筛选出的有效案例，计算从煤层暴露至出现自燃现象（如明火、烟雾或温度≥70℃）的时间跨度，取其中的最小值作为该条件下的最短自然发火期。可结合数理统计方法，剔除异常值，提高结果可靠性。04适用场景与局限性适用于生产矿井，可通过长期积累的历史数据进行补充校验。但受限于案例数量和地质条件的差异性，对于新建矿井或地质条件复杂区域，需与实验法、类比法配合使用，以确保测定结果的准确性。类比法与实验测定法应用类比法的适用场景与推算逻辑类比法适用于煤质特性、开采工艺相近矿井，通过参照已有实测结果进行发火期推算，是生产矿井常用的补充方法之一。实验测定法的核心模拟条件实验测定法通过煤样氧化实验，模拟不同氧浓度、温度条件下的自燃进程，新建矿井须优先采用此方法测定最短自然发火期。两类方法的规范应用要求根据《煤矿防灭火细则》，新建矿井优先用实验法，生产矿井可采用统计法补充校验，类比法需结合相似矿井参数综合判定。03采空区自燃影响因素分析煤体化学组分的影响

挥发分含量与发火期的关系煤的挥发分含量是影响自燃发火期的关键化学因素，高挥发分煤层在相同破碎度下发火期可缩短40%-60%，加速氧化进程。

硫分对氧化反应的催化作用煤中硫分等化学组分能显著促进氧化反应，含硫量高的煤层更容易发生自燃，需在防灭火设计中重点关注硫分指标。

化学组分与标志气体的关联性煤的化学组分决定自然发火标志气体的产生种类和浓度，如高挥发分煤易产生CO、C₂H₄等气体，为监测预警提供依据。

开采工艺与采空区结构影响回采率与遗煤量控制提高工作面回采率，减少采空区遗煤量是预防自燃的基础。要求回采中严禁丢底、顶煤，工作面回收率需达到《作业规程》规定，将遗煤厚度控制在0.4米以下，从源头上降低自燃风险。

开采工艺对发火期的影响不同开采工艺显著影响发火期。如综放工艺因采空区遗煤量增加，发火期比分层开采减少；高挥发分煤层在相同破碎度下，发火期可缩短40%-60%，需针对性调整防灭火方案。

采空区顶板管理与漏风控制工作面回采过程中应确保顶板充分冒落并压实，特别是切眼、停采线及煤柱附近，减少漏风通道。采用后退式开采法可有效降低采空区漏风，配合支架侧护板使用及连网质量保证，进一步阻断氧气供给。

采空区"三带"分布与自燃风险采空区按氧化状态分为散热带、氧化带和窒息带，其中氧化带是自燃高发区域。需通过合理的开采参数设计，如工作面推进速度、通风强度等，控制氧化带范围，结合"三带"测定指南（如DB14/T3447—2025）优化采空区结构。通风与供氧条件的作用漏风通道对自燃的促进作用采空区裂隙发育及碎煤堆积形态形成漏风通道，为遗煤氧化提供持续氧气。工作面通风强度及漏风通道分布特征直接影响自燃风险，需通过封堵裂隙、优化通风系统减少漏风。氧气浓度与自燃临界值采空区氧气浓度是自燃关键因素，当氧浓度超过煤炭自燃临界值时，氧化反应加速。防治中需将火区氧浓度控制在5%以下，通过注氮等惰化措施降低氧气含量，抑制自燃。通风管理对采空区“三带”的影响合理通风可控制采空区氧化带范围，避免遗煤处于富氧蓄热环境。根据《煤矿防灭火细则》，需结合自然发火期数据调整通风参数，形成预测、预警、处置的全流程管理体系。04采空区自燃监测技术体系核心监测气体种类气体监测参数与指标采空区自然发火监测核心气体包括：O₂（氧气）、CO（一氧化碳）、CH₄（甲烷）、CO₂（二氧化碳）、C₂H₄（乙烯）、C₂H₂（乙炔），这些气体浓度变化是判断煤自燃状态的关键依据。关键气体浓度范围甲烷测量范围0～100%CH₄，氧气0.0～25.0%O₂，一氧化碳(000～1000)×10⁻⁶CO，二氧化碳0~5%VOL，乙烯(000～200)×10⁻⁶，乙炔(000～100)×10⁻⁶。气体浓度基本误差要求甲烷在(0.00～1.00)%CH₄误差±0.05%CH₄，(1.00～100)%CH₄为真值的±5%；一氧化碳在（0～100）×10⁻⁶CO误差±4×10⁻⁶CO，（100～500）×10⁻⁶CO为测量值的±5%。预警临界值指标以CO绝对生成量为预警核心指标，当浓度梯度超过0.0024%/min时触发一级响应；采空区氧浓度需控制在煤炭自燃临界值以下，通常要求≤7%，火区封闭后氧浓度需降至5%以下。

温度监测技术应用光纤分布式测温技术通过感温光缆实时感知采空区温度，可精准定位高温区域。如某矿在412工作面胶带巷和回风巷敷设5500米光缆，实现煤柱内部温度实时监测与解析。

温度传感器布控方案在采空区及煤柱破坏区安装温度传感器，监测煤层温度变化。发现温度异常升高时，立即采取喷洒水雾或降温剂等措施，防止温度继续上升引发自燃。

红外测温技术应用利用红外测温仪对采空区可能发生自燃的区域进行非接触式温度监测，及时发现采空区遗煤自燃位置，为防火措施制定提供数据支持。

温度监测数据联动分析将温度监测数据与气体监测数据结合，通过数据分析系统建立火灾风险评估模型。当温度异常且气体指标超标时，触发多级预警机制，提升预测准确性。

在线监测系统设计与功能系统整体架构系统由井下数据采集层（含多气体传感探头、光纤测温装置）、数据传输层（工业以太网/环网）及地面监控层（数据服务器、Web客户端）构成，实现采空区参数实时监测与远程管理。

核心监测参数配置监测O₂（0.0～25.0%）、CO（0～1000×10⁻⁶）、CH₄（0～100%）、CO₂（0~5%VOL）、C₂H₄（0～200×10⁻⁶）、C₂H₂（0～100×10⁻⁶）及温度，气体检测误差≤±5%，测温精度达0.5℃。

数据采集与传输机制井下监测分站通过RS485总线采集传感器数据，经工业以太网实时上传至地面主机，传输距离≥2km，采样周期较传统色谱分析缩短8-10倍，支持多通道并行监测。

主要功能模块具备实时数据动态显示、多方式报警（声光/短信）、历史数据存储查询、自动报表生成、设备状态可视化及权限管理功能，支持与煤矿信息化管理平台数据对接。

“三带”分布测定方法与标准01“三带”术语定义根据NB/T11646-2024，氧化带指采空区遗煤与空气中的氧气相结合，发生物理和化学变化而蓄热的区域。自然发火标志气体是指由于自然发火而产生或因自然发火而变化的，能够在一定程度上表征自然发火状态和发展趋势的火灾气体。

02测定仪器设备要求DB14/T3447—2025规定了采煤工作面采空区自然发火“三带”分布测定所需仪器设备。气体检测可采用如GDC6型采空区多参数气体传感器，其测量范围涵盖O₂（0.0～25.0%）、CO（0～1000×10⁻⁶）、CH₄（0～100%）等关键气体。温度监测可采用分布式光纤测温系统，如在某矿412工作面布置5500m感温光缆进行温度感应。

03山西省地方测定方法DB14/T3447—2025给出了采煤工作面采空区自然发火“三带”分布测定方法。该方法适用于山西省内采煤工作面，规定了从术语定义、仪器设备到具体测定步骤的完整流程，包括气体采样器保护装置等规范性附录要求，为“三带”分布测定提供了地方标准依据。

04“三带”判定条件标准NB/T11646-2024规定了采空区自然发火“三带”判定条件。该文件适用于井工煤矿采煤工作面采空区自然发火监测与预警，为“三带”（如氧化带）的科学划分提供了行业标准，是指导采空区自然发火监测与防治的重要依据。05采空区自燃预防技术措施采煤工艺优化与回采率提升优化回采工艺减少遗煤量采用综采放顶煤等先进工艺，合理控制采高，杜绝人为丢煤，确保顶煤放尽、浮煤清扫干净，减少采空区遗煤厚度至0.4米以下的自燃临界值。提高回采速度缩短暴露时间加快工作面推进速度，使采空区遗煤氧化时间小于煤层自然发火期，降低自燃风险，特别是对于自燃倾向性较高的煤层效果显著。规范煤柱设计与保护措施合理设计煤柱尺寸，避免过度破坏，对已破坏煤柱进行加固处理，定期监测煤柱稳定性，防止煤柱破碎导致的氧化积热和漏风。强化采空区顶板管理采取措施使采空区顶板充分冒落并压实，特别是切眼、停采线及煤柱附近，减少漏风通道，破坏遗煤自燃的蓄热环境。可燃材料回收与禁入管理工作面废弃的木料等可燃材料必须全部回收至地面，严禁丢入采空区，防止其长期氧化自燃成为发火隐患。采空区封闭技术与标准封闭墙位置选择原则应选择顶底板完好、围岩稳定、巷道断面规整、不受采动影响的地点，避开地质构造带。优先选择在巷道口附近及联络巷、高抽巷等所有与采空区连通的通道口。封闭墙结构设计标准必须采用“双墙夹心”结构，砌筑两道厚度不低于1.0米的砖墙或料石墙，中间填充不少于0.5米的不燃性材料并逐层夯实，总体厚度不小于2.5米。墙体需嵌入顶底板和两帮实体煤（岩）中，煤巷掏槽深度不小于0.5米，岩巷不小于0.3米。施工工艺与质量控制施工流程为：清理现场→掏槽→砌筑外墙→填充夯实→砌筑内墙→墙面抹面→安装附属管路→勾缝封严。墙体砌筑砂浆必须饱满，砖缝均匀，层层压实，抹面平整光滑无裂缝。施工完毕后由通风、安全、施工单位共同验收。附属设施设置要求密闭墙中上部预留直径不小于25mm的观测孔，用于采集气样、测量压差和温度；墙底预留带阀门的放水孔（若有积水）；预留注浆、注氮或灌注三相泡沫的措施管并延伸至采空区深部。封闭时间要求工作面回采结束后，必须在45天内完成永久性封闭。临时密闭墙需在规定时间内（通常不超过一周）构筑成永久密闭墙。通风管理与漏风控制优化通风系统设计根据采空区漏风通道分布特征，设计合理的通风系统，确保采空区内氧气浓度控制在安全范围，防止自燃条件形成。加强通风设施维护定期检查与维护主要风门、风窗等通风设施，保证其完好性和可靠性，维持通风系统稳定，降低采空区漏风风险。采空区漏风监测与治理采用示踪气体法等技术探测采空区漏风通道，针对漏风部位采取封堵措施，如施工密闭墙、喷涂防灭火材料等，减少漏风。工作面隅角封闭管理工作面上下隅角必须充填背实，可采用黄土装袋封堵等方式，减少采空区漏风。当工作面回采至停采线一定距离后，按要求施工隔绝墙。

煤柱保护与加固措施合理设计煤柱尺寸与留设方案在开采过程中，应根据煤层赋存条件、开采工艺及矿压计算结果，合理设计煤柱的保留尺寸与分布方案，避免煤柱因过度受力而破坏，减少遗煤暴露和氧化风险。

对已破坏煤柱进行加固处理针对已出现变形、裂隙等破坏迹象的煤柱，采用注浆加固、锚杆（索）支护等技术手段进行加固处理，提高煤柱的承载能力和稳定性，防止煤层温度异常升高引发自燃。

加强煤柱日常监测与维护定期对煤柱的变形情况、应力状态及周边环境温度、气体浓度等进行监测，建立监测台账，及时发现并处理潜在的安全隐患，确保煤柱处于稳定状态。06采空区自燃灭火技术应用

注浆防灭火技术参数与工艺01核心参数设定标准灌浆系数：预防性灌浆取3％～12％，灭火灌浆相应加大，综放工作面暂取5%并动态调整；土水比：矿井防灭火注浆浆液为1：2～1：5，回采工作面洒浆时为1：2～1：3，综放工作面暂定为1:5。

02注浆材料选择要求需不含可燃物或助燃物，粒径直径小于2mm（其中粒径小于1mm的占75％），比重2.4~2.8，塑性指数9～14，胶体混合物25～30％，含砂量25～30%，且易脱水、稳定性好、来源广成本低，常用黄土、电厂粉煤灰、煤矸石粉等。

03主要注浆方法应用埋管灌浆：放顶前沿回风巷预埋10～20m钢丝缠绕管，一端通采空区，一端接高压胶管与灌浆支管相连，每天按放顶步距牵引灌浆管至采空区15m左右，牵引一定距离灌一次浆；洒浆：作为埋管灌浆补充，从输浆管接耐压胶管向采空区均匀洒浆；采后封闭灌浆：工作面回采结束永久封闭后，通过密闭墙预设措施孔实行“连续足量，充分灌注”。

04施工工艺与质量控制施工流程：彻底清理施工地点浮煤杂物→准备合格材料与工具→掏槽（煤巷不小于0.5米，岩巷不小于0.3米）→砌筑外墙→填充夯实→砌筑内墙→墙面抹面→安装附属管路→勾缝封严；验收标准：墙体平整坚固，掏槽深度符合要求，抹面无裂缝，附属设施齐全有效，确保浆体覆盖浮煤、堵塞漏风通道。注氮惰化技术应用与要求

注氮技术核心作用向采空区注入氮气，降低氧气浓度至5%以下，抑制煤自燃氧化反应，切断燃烧三要素中的氧气供应。注氮系统设计标准发火期小于6个月的煤层，需配备制氮能力≥2000m³/h的惰性气体注入系统，确保快速惰化火区。注氮参数控制要求采空区封闭后通过预埋管路持续或间断注氮，根据采空区范围、漏风情况动态调整注氮量与频率，工作场所氧浓度不得低于18.5%。注氮安全操作规范注氮期间瓦检员需实时监测进回风隅角气体变化，发现CO浓度异常或氧浓度过低时，立即调整流量或停止注氮并撤出人员。

阻化剂与凝胶灭火技术阻化剂灭火原理与应用阻化剂通过喷洒在煤体表面，形成保护膜隔绝氧气，抑制煤氧化反应。常用氯化镁等药剂，如某矿工作面每周喷洒氯化镁，2#煤用量不低于0.43t，5#煤不低于1.26t，有效延缓自燃进程。

凝胶灭火材料特性与优势凝胶灭火技术利用高分子材料与水混合形成凝胶体，具有良好的流动性和密封性，能充填裂隙、包裹浮煤并持续降温。适用于采空区、煤柱破坏区等复杂区域，可快速阻断漏风通道。

阻化剂与凝胶联合应用工艺在工作面铺网结束后，对上、下隅角及架后区域采用注胶充填堵漏，同时配合阻化剂喷洒形成双重防护。例如某矿在隔绝墙施工后，先用无机防灭火材料全断面喷涂，再喷洒阻化剂，提升隔氧阻化效果。

技术实施关键参数控制阻化剂喷洒需控制浓度和覆盖均匀度，凝胶灌注应确保注入压力和流量稳定，充填体积不小于氧化带容积的1.2倍。某矿采空区注胶时，通过预埋措施管延伸至深部，保证凝胶扩散半径覆盖发火风险区域。

三相泡沫与干粉灭火技术三相泡沫灭火技术原理三相泡沫是由水、氮气和粉煤灰等固体颗粒组成的胶体体系，通过覆盖、降温、隔氧三重作用抑制煤自燃。其固体颗粒可充填采空区裂隙，氮气惰化氧气，水实现降温，适用于高位、隐蔽火源处理。

三相泡沫关键技术参数根据防灭火实践，三相泡沫的膨胀倍数宜控制在5-20倍，固液比1:6-1:10，pH值6-8，半衰期不低于4小时，确保在采空区有效扩散并维持灭火性能。

干粉灭火技术适用场景干粉灭火剂主要用于扑灭采空区初期明火及局部高温点，尤其适用于瓦斯浓度较低（<5%）的封闭区域。常用ABC型干粉灭火效率达90%以上，能快速抑制火焰蔓延。

联合应用技术方案现场应用中，采用"三相泡沫预处理+干粉定点灭火"的联合工艺：先通过预埋管路注入三相泡沫覆盖采空区氧化带（用量按采空区容积1.2-1.5倍设计），再对检测出的高温点（>70℃）精准喷射干粉，形成立体灭火体系。07密闭墙设计与施工管理密闭墙位置选择与结构设计

位置选择原则应选择在顶底板完好、围岩稳定、巷道断面规整、不受采动影响的地点，避开地质构造带(如断层、破碎带)。

结构类型与要求必须采用“双墙夹心”结构，即砌筑两道厚度不低于1.0米的砖墙或料石墙，中间填充不少于0.5米的不燃性材料(如黄土、粉煤灰、石膏等)，并逐层夯实，墙体厚度总体不小于2.5米。

掏槽深度标准墙体必须嵌入顶底板和两帮的实体煤(岩)中，掏槽深度：煤巷不小于0.5米，岩巷不小于0.3米，并保证与煤岩体接合严密，无缝隙。

附属设施设置在密闭墙中上部预留直径不小于25mm的观测孔，用于定期采集气样、测量墙内外压差和温度；若密闭区可能有积水，应在墙底预留带阀门的放水孔；预留用于注浆、注氮或灌注三相泡沫的措施管，管路应延伸至采空区深部。

施工工艺与质量控制标准施工前准备彻底清理施工地点的浮煤、杂物，保证基础坚实平整。准备好合格的建筑材料(砖、水泥、沙、黄土等)和施工工具。

核心施工流程严格遵循掏槽→砌筑外墙→填充夯实→砌筑内墙→墙面抹面→安装附属管路→勾缝封严的施工顺序，确保各环节紧密衔接。

砌筑质量要求砌筑时砂浆必须饱满，砖缝均匀，层层压实。抹面要求平整光滑，无裂缝，1m²内凸凹不大于10mm，周边及围岩不漏风。

验收与台账管理施工完毕后，由通风部门、安全部门、施工单位共同验收。建立密闭墙管理台账，记录墙体编号、位置、构筑日期、规格、负责人等信息，并上图管理。密闭墙维护与监测要求

日常检查与维护规范每周至少检查一次采空区密闭情况，测定密闭区域回风巷道温度和风量，分析空气试样；每15天检查一次废弃巷道密闭，确保密闭墙无裂缝、无变形、周边无杂物积水。气体与温度监测标准通过密闭墙观测孔定期采集气样，重点监测O₂（目标≤5%）、CO浓度及温度变化，发现CO浓度持续上升或温度异常升高（超过70℃）时立即启动预警。密闭墙结构维护要点定期检查密闭墙抹面完整性，对出现的裂缝及时用无机防灭火材料修补；确保观察孔、措施孔阀门关闭严密，发现漏风现象立即采取封堵措施。监测数据记录与分析建立密闭墙管理台账，详细记录墙体编号、位置、构筑日期、检查数据及维护情况；每日分析气体浓度和温度变化趋势，绘制趋势曲线图，实现动态预警管理。08应急预案与应急处置应急预案编制与内容要求应急预案编制原则坚持"预防为主、快速响应、分级处置"原则，结合矿井自然发火期、开采工艺等实际情况，确保预案针对性和可操作性。组织机构与职责分工明确应急指挥部（矿长任总指挥）、抢险