矿防治采空区自燃发火的设计方案及措施培训课件

矿防治采空区自燃发火的设计方案及措施培训课件勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01采空区自燃发火概述02采空区发火重点预防区域分析03氮气防灭火制定方案04开采技术预防自燃发火措施CONTENTS目录05通风与堵漏措施防治自燃发火06监测预警系统建设与应用07应急处置与管理措施01采空区自燃发火概述采空区自燃发火的定义与危害采空区自燃发火的定义采空区自燃发火是指煤矿开采后遗留的采空区内，煤炭在自然状态下因氧化作用产生热量积聚，当温度达到煤的着火点后发生的自燃现象。自燃发火的形成过程煤炭自燃过程分为潜伏期、自热阶段和燃烧阶段。自热阶段煤体温度逐渐升高，出现一氧化碳等气体，产生特殊气味；燃烧阶段煤体温度急剧上升并引发燃烧。对人员安全的威胁自燃发火产生的一氧化碳、二氧化硫等有毒有害气体，会导致井下作业人员中毒、窒息，甚至引发瓦斯爆炸等次生灾害，造成重大人员伤亡。对资源与环境的危害自燃发火不仅烧毁大量煤炭资源，造成资源浪费，还会破坏矿井设备设施，污染大气环境，影响矿井正常生产秩序，带来巨大经济损失和不良社会影响。煤炭自燃的三个阶段煤炭自燃的过程与机理煤炭自燃过程可分为潜伏期、自热阶段和燃烧阶段。潜伏期煤体氧化缓慢，热量未积聚；自热阶段氧化加速，温度升高并产生CO等气体；燃烧阶段温度达临界值（70～100℃）后，煤体着火并释放大量热能。煤炭自燃的主要机理煤炭自燃主要是煤体与氧气发生氧化反应的结果。煤中不饱和酚基等成分易与氧结合，释放热量；若散热条件差，热量积聚导致温度持续升高，最终达到着火点引发自燃。黄铁矿等杂质的氧化也会加速这一过程。采空区自燃"三带"划分U型通风系统采空区按漏风和遗煤自燃可能性分为三带：散热带（5~20m，漏风大、散热快）、自燃带（20~70m，漏风适中、易积热）、窒息带（漏风小、氧浓度低）。自燃带是防灭火的关键区域。自燃的必要条件煤炭自燃需同时满足四个条件：存在一定数量的可燃碎煤、充足的氧气供应、良好的热量积聚环境（漏风风速适中）、持续的氧化反应时间。阻断任一条件即可预防自燃。

采空区自燃发火的影响因素煤体自身属性因素煤的自燃倾向性是基础，主采下10#煤层属自燃的特厚煤层，其氧化升温特性是采空区发火的内在原因。煤体破碎程度越高，如遗留浮煤、煤柱裂隙，与空气接触面积越大，氧化反应越易发生。

漏风供氧因素通风系统不完善或封闭不严实易形成漏风通道，为采空区提供氧气。如已封闭的老采空区因漏风通道存在自燃风险；工作面推动速度缓慢时，采空区漏风时间延长，加剧氧化。

热量积聚因素采空区浮煤清理不干净、顶板冒落不充分，易形成热量积聚环境。当漏风风速适中（既提供足够氧气又不及时带走热量）时，煤氧化生成的热量大于散失热量，温度持续升高至自燃点。

开采技术与管理因素回采率低导致大量遗煤，采空区封闭不及时（如超过45天未永久性封闭），以及采面推进速度慢（月推进速度低于25米）等，均会增加自燃发火可能性。02采空区发火重点预防区域分析工作面概况与开采进度1860水平南翼回采工作面风险评估

1860水平南翼回采工作面于2021年3月正式开始回采，计划2021年4月份回采完毕。该工作面开采下10#煤层，属自燃的特厚煤层，采空区自燃发火风险较高。主要风险因素分析

1.浮煤清理不彻底：采空区遗留浮煤易氧化升温，是自燃发火的物质基础；2.工作面推进速度缓慢：若推进速度低于安全阈值，采空区遗煤暴露时间延长，氧化热量易积聚；3.采空区封闭不严实：可能形成漏风通道，为遗煤氧化提供氧气，加剧自燃风险。关联区域风险传导

该工作面采空区与1860水平北翼首采面存在类似风险特征，且已封闭的老采空区若存在漏风通道，可能引发连锁自燃反应，需进行系统性风险防控。

1860水平北翼首采面风险评估

风险特征分析1860水平北翼首采面与现北翼二巷存在类似问题，采空区浮煤清理不彻底、工作面推动速度缓慢及封闭不严实等因素，可能导致自燃发火。

风险区域判定该工作面采空区、煤柱及地质构造附近为重点预防区域，若存在漏风通道，易形成氧化升温环境，增加自燃风险。

风险等级评估结合煤层自燃倾向性及开采条件，评估为中等风险区域，需采取针对性防控措施，确保采空区氧气浓度及温度处于安全范围。已封闭老采空区风险评估风险成因分析已封闭的老采空区由于漏风通道存在，可能导致氧气进入，使遗留煤体氧化升温，存在自燃发火的可能性。风险区域识别重点关注历史上回采完毕后封闭的采空区，特别是封闭时间较长、封闭质量不佳以及与现有生产区域存在潜在漏风联系的区域。评估方法与指标通过定期检查密闭情况，测定采空区回风巷道和可能发热地点的温度、风量，以及对采空区空气试样进行气体成分分析（如氧气、一氧化碳浓度等）来评估风险。03氮气防灭火制定方案

氮气防灭火概况氮气防灭火系统应用背景矿井主采下10#煤层属自燃特厚煤层，采空区存在浮煤氧化自燃风险，故采用以注氮为主的防灭火系统，配套DQ-200型地面制氮设备保障防灭火需求。

制氮设备技术参数DQ-200型制氮机氮气产量达200m³/h，氮气纯度≥97%，可满足井下采空区注氮防灭火的气量与纯度要求，为抑制煤自燃提供可靠气源。

氮气输送与注氮工艺氮气经地面制氮机通过6100mm管道输送，在1003回采工作面上、下顺槽埋设108mm（或70mm）钢管，每隔30米设三通，需注氮时接通管路实施作业，采煤队需保护好注氮管确保埋管质量。

注氮适用条件当采煤工作面推进速度慢，采空区自燃发火隐患大时，必须采用向采空区注氮措施，作为防治煤层自然发火的主要手段之一。01氮气防灭火工艺氮气源及输送系统氮气源由井上DQ-200型制氮机提供，通过直径6100mm管道输送，氮气纯度达97%以上，小时注氮量200m³，经井下6100mm主管道及工作面顺槽108mm（或70mm）支管注入采空区。02注氮适用条件与启动标准当采煤工作面推进速度慢（低于25米/月）、采空区自燃发火隐患大时，必须实施注氮。注氮作为采空区防治煤层自然发火的主要措施之一，需严格按操作规程执行。03采空区埋管布置方案在1003回采工作面上、下顺槽埋设直径108mm（或70mm）钢管，每隔30米设置一个三通。埋管期间采煤队需保护管路完好，防止碰撞损坏，确保注氮时能快速接通主管与埋管。04注氮与通风系统协同要求1003工作面通风路线为：主斜井→井底车场→轨、皮下山→1003进风顺槽→工作面→1003回风顺槽→回风下山→总回斜井→地面。注氮期间需确保通风系统稳定，避免氮气与风流紊乱影响防灭火效果。

注氮气可靠性计算01制氮设备主要技术指标DQ-200型制氮设备氮气产量为200m³/h，氮气纯度不低于97%，可满足井下防灭火注氮需求。

02输氮系统管路阻力损失计算采用公式P21-P22=0.0056(Qmax/1000)*L计算管路阻力损失，其中Qmax为最大输氮量（m³/h），L为管路当量长度（km），确保输氮系统满足设计要求。

03安全氧含量验证依据计算，当工作面或巷道风量大于26.7m³/min时，即使3.33m³/min的氮气泄漏，氧气含量仍可维持在20.44%，高于18.5%的安全氧含量标准。

04采空区注氮量计算火区空间体积Vk=LI[h(l-a)+m]，以走向长度15m、倾斜长度72m、采高6m计算，Vk=6480m³，需注氮9720m³，制氮机工作约49小时可满足需求。

注氮操作办法注氮前准备与检查注氮前通风部需与采煤队配合，检查氮气管路、附属安全装置及各阀门开闭状况，确保制氮装置完好。巡管路人员需确认管路完好并汇报调度室，由调度室通知采煤队当班第一安全负责人和专职瓦检员。

注氮启动流程准备工作就绪后，制氮机组操作人员通知调度室，经同意后，采面注氮人员打开注氮阀门，同时通知制氮机司机按规定时间及质量要求开机制氮、送氮。

制氮机运行监控制氮机司机需严格按操作规程操作，监守岗位，随时观察氮气压力、浓度及机组阀门状态，确保机组正常运行及氮气纯度≥97%。注氮前准备与检查注氮安全措施注氮前通风部巡管路人员必须巡视管路完好状况，确认完好后汇报调度室。由调度室通知采煤队工作面当班第一安全负责人和采面专职瓦检员，同时检查管路、注氮位置和各阀门开关状况是否符合要求。阀门管理与警示标识为防止注氮管路开关被随意开关，应在阀门上挂上“注氮危险，勿动”文字警告牌，并对所有开关加锁。定期对氮气出口的安全阀进行可靠性检测。气体浓度监测与应急响应采空区防火注氮时，在进风顺槽挂上“工作面正在注氮”警告牌，通知三班作业工人。专职瓦检员监测工作面上隅角、回风顺槽氧气浓度，氧浓度降到18.5%时，马上通知制氮机司机停止注氮，撤离人员。同时测定工作面、回风流及采面上隅角一氧化碳、二氧化碳、沼气及气温，异常时立即汇报。管路检漏与故障处理注氮期间，通风部安排专人携带测氧仪全面检查输氮管路严密性，开始注氮后两人沿管路检漏，注氮期间每人巡视一遍。发现氮气泄漏马上组织排除故障，漏气严重时立即停止注氮并关闭最近阀门，处理时严禁人员口鼻正对漏气点。特殊情况应急处置注氮过程中如主扇停风，瓦斯检查员或采一队值班队长应立即组织人员撤至进风巷，并通知制氮车间停止注氮。注氮结束后，持续检测工作面及回风流的各种气体浓度。顶板垮落预防与人员防护做好采面顶板垮落猜测预报工作，顶板大面积垮落前强化气体监测，垮落时工作面及回风巷人员撤到进风巷安全处。所有相关人员必须经学习培训，严格按措施执行。04开采技术预防自燃发火措施

开拓开采技术总要求提高回采率减少丢煤通过优化开采工艺，如长壁式采煤法，提高煤炭回采率，减少采空区遗留浮煤量，从源头上降低自燃物质基础。

消除自燃供氧条件采用无煤柱开采技术、合理布置巷道（如岩石巷道），减少采空区与外界的漏风通道，控制氧气进入，抑制煤体氧化。

缩短煤炭氧化时间窗口通过加快工作面推进速度（如月推进速度不低于25米/月），将破碎煤体暴露于空气的时间控制在自燃发火期以内。

合理确定开拓与采煤方法选择后退式U型或W型通风系统，推广分层巷道垂直重叠、分采分掘布置，采用充填法等合理顶板管理方法，降低自燃风险。合理确定开拓方式与采煤方法开拓方式选择原则以最小煤层暴露面、最大煤炭回采率、最快回采速度为核心原则，优先采用岩石巷道布置，减少煤层巷道揭露范围，降低自燃风险。采煤方法优化策略推广长壁式采煤法，采用后退式开采顺序，如U型或W型通风系统，缩短工作面暴露时间，减少采空区遗煤量。无煤柱开采技术应用实施区段巷道分采分掘布置，推广无煤柱开采，避免煤柱受压破碎形成漏风通道，如上下区段分采分掘可有效隔离采空区。顶板管理与采空区处理采用全部垮落法或充填法管理顶板，确保采空区顶板及时冒落压实，减少漏风；回采后45天内完成永久性封闭，切断供氧条件。

1003工作面快速推动防灭火措施快速推动的核心要求将月推动速度不低于25米/月作为1003回采工作面防治煤层自燃发火的主要措施之一，通过缩短煤炭在采空区的暴露时间，从根本上杜绝采空区浮煤自燃条件。

快速推动的配套保障加强生产组织管理，优化采煤工艺，确保综采设备高效运转，减少工作面停滞时间。同时，强化各生产环节的协同配合，避免因工序衔接不畅影响推进速度。

特殊情况应对措施当受煤炭减产或其它因素影响，工作面推动速度达不到25米/月时，必须立即启动向采空区实施注氮（注浆或注水）的防灭火补充措施，确保防灭火效果。采空区处理技术采空区充填技术采用水砂、粉煤灰等材料填充采空区，减少煤体暴露和漏风通道，抑制自燃。如某矿通过凝胶充填带隔绝采空区，有效降低氧气浓度至12%以下。采空区封闭技术回采工作面结束后45天内进行永久性封闭，采用密闭墙+注浆加固方式隔绝空气。已封闭老采空区需定期检查密闭完整性，防止漏风引发自燃。均压防灭火技术通过调节风窗、风机联合调压，平衡采空区内外气压差，减少漏风。某矿采用U型通风系统配合均压措施，使采空区漏风量降低40%以上。采空区监测技术布设温度、气体传感器实时监测采空区环境，当氧气浓度低于18.5%或一氧化碳浓度超标时自动预警。结合三维数字化建模实现立体精准监测。05通风与堵漏措施防治自燃发火

选择合理的通风系统矿井及采区通风系统优化依据矿井规模、煤层赋存条件及开采方式，设计前进式或后退式通风系统，实现分区通风，减少采空区漏风风险，保障风流稳定可控。

工作面通风系统选型工作面较短时优先采用后退式U型通风系统；工作面较长时可选用后退式W型通风系统，有效控制采空区漏风，降低自燃发火隐患。

通风构筑物合理布置科学设置风门、风窗等通风构筑物，避免在煤柱裂隙等漏风通道附近布置，减少采空区漏风，如合理确定巷道AB间煤柱裂隙区域的通风设施位置。1003工作面通风路线

1003工作面通风路线构成主斜井→月底车场→轨、皮下山→1003进风顺槽→工作面→1003回风顺槽→回风下山→总回斜井→地面。

通风系统设计目的通过合理规划风流路径，确保工作面氧气供应充足，同时有效排出瓦斯、一氧化碳等有害气体，降低采空区自燃发火风险。

通风系统与防灭火协同作用该通风路线为1003工作面采空区注氮防灭火措施提供基础条件，注氮管路沿进风顺槽铺设，与通风系统配合形成立体防灭火体系。合理确定通风构筑物位置增阻减少漏风防灭火

通风构筑物位置选择需避免形成漏风通路。例如，巷道煤柱存在裂隙时，不合理的构筑物位置可能加剧漏风，需通过优化布局减少风流短路。沿空巷道挂帘布堵漏

在沿空巷道采用挂帘布措施，可有效阻挡风流进入采空区。帘布材料需具备阻燃、抗静电特性，安装时确保与巷道壁紧密贴合，减少漏风面积。飞灰充填带隔绝采空区

利用飞灰材料充填采空区形成隔离带，阻断漏风通道。飞灰需具有良好的压实性和密封性，充填过程中应控制灰浆配比，确保充填体强度与致密性。水砂充填带隔绝采空区

通过向采空区注入水砂混合物形成充填带，利用其自重压实封闭漏风裂隙。水砂比例需根据采空区空间特性调整，确保充填体均匀覆盖易漏风区域。喷涂空气泡沫防漏风

在巷道表面或采空区边缘喷涂空气泡沫，形成密封层阻断漏风。泡沫材料应具备良好的附着性和耐久性，施工时需均匀覆盖所有可能漏风的缝隙。凝胶堵塞漏风技术

采用凝胶材料注入漏风通道，通过化学反应形成固态封堵体。凝胶需具有低粘度、高膨胀率特性，适用于复杂裂隙漏风的快速封堵，有效降低漏风风速。

均压减少漏风防灭火调节风窗调压原理在风路上设置调节风窗，可使风窗上风侧风流压能增加，下风侧压能降低，通过改变风路压力分布减少漏风。其阻力和分支地位决定压力变化幅度，风量减小使压力坡度线变缓。

风机调压原理通过在特定位置安装风机，利用风机产生的风压改变局部风路的压力状况，从而调整漏风方向或减少漏风量，达到均压防灭火的目的。

风窗-风机联合调压原理采用风窗与风机联合作用的增压调节方式，使两调压装置中间风路的风流压能增加，能更灵活有效地控制漏风，提升均压防灭火效果。06监测预警系统建设与应用监测方法与手段选择气体监测技术采用气体传感器实时监测采空区内氧气、一氧化碳、二氧化碳、乙烯等气体浓度变化，其中乙烯（C2H4）是煤温达80-120℃后产生的特征气体，可作为自燃发火的关键判断指标。温度监测系统通过布置温度传感器对采空区温度进行实时监测，及时发现异常温升。当采空区温度超过预警值时，系统自动发出警报，为早期干预提供数据支持。视频监控手段在关键区域设置摄像头，实时监控采空区内是否出现烟雾、明火等异常情况，结合气体和温度监测数据，实现多维度协同预警。束管监测系统由地面色谱分析系统和井下取样系统组成，定期采集采空区空气试样进行分析，通过气体成分变化预测自燃发火趋势，是矿井常用的早期预测技术。

指标气体监测与分析常用指标气体类型煤炭自热过程中生成的CO、CO2、C2H4、CH4、C2H6、C2H2等气体的浓度与煤体温度存在对应关系，可作为判断煤自燃开展程度的指标。

关键指标气体特性CO是煤氧化早期产物，可作为早期预警指标；乙烯(C2H4)一般在煤温达80~120℃后产生，且矿井大气中通常不含乙烯，检测到乙烯说明已有煤炭在自燃。

气体分析法指标包括煤氧化产生的气体成分（如CO、C2H4），以及气体浓度变化或气体之间的比值关系，如格雷哈姆系数、烯炔比(C2H4/C2H2)、链烷比(C2H6/CH4)等。

预警系统组成与工作原理01预警系统核心组成部分系统由传感器监测层、数据采集传输层、数据处理分析层及报警响应层构成，实现采空区自燃发火的实时监测与预警闭环管理。

02多参数监测技术应用采用气体传感器（监测O₂、CO、CO₂等浓度）、温度传感器（实时采集煤体温度）及视频监控（捕捉烟雾、明火），全面感知采空区环境变化。

03数据处理与分析机制通过地面监控中心对采集数据进行实时分析，结合煤自燃指标气体（如CO、C₂H₄）浓度变化及温度梯度，判断自燃发展阶段并触发相应预警。

04预警响应触发流程当监测参数超过设定阈值时，系统自动发出分级预警信号，同步推送至调度室及相关负责人，指导采取加强通风、注氮降温等针对性处置措施。07应急处置与管理措施井下采空区自燃发火应急预案概述

应急预案编制目的与意义通过及时有效的应急响应，确保井下作业人员安全撤离，防止火势蔓延，最大限度减少人员伤亡和财产损失，维护矿井正常生产秩序。

预案适用范围与对象适用于煤矿井下采空区自燃发火的应急处置工作，适用对象包括煤矿企业、井下作业人员及应急救援队伍等相关单位和人员。

预案启动条件监测到采空区温度异常升高达到预警值、出现烟雾或明火、一氧化碳等气体浓度超标等自燃征兆时，立即启动本预案。应急组织体系与职责分工应急指挥部设置及人员组成设立在矿山安全监管部门，由矿长任总指挥，安全副矿长任副总指挥。成员单位包括生产技术部、通风安全部、机电运输