露天矿煤炭自燃的原因及防治培训课件

露天矿煤炭自燃的原因及防治培训课件勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01煤炭自燃概述02煤炭自燃的原因分析03煤炭自燃的危害04煤炭自燃的监测技术CONTENTS目录05煤炭自燃的预防措施06煤炭自燃的治理措施07露天矿煤炭自燃防治案例分析08安全管理与应急处置01煤炭自燃概述煤炭自燃的定义煤炭自燃的定义与本质煤炭自燃（Spontaneouscombustionofcoal），简称煤自燃，是指煤炭在无外界火源作用的情况下，由于自身氧化积热，使煤的温度升高而发生燃烧的现象。煤炭自燃的本质煤炭自燃本质为煤与氧气发生物理、化学作用的结果，是一个自加速的氧化放热反应过程。氧分子首先在煤表面形成物理、化学吸附热，使煤体温度缓慢上升，温度升高促使氧分子与煤分子表面活性官能团发生深度氧化分解反应，生成小分子气体并释放大量热量，热量积聚最终导致自燃。煤炭自燃的学科属性与重要性煤炭自燃是煤矿工程学科中的重要研究内容，是矿井火灾控制管理中的一个重要方面，其作为自然界存在的客观现象已存在数百万年。煤炭自燃的发展阶段潜伏期（准备期）煤体与氧气发生低温氧化，吸附氧气生成不稳定氧化产物并释放少量热量，煤的化学活性增强，燃点下降。此阶段特征不明显，持续时间因煤种而异，褐煤几乎无潜伏期，烟煤则较长。自热期氧化速率上升，不稳定氧化产物分解出H₂O、CO₂、CO等气体，热量不断积聚使煤体温度升高。当温度超过临界温度（60～80℃）后，氧化速度急剧增加，煤开始出现干馏并生成火灾气体。燃烧期煤体温度达到着火温度（300～350℃）后进入燃烧阶段，空气中氧含量显著减少，CO₂数量倍增，产生大量CO及浓烈烟雾，有时出现明火，火源温度可达1000℃左右，引发明显燃烧现象。

露天矿煤炭自燃的特点暴露面积大，氧化条件充分露天煤矿的煤炭长期暴露于大气中，与氧气接触面积大，加之开采震动等导致煤体破碎松动，为氧化反应提供了充分条件。

自燃位置多在采空区及煤柱煤炭自燃常发生在有大量遗煤且未及时封闭的采空区、巷道两侧和遗留在采空区内受压的煤柱，以及巷道内堆积的浮煤或煤巷的冒顶、垮帮处。

自燃过程具有自加速性煤炭自燃是自加速的氧化放热反应，温度升高促使氧分子与煤分子表面活性官能团发生深度氧化分解反应，释放大量热量，使温度进一步升高，最终导致自燃。

受气候条件影响显著秋后10-12月份是煤自燃的多发季节，此时风高物燥，大气密度高于煤堆内空气，导致渗入煤堆的空气量增加，煤的氧化反应加剧，且频繁的东北风更有利于煤堆自燃。02煤炭自燃的原因分析

煤自燃的内因煤的变质程度煤的变质程度是煤自燃倾向性的决定性因素，碳化程度越高，煤体内含有的活性结构越少。褐煤最易自燃，无烟煤最不易自燃，烟煤的煤化度和自燃倾向性低于无烟煤而高于褐煤。

煤岩成分不同煤岩成分氧化性不同。常温下丝煤吸氧最多，着火温度低（190～270℃），是自燃的导因；随温度升高，镜煤吸附氧能力最强，其次是亮煤，暗煤最难于自燃。

煤的含硫量对煤自燃起主导作用的是黄铁矿。黄铁矿比热小，吸附相同氧量温度增值比煤大3倍；低温氧化产生硫酸铁和硫酸亚铁，使煤体膨胀松散，增大氧化表面积，分解产物吸氧性更强。

煤的粒度孔隙特性和破碎程度完整煤体一般不自燃，受压破裂呈破碎状态后，与氧接触表面积增大，着火温度降低。如烟煤粒度直径小于1mm时，着火点温度可能降低到190～220℃，煤矿井下自燃多发生在粉煤及碎煤聚集处。

煤的瓦斯含量瓦斯含量较高的煤，内表面大量吸附瓦斯使煤与空气隔离，氧气不易接触煤表面，延长自燃准备期。当煤中残余瓦斯量大于5m³/t时，煤往往难以自燃，但随着瓦斯放散，煤与氧更易结合。

煤的水分水分对煤自燃有双重影响：一方面，水分蒸发消耗热量，阻止煤体温度升高；另一方面，煤体从空气中吸收水分产生的吸收热（湿润热）会促使煤的温度升高，总体作用取决于两种过程的主导地位。地质因素煤自燃的外因

煤层倾角越大，自燃危险性越大，因开采急倾斜煤层时煤炭回收率低、采空区不易封锁；煤层越厚越易积聚热量；地质构造复杂地带，煤层受张力、挤力，裂隙大量发生，煤体破碎，吸氧条件好，自燃发火频繁。开采技术因素

开拓方式上，采用石门、岩巷开拓，少切割煤层少留煤柱时，自燃发火危险性降低；采煤方法对自燃发火的影响主要表现在煤炭回收率的高低、回采时间的长短上，丢煤越多、推进速度越慢越易发火；通风条件中，采空区、煤柱和煤壁裂隙漏风会向这些地点供氧，促进煤的氧化自燃。通风管理因素

矿井通风网络结构、风网阻力、通风设施布置等影响风流稳定性和漏风量；漏风会向煤体供氧，风速过小导致供氧不足，风速过大则会带走热量，一般认为风速在0.1～0.24米/分钟时煤最易自燃。气候与环境因素

秋后10-12月份是煤自燃多发季节，此时大气密度高于煤堆内空气，导致渗入煤堆的空气量增加，煤的氧化反应加剧，且频繁的东北风更有利于煤堆自燃；露天煤矿中，煤炭暴露于大气中，受外界环境风化及开采震动，煤体破碎松动，含氧空气渗入发生氧化产热。

露天矿煤炭自燃的特殊原因01煤体长期暴露与氧化露天煤矿煤炭直接暴露于大气中，与氧气充分接触发生氧化反应，释放热量。随着开采震动及风化作用，煤体破碎松动，增大了氧化反应的表面积，加速了自燃进程。

02热量积聚条件特殊露天矿煤体体积较大，热量易在内部积聚。松散煤堆通风不畅，低速空气流提供氧气的同时难以有效带走热量，导致温度持续升高至自燃点（300-350℃）。

03复杂地质与气候影响地质构造复杂区域（如断层、褶皱带）煤体破碎，易形成漏风通道；气候干燥、风大时，煤体水分蒸发后更易吸附氧气，秋、冬、春三季为自燃高发期，加剧氧化与热量积聚。03煤炭自燃的危害浪费煤炭资源直接资源损耗煤炭自燃直接导致大量煤炭被烧毁，造成可采储量减少。例如哈尔乌素露天矿2022年3月至7月因自燃纯燃烧煤炭近1000吨，直接经济损失达50万元。煤炭质量降低自燃过程中，煤炭的热值等品质下降，即使未完全燃烧，剩余煤炭也因氧化变质而降低利用价值，进一步加剧资源浪费。处理成本增加治理自燃需投入大量人力、物力，如灭火材料、设备及后期恢复等费用，同时反复处理会影响矿山采剥生产进度，降低企业经济效益。

影响矿山安全生产和边坡稳定威胁矿山生产安全与作业连续性煤炭自燃后常引起矿坑内地表裂缝、坍塌及大面积片帮现象，影响露天矿设备正常作业，给安全生产带来隐患，处理不当还可能造成火灾，迫使采剥生产进度反复受阻。

危害作业人员身体健康与环境在特定气象条件、不利风向风速时，自燃产生的大量烟雾烟尘会影响工作人员视线，危害工人呼吸健康，降低工作效率，同时有毒有害气体随风飘散，污染矿坑及附近大气环境。

降低煤台阶岩体强度破坏边坡稳定煤台阶的自燃发火将导致煤台阶岩体强度显著降低，改变原设计边坡角度，如露天矿北端帮因煤自燃易发生台阶塌方、滑坡事故，增加日常边坡管理难度，威胁露天矿整体边坡稳定。

污染环境与危害人体健康有毒有害气体排放煤层自燃产生大量有毒有害气体，如CO、CO₂、SO₂、NO₃等，随风飘散，严重污染矿坑及附近的大气环境。

影响空气质量与能见度燃烧产生的大量烟雾烟尘影响矿区空气质量，降低能见度，不利于露天矿设备的正常作业和人员视线。

危害作业人员身体健康有毒气体危害工人呼吸，可能导致中毒、窒息等健康问题，影响工人的工作效率和身体健康。

破坏生态环境长期自燃导致地表塌陷、植被破坏，如新疆乌鲁木齐县火石山煤层自燃形成"火山口"地貌，破坏当地生态系统。04煤炭自燃的监测技术

气体监测法指标气体选择CO是早期揭露火灾的敏感指标，在矿井的采煤工作面回风道、综掘煤巷等有自然发火的地点设置CO传感器可及时发现异常。

传感器布设要求在有自然发火危险的地点，如采煤工作面回风道、综掘煤巷等，需合理布设气体传感器，实时监测CO等指标气体浓度变化。

便携式仪器追踪监测若发现CO浓度超限，可采用便携式CO检测仪对可疑区域进行追踪监测，以确定高温点位置，为进一步采取措施提供依据。

温度监测法红外热成像系统监测采用红外热成像技术，可对露天矿采场及排土场进行大面积扫描，快速识别煤体表面温度异常区域，精准圈定高温自热区和自燃区，为早期预警提供可视化依据。

钻孔测温辅助监测对顶煤破碎或有自燃危险的地点，通过埋设测温探头进行钻孔测温，定期监测煤体内部温度变化情况，可及时发现深部隐伏高温点，弥补表面监测的不足。

温度监测预警指标煤自燃过程中，当温度超过临界温度（60～80℃）时，氧化速度急剧增加。现场监测中，若发现煤体温度异常上升并接近或超过此范围，需立即采取干预措施。

红外探测法01红外探测法的基本原理根据红外辐射场理论，建立火源与火源温度场的对应关系，通过接收煤体自燃过程中释放的红外辐射，推断火源点的位置及温度分布。

02红外探测法的技术优势可实现非接触式远距离监测，能快速识别煤堆或采空区表面及浅部的高温异常区域，具有直观性强、响应速度快的特点。

03红外探测法的应用场景适用于露天矿采场、排土场等大面积区域的自燃隐患排查，可辅助圈定高温自热区和自燃区，为精准治理提供依据。

04红外探测法的局限性受环境因素（如粉尘、烟雾、光照）影响较大，对深部火源的探测能力有限，需与钻孔测温、气体分析等手段结合使用。

其他监测技术红外探测法根据红外辐射场理论，建立火源与火源温度场的对应关系，通过红外探测设备推断火源点的位置，可用于判断高温点。

钻孔测温法对顶煤破碎或有自燃危险的地点埋设测温探头，定期监测温度变化情况，辅助确定高温区域。

示踪气体法定期采用示踪气体法检查顺槽漏风量，对漏风集中的区域加强观测，以评估自燃风险。

同位素测氡法与红外热成像系统等结合，通过监测氡气同位素的变化，辅助精准圈定露天矿高温自热区和自燃区。05煤炭自燃的预防措施

开采技术措施

优化巷道布置与采煤方法将服务时间较长的巷道布置在煤层底板岩石中，采用长壁式采煤法及综合机械化采煤，推行全部陷落法控制顶板，减少煤柱留设与浮煤产生。

加快回采与及时处理半煤岩台阶爆破后的煤体需在15天内采出，避免留下浮煤；采煤工作面推进速度应加快，使采空区热源难以形成，降低自燃风险。

无煤柱开采技术应用推广无煤柱开采，减少因煤柱受压破裂形成的自燃隐患点，尤其适用于自然发火严重的厚煤层或近距离煤层群开采。

及时封闭采空区与旧巷对采空区采用泥浆灌注或密闭处理，旧巷道及时进行密闭和充填；非工作面遗留三角煤体或铁路设施下方煤柱用黏土覆盖，隔绝氧气。通风管理措施优化通风系统设计矿井通风网络应结构简单，风网阻力适中，通风设施布置合理，确保风流稳定、漏风量少，易于隔绝有关区段。控制漏风通道针对采空区、煤柱和煤壁裂隙等易漏风区域，可采取沿空巷道挂帘布、利用飞灰或水砂充填带隔绝采空区、喷涂塑料泡沫或可塑性胶泥堵塞漏风等措施。均压通风技术应用设置通风调压装置或调整通风系统，降低漏风通道两端的风压差，减少漏风量。主要方式有调节风窗调压、调压风机调压及风窗-调压机联合调压。合理控制风速风速过小会导致供氧不足，风速过大则会使热量难以积聚。一般认为，当风速控制在0.1～0.24米/分钟时，煤最易发生自燃，需通过通风管理避免此风速区间。01煤堆管理措施控制堆放密度与高度合理控制煤炭堆放密度，避免过于密集堆放导致热量积聚。煤堆高度不宜过高，一般不超过3米，以降低自燃风险。02规范堆放时间煤体堆放时间不宜超过三个月，对于三个月以上未能开采的煤层或煤堆，应采取覆盖沙子或喷洒阻化剂等措施。03压实与覆盖处理对长期堆放的煤堆进行压实处理，减少煤体孔隙率，阻断空气进入。可采用沙子、黏土或阻燃材料覆盖煤堆表面，隔绝氧气。04定期检查与翻倒定期对煤堆进行巡查，监测温度变化，对可能发热的煤堆进行翻倒散热，破坏热量积聚条件，防止自燃发生。

预防性灌浆与阻化剂应用预防性灌浆技术原理将水与浆材按比例混合制成浆液，通过管路注入可能自燃区域，形成隔绝氧气的覆盖层并冷却煤体，适用于老空巷道区及较大范围火区。

阻化剂作用机制阻化剂吸附于煤表面形成抗氧化物保护膜，降低吸氧能力并抑制低温氧化活性，同时通过溶液蒸发吸热实现降温，如氯化钙、氯化镁等。

现场应用工艺要点灌浆材料宜选用黄土或粉煤灰，浓度控制在60%-70%；阻化剂可制成泥浆喷洒，对三个月以上未开采煤层表面喷洒厚度不低于10厘米，或采用钻孔注浆方式深入煤体深部。

适用条件与注意事项预防性灌浆适用于采空区、煤柱等隐蔽区域；阻化剂对高硫煤及破碎煤体效果显著。施工中需避免浆液沉淀堵塞管路，同时监测煤体含水率变化以防反向催化。06煤炭自燃的治理措施水消法

浇灌封填结合法采用水浇灌与推土机封填相结合的方式，形成泥浆或粘土隔氧覆盖层，适用于老空巷道区及较大范围火区，能有效起到防火灭火作用。

高压水劈头浇灌法往采煤工作面火区上方用高压水劈头浇灌，通过冷却降温及隔氧实现灭火，该方法适用于小范围浅部火区。

水渠渗透法在煤层表面构筑纵横交错的水渠，使水逐渐向下渗透并从缝隙扩散至煤体深部，均匀湿润煤体，达到扑灭深部燃烧煤体的目的。强行采出法方法定义与核心原理强行采出法是通过电铲或前装机直接挖除着火煤层，使其在大气中自然冷却，再用土岩覆盖的直接灭火方法，核心是快速移除热源并隔离氧气。适用条件与场景适用于着火范围不大、位于表面或露天矿工作帮的火区，尤其适合向前推进的工作面；不适用于保安煤柱、重要设施区域及深部燃烧火区。实施步骤与关键技术首先确定燃烧范围，边浇水降温边挖掘着火煤层，排弃至排土区后推至台阶下覆盖土岩，需确保挖掘运输设备不受高温影响。优势与局限性分析优势：直接有效、成功率高、工艺简单；局限性：对设备耐高温要求高，大面积或深部火区处理难度大，可能引发扬尘和有害气体扩散。覆盖法黄泥灌浆覆盖将水与黄泥按比例混合制成浆液，通过管路灌注到火区或易自燃区域，形成泥浆覆盖层，隔绝空气与煤体接触，抑制氧化反应。适用于老空巷道区及较大范围火区。粘土封闭覆盖采用推土机将粘土推覆在着火煤层或煤堆表面，形成致密的隔氧层，阻止氧气渗入。常用于非工作面遗留的三角煤体、铁路设施下方煤柱及采空区的覆盖处理。土岩堆堵覆盖利用电铲或前装机将土岩物料堆堵在火区周围或直接覆盖在燃烧煤体上，通过物理阻隔作用隔绝氧气，并利用土岩的导热性带走部分热量。适用于露天矿工作帮较小范围火区或排土场煤堆的灭火处理。

阻化剂灭火法

阻化剂灭火法的材料组成阻化剂灭火法通常采用粉煤灰、黄土及促凝剂、阻化剂等材料，制成阻化泥浆，通过大型泥浆喷洒设备应用于煤层。

阻化剂灭火法的作用机理该方法能对煤层起到封闭和阻化作用，隔绝空气并阻止煤层氧化，从而达到防火灭火的目的，同时具有工艺简单、经济适用的特点。

阻化剂灭火法的适用场景适用于露天矿到界台阶或长时间不需推进的煤台阶上裸露原煤的灭火，可起到永久性灭火的作用。

普瑞特防灭火技术技术核心原理普瑞特防灭火技术集氮气、凝胶、三相泡沫、阻化剂等防灭火技术优点于一体，生成的凝胶以泡沫为载体向火区的中、高位火点堆积扩散。

关键技术优势所到之处凝胶均能有效覆盖黏附浮煤裂隙，对火区煤体吸热降温并持久保持煤体湿润冷却，同时有效封堵漏风通道；泡沫中的氮气缓慢释放，避免了单独注氮时氮气容易散失的缺点，持久保持火区的惰化。

阻化剂协同作用材料添加剂中含有的阻化剂能长久对煤体阻化，防治煤体氧化升温；泡沫中的水固结在凝胶体内，避免泡沫易溃浆的缺点。钻孔注浆

技术原理与作用通过向煤层内部钻孔，注入泥浆、阻化剂等材料，填充煤体裂隙，隔绝氧气并降低煤体温度，抑制氧化反应，达到灭火和防火目的。

施工工艺要点沿着火煤层走向布置钻孔，探测内部温度后采用小水量逐渐渗透注浆。适用于深部燃烧煤体，可使浆液均匀扩散至煤体深部，形成稳定隔氧降温层。

材料选择与应用常用材料包括粉煤灰、黄土、促凝剂及阻化剂混合制成的阻化泥浆，利用大型泥浆喷洒设备实施。该方法工艺简单、经济适用，适用于到界台阶或长期不推进煤台阶的永久性灭火。

现场应用条件适用于处理采空区、老空巷道区及较大范围火区，尤其在煤体深部燃烧且其他方法难以有效覆盖时，能通过钻孔直达火源核心区域发挥作用。07露天矿煤炭自燃防治案例分析

哈尔乌素露天矿案例矿山概况与自燃背景哈尔乌素露天矿于2022年1月正式成立，地表境界南北宽7.03km，东西长9.59km，面积67.45km²，可采原煤储量1710.97Mt，煤层平均厚度28.8m，煤质为中灰、低硫、特低磷、高挥发分、中高发热量、灰熔点高的优质动力煤，设计生产能力为年产原煤20.00Mt。2022年3月份，矿坑内非工作帮下部煤炭开始自燃发火，严重威胁矿山日常安全生产工作。

自燃造成的主要危害一是影响边坡稳定，北端帮因煤自燃破坏原设计边坡角度，易发生台阶塌方、滑坡事故，增加日常边坡管理难度；二是危害人员健康与环境，作为深凹露天矿，自燃产生的大量有毒有害气体难以排出坑外，污染环境，影响作业人员身体健康及设备操作人员视线；三是造成经济损失，2022年3月至7月纯燃烧掉的煤炭近1000吨，直接经济损失达50万元。

自燃原因分析露天煤矿具有自燃倾向性的大量煤炭长期暴露于空气中，受外界环境风化及开采震动影响，煤体破碎松动，外界含氧空气渗入发生煤氧复合作用并释放热量，因煤体体积较大导致热量积聚，反过来加速氧化反应使煤体温度不断上升，当达到煤的着火温度（300-350℃）时引发自燃。矿坑概况与自燃背景抚顺西露天矿案例抚顺西露天矿自1914年开采，形成东西6.6公里、南北2.2公里、垂直深度400米的矿坑，总面积达11平方公里。矿田内存在不对称向斜构造及六条较大断层，平峒采区受边坡近、旧巷漏风、采空区氧化等影响，自燃发火严重，成为重大安全生产隐患。可燃物特性与自燃机理矿坑内可燃物主要为煤（长焰煤、气煤一号，挥发分42%，自燃倾向性高）和油母页岩（含油率高，松散系数1.5，低温氧化放热显著）。煤中"化学活性分子团"及油母页岩中烷类物质易吸附氧气，氧化产热积聚，当温度达300-500℃时引发自燃，其自燃过程需经历潜伏期、自热期、加速氧化期至自燃期四个阶段。自燃危害表现自燃导致边坡岩体强度降低，破坏原设计边坡角度，易引发塌方、滑坡事故；产生大量有毒有害气体（CO、SO₂等），因深凹矿坑地形难以排出，危害作业人员健康并影响设备操作视线；2022年3-7月纯燃烧煤炭近1000吨，直接经济损失约50万元。防治技术与监测手段针对自燃隐患，采取巷壁钻孔高压注水注浆、地面垂直孔注浆等措施；提出采用红外热成像系统结合同位素测氡、钻孔测温技术，精准圈定高温自热区和自燃区。通过破坏可燃物自燃的"易氧化特性、连续供氧、热量积聚"三个必要条件，实现对矿坑自燃的有效控制。

乌鲁木齐硫磺沟煤田案例案例背景与自燃概况乌鲁木齐硫磺沟煤田自燃历史悠久，从清代至2003年持续燃烧，是我国煤田自燃灾害的典型代表。该煤田因煤质具有较强自燃倾向性，加之露天暴露、地质构造复杂等因素，导致自燃现象长期存在，对当地生态环境和资源造成严重破坏。

自燃危害与影响硫磺沟煤田自燃不仅燃烧掉大量优质煤炭资源，还产生大量有毒有害气体（如CO、SO₂等），污染大气环境，危害周边居民身体健康。同时，自燃导致地表塌陷、植被破坏，形成烧变岩地貌，加剧了区域生态恶化。

治理措施与成效针对硫磺沟煤田自燃，相关部门采取了注液氮、灌浆等综合灭火措施，通过降低煤体温度、隔绝氧气等方式