故县联营煤矿采空区遗煤自燃治理培训课件

故县联营煤矿采空区遗煤自燃治理培训课件勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01煤矿采空区遗煤自燃概述02故县联营煤矿201综放面火情概况03采空区遗煤自燃防治技术原理04故县联营煤矿防治技术措施应用CONTENTS目录05先进防灭火技术介绍06监测预警与应急响应07防治工程质量控制与管理08案例总结与经验启示01煤矿采空区遗煤自燃概述

煤自燃的定义与成因煤自燃的定义煤自燃是指煤炭在无需外界点火的情况下，因自身氧化产热并积聚，当温度达到燃点（通常300℃以上）而自行着火的现象，是煤矿生产中的主要灾害之一。

煤自燃的核心机理目前广泛认可的“煤氧复合假说”认为，煤自燃主要是煤与空气中的氧气发生物理和化学复合作用，持续产生热量，若热量无法及时散发，导致温度不断升高而引发自燃。

煤自燃的必要条件煤自燃需同时满足四个条件：煤具有自燃倾向性且呈破碎堆积状态；存在连续通风供氧（氧气浓度一般需10%-18%）；热量易于积聚（风速通常在0.1～0.24米/分钟时最易蓄热）；以及持续一定的时间（即自然发火期）。

我国煤自燃的严峻现状我国大中型煤矿中，自然发火危险程度严重或较严重的煤矿占比高达72.86%，西北、东北、华东等地区每年因煤自燃损失煤炭资源约2亿吨，且易诱发瓦斯（煤尘）爆炸等次生灾害。煤炭资源大量损失采空区遗煤自燃的危害

采空区遗煤自燃会直接烧毁大量煤炭资源，据统计，我国每年因煤自燃损失的煤炭资源高达2亿吨左右，严重影响煤炭资源的有效利用。威胁井下人员生命安全

煤自燃会产生大量有毒有害气体，如一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO₂）等，这些气体容易导致井下人员中毒、窒息，甚至引发瓦斯（煤尘）爆炸等恶性事故，造成重大人员伤亡。引发次生灾害风险

采空区遗煤自燃可能引发瓦斯爆炸、煤尘爆炸等次生灾害，不仅会损坏井下设备设施，还可能导致矿井停工停产，甚至造成矿井报废，给煤矿企业带来巨大的经济损失。破坏矿井正常生产秩序

为处理采空区遗煤自燃事故，煤矿企业需要投入大量的人力、物力和财力进行灭火、抢险和恢复生产，这会严重干扰矿井的正常生产秩序，降低生产效率，增加生产成本。我国煤矿采空区自燃现状自燃矿井比例高，灾害影响范围广我国130余个矿区中，开采自燃煤层的矿井占比达65%以上；易自燃煤层占总煤层面积的90%以上，85%以上的煤矿火灾由采空区遗煤自燃引起，西北、华北、东北、华东及华南地区均受影响，其中西北地区最为突出。资源损失与安全威胁严重每年因煤自燃造成的煤炭资源损失高达2亿吨左右，不仅浪费资源，还可能引发瓦斯、煤尘爆炸等次生灾害，严重威胁井下人员生命安全，制约矿井高效发展。开采技术发展加剧自燃风险随着综采、综放等技术推广，采空区遗煤增多、漏风量增加，为煤炭缓慢氧化和蓄热自燃提供了条件。例如，放顶煤开采方法遗煤率约为5%，工作面端头遗煤量更大，复合灾害危险性显著增大。02故县联营煤矿201综放面火情概况

工作面基本情况矿井及煤层概况襄垣故县联营煤矿属低瓦斯矿井，生产能力为600kt/a。主采3号煤层，埋藏深度较浅，距地表约150m，地表漏风情况较严重。3号煤层为特低硫、低灰、高热值的瘦煤，煤样吸氧量0.9447ml/g，自燃倾向性鉴定等级为III类（不易自燃煤层）。

201综放面参数工作面东为已封闭的井田边界探巷，西为202准备工作面。工作面长度126m，走向长度553m，于2008年12月1日投产，截至2009年6月29日发现火情时推进320m，距停采线尚有233m。

工作面火情发展趋势2009年6月29日监测显示，201综放面上隅角CO浓度为18ppm；至7月7日，CO浓度上升至35ppm，9天内递增17ppm。现场未见烟雾和明火，表明采空区遗煤处于氧化自燃初期阶段。火情监测与发展趋势初期火情发现与特征2009年6月29日，201综放面上隅角监测到CO浓度为18ppm，瓦斯浓度0.56%；至7月7日，CO浓度上升至35ppm，9天内递增17ppm，未见烟雾和明火，表明遗煤处于氧化自燃初期阶段。火源位置精准判断通过在202准备面回风顺槽布置3个钻孔取气分析，结合工作面沿程CO浓度测定（上隅角最高38ppm，第12架处降为0ppm），判定火源位于采空区回风顺槽距采面数十米处，处于氧化自燃初期。气体监测数据变化趋势监测显示CO浓度从上隅角至第12架快速递减（38ppm→0ppm），进风顺槽及采空区中部无火情；乙烷为煤体固有成分，非氧化产物，进一步排除其他区域发火可能。

发火原因分析

煤自燃倾向性基础条件根据山西省煤炭工业综合测试中心检验报告，3号煤层煤样吸氧量为0.9447ml/g，自燃倾向性鉴定等级为III类，属不易自燃煤层，但仍具备自燃可能性。

采空区漏风供氧关键因素3号煤层埋藏深度较浅（距地表约150m），地表漏风情况较严重，采空区封闭不严形成持续漏风通道，为遗煤氧化自燃提供了必要的氧气条件。

遗煤氧化蓄热环境采空区遗煤在采动影响下呈破碎状态，氧化表面积增大，且采空区自燃带（氧气浓度10%-18%）范围较大，若热量无法及时散发，易形成蓄热环境导致温度持续升高。

工作面推进与停采影响201综放面发现火情时推进320m，距停采线尚有233m，若工作面推进速度减慢或封闭不及时，遗煤长期处于氧化环境中，自燃概率显著升高。钻孔气体分析定位法火源位置判断在202准备面回风顺槽对应201综采面采空区布置3个钻孔，孔径56mm，孔间距30m，采用真空泵取气样分析。结果显示1、2、3号孔一氧化碳、乙烯、乙炔分别为0.003265%、0.002497%、0.001623%，证实进风顺槽一侧及中部无火情，乙烷为煤体固有成分。工作面CO浓度梯度追踪从201综放面上隅角沿工作面至进风顺槽布置测点，检测显示上隅角CO最高浓度38ppm，第2架18ppm，第5架4ppm，第12架及以远为0ppm，CO浓度在18m范围内快速递减，锁定火源位于采空区回风顺槽距采面数十米处。发火阶段判定结合CO浓度9天内从18ppm升至35ppm，且未见烟雾和明火，判定火源处于氧化自燃初期阶段，尚未进入急剧氧化自燃阶段，为后续治理争取了时间窗口。03采空区遗煤自燃防治技术原理01煤自燃的必要条件具有自燃倾向性的破碎煤体煤必须具有自燃倾向性，且呈破碎状态堆积。故县联营煤矿3号煤层虽属不易自燃煤层（III类），但破碎后仍有自燃可能，遗煤是自燃的物质基础。02连续的通风供氧条件必须有含氧量较高的风流持续稳定供应。采空区封闭不严导致漏风，为遗煤氧化提供氧气，如故县联营煤矿因地表漏风使采空区供氧充足。03热量易于积聚的环境煤氧化产生的热量无法及时散发，形成蓄热环境。采空区氧化升温带（氧气浓度10%-18%）风速适宜（0.1～0.24米/分钟），易导致热量积聚。04持续一定的时间从煤层被开采破碎接触空气到自燃需经历自然发火期。煤的自然发火期受煤质、堆积状态、通风等因素影响，需一定时间完成氧化蓄热过程。

采空区自燃"三带"划分理论三带划分定义与标准采空区自燃"三带"指根据氧气浓度、漏风速度和蓄热条件划分的散热带、氧化升温带和窒息带。临界氧气浓度和渗流速度是主要划分依据，其中氧化升温带是煤自燃高发区域。

散热带特征与范围位于采空区靠近工作面侧，漏风量最大，氧气浓度最高，但风速大导致热量难以积聚，不具备自燃条件。其范围受工作面推进速度和通风方式影响。

氧化升温带特征与风险处于散热带与窒息带之间，氧气浓度10%-18%，风速适中（0.1-0.24米/分钟），热量易积聚，是采空区最易发生煤自燃的区域，需重点监测与防控。

窒息带特征与稳定性位于采空区深部，氧气浓度低于煤炭自燃临界值（通常<7%），虽温度可能较高，但因缺氧无法持续氧化，自燃风险最低，是相对稳定区域。

防治技术的核心思路控制漏风供氧通过构筑高质量密闭墙、实施均压通风、地面裂缝封堵等措施，减少采空区漏风，切断遗煤氧化的氧气供给，如故县联营煤矿针对地表漏风采取地面填充措施。

降低氧气浓度向采空区注入氮气、二氧化碳等惰性气体，将氧气浓度控制在煤炭自燃临界值以下（通常<7%），抑制煤氧复合反应，例如采用ZR1000型二氧化碳发生器进行惰化处理。

覆盖隔离热源利用黄泥灌浆、三相泡沫、普瑞特凝胶等材料，包裹遗煤、覆盖火源，隔绝氧气并吸收热量，如普瑞特防灭火专用液可固结90%以上水分形成凝胶层，持久保持煤体湿润。

监测预警联动建立人工监测（如每班检测O₂、CO浓度）与自动监测（传感器实时监控）相结合的体系，及时发现CO浓度异常（如超过24ppm）等发火征兆，启动应急响应。04故县联营煤矿防治技术措施应用二氧化碳防灭火技术技术原理通过向采空区注入二氧化碳，降低氧气浓度至煤炭自燃临界值以下（通常<7%），同时利用二氧化碳气化吸热特性降低煤体温度，破坏自燃条件。设备选型与参数选用ZR1000型二氧化碳发生器，额定产气量1000m³/h，气体纯度98%；原材料采用93%以上浓度工业硫酸与农业用碳酸氢氨，配比1.0:1.6。现场应用工艺通过预埋压风管路（直径75mm）将二氧化碳送入采空区，末端位于上隅角以里5m；随工作面推进，惰气释放口逐渐深入采空区，扩大覆盖范围。配套安全措施实施正压通风，安设两台局部通风机（总风量930m³/min），在回风顺槽设风窗调节风压；开掘横贯巷道连接报废巷，引导CO和CH₄至总回风巷。

正压通风与均压防灭火01正压通风技术原理通过在进风顺槽安设局部通风机，向工作面送入新鲜风流，同时在回风顺槽设置风窗调节，提高工作面风压，强制漏风反向，防止火灾气体侵入工作面。

02故县联营煤矿正压通风实践在201综放面进风顺槽距工作面100m处安设两台局扇（型号FBDN05.6/2*11和FBDN056.5/2*22），并联运行总风量930m³/min，配合回风顺槽风窗实现正压通风。

03均压防灭火核心机制通过调整通风系统或设置调压装置，降低采空区与已采区域风压差，减少漏风供氧量，使采空区氧气浓度控制在煤炭自燃临界值以下（通常<7%）。

04均压技术实施要点采用风窗增阻、增压风机等方法调控风压，需持续监测采空区O₂、CO浓度及压差，确保工作面风量稳定系数不低于0.85，风速波动范围±15%以内。阻化剂防火技术阻化剂作用原理阻化剂通过在煤体表面形成含水液膜，惰化煤体表面活性结构，阻止煤氧接触，同时利用其吸水性使煤体长期保持潮湿，通过水的吸热降温作用抑制煤自热和自燃。常用阻化剂类型常用阻化剂包括CaCl₂、MgCl₂等吸水性强的盐类，传统卤盐阻化剂存在用量大、腐蚀设备、维护周期短等问题。故县联营煤矿阻化剂应用方案选用氯化钠作为阻化剂原料，水溶液浓度取15%，通过高压胶管输送，经雾化喷射对放顶煤后的采空区跨落带及工作面进、回风侧端头进行全方位重点喷雾。阻化剂防火优势操作相对简便，能针对性覆盖遗煤表面，有效抑制煤氧复合反应，可作为综合防灭火措施的重要组成部分，与其他技术协同使用提升防火效果。

采空区封闭与漏风控制密闭墙设计标准与施工工艺密闭墙应选择顶底板完好、围岩稳定、不受采动影响的地点，采用"双墙夹心"结构，总厚度不小于2.5米，其中两道主墙厚度不低于1.0米，中间填充不少于0.5米的不燃性材料。墙体必须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。施工流程包括掏槽、砌筑外墙、填充夯实、砌筑内墙、墙面抹面、安装附属管路及勾缝封严。

漏风通道分析与封堵技术采空区漏风通道主要包括小煤柱受采动压力破碎形成的高渗透率裂隙、地表塌陷区裂缝等。针对故县联营煤矿地表漏风严重的问题，可采取地面填充裂缝、井下喷浆封堵等措施。对于工作面上隅角等易漏风区域，可设置挡风帘、构筑拦浆防火墙，并配合均压通风技术降低风压差，减少漏风。

均压防灭火技术应用均压防灭火通过调整通风系统或设置调压装置，降低采空区与已采区域两侧的风压差，减少漏风供氧量。实施方式包括增阻调节（如风窗）、增压调节（如局部通风机）及复合调节。例如，在进风巷增设自动调节风窗，安装在线压差监测装置，将工作面风压差从初始420Pa降至180Pa，可有效减少漏风量，控制采空区氧气浓度在7%以下。

封闭后的监测与维护密闭墙构筑完成后，需预留观测孔、放水孔及措施管。每日通过观测孔监测O₂、CO、CO₂、CH₄等气体浓度，CO浓度超过24ppm或持续上升、O₂浓度异常升高时需立即处理。每周对密闭墙进行外部检查，查看墙体是否完好、有无裂缝漏风等，并建立管理台账，记录墙体编号、位置、构筑日期等信息，确保封闭效果长期稳定。

报废巷利用与有害气体排放报废巷改造方案在回风顺槽距工作面十多米处向原报废巷开掘一条约30m长的横贯巷道，将综放面回风顺槽与报废巷贯通，构建专用的有害气体排放通道。

有害气体引流原理利用报废巷与采空区间的压差，使工作面上隅角的大部分CO和CH₄顺着横贯和废巷顺槽流入总回风巷道，减少有害气体在工作面的积聚。

实施效果与安全效益通过该措施可显著降低工作面上隅角CO和CH₄浓度，减少有害气体对矿工的危害，改善工作面作业环境，为工作面安全推进提供保障。05先进防灭火技术介绍

普瑞特矿用防灭火专用液技术01技术核心优势普瑞特矿用防灭火专用液（JTF-I）集凝胶、黄泥灌浆、三相泡沫、氮气和阻化剂的防灭火优点于一体，特别继承了泡沫的扩散性能和凝胶良好的固水特性。

02固水与滞留率提升水浆生成泡沫后缓慢形成凝胶，能将大量水固结在凝胶体内，避免浆液中大量水流失或溃浆，大幅提高浆水在采空区的滞留率。

03全方位覆盖与隔氧降温形成的凝胶以泡沫为载体，可对采空区高、中、低位火源或浮煤进行大范围全方位覆盖，能固结90%以上水分并形成凝胶层，防火时持久保持煤体湿润并隔绝氧气，灭火时长久吸热降温，防止火区复燃。

塑性封堵防灭火技术技术核心特性常温反应，生成过程不放热；可塑性好，初始粘度低，易于材料扩散渗透，随时间增加粘度逐渐增高，形成膏体状凝胶，在矿压动态作用下可扭曲变形，及时填充新的压裂破碎空间，提高封堵效果。

材料性能优势高粘度流体状，在泵压作用下可持续渗流，单一钻孔可重复多次注浆，极大的提高了注浆钻孔的利用率；抗静电、阻燃、防爆，密闭不透气，破碎围岩受压时，密封性愈好。

适用场景与价值特别适用于小煤柱工作面等漏风通道复杂、矿压作用明显的采空区，能有效封堵因小煤柱破碎形成的高渗透率裂隙，减少漏风供氧，从而抑制遗煤氧化自燃，为煤矿安全生产提供保障。注浆与三相泡沫技术传统注浆技术应用与局限传统注浆技术（如黄泥灌浆）通过浆液包裹遗煤、堵塞漏风通道发挥防灭火作用，在我国自燃矿井中广泛应用。但存在浆液易流失、对高位火源覆盖不足、易出现"拉沟"现象等局限，需配合其他技术使用。三相泡沫技术优势与功能三相泡沫集固、液、气三相材料特性于一体，具有流动性好、扩散范围广的优势，能有效覆盖采空区高、中、低位浮煤。其通过隔绝氧气、吸热降温实现防灭火，是治理采空区大面积遗煤自燃的有效手段。普瑞特技术：注浆与泡沫的协同创新普瑞特矿用防灭火专用液（JTF-I）融合注浆与三相泡沫技术优点，水浆生成泡沫后缓慢形成凝胶，可固结90%以上水分，大幅提高浆水滞留率。能全方位覆盖火源，持久保持煤体湿润隔绝氧气，防止火区复燃。06监测预警与应急响应气体监测系统与指标

人工监测方法瓦斯检查员（通风员）每班至少一次对每个密闭墙的观测孔进行取样分析，检测内容包括O₂、CO、CO₂、CH₄等，重点监测氧气和一氧化碳浓度的变化趋势。发现CO浓度超过24ppm或持续上升、O₂浓度异常升高，必须立即汇报并分析原因。

自动监测技术在重要采空区的密闭墙内或回风侧安装CO、O₂、温度传感器，实现24小时连续监测和超限报警，实时掌握采空区气体变化动态。

关键监测指标重点关注CO浓度（临界值24ppm）、O₂浓度（煤炭自燃临界值通常<7%）、CH₄浓度及温度变化，建立采空区防火监测数据档案，每日分析气体、温度变化趋势。

束管监测应用从回风顺槽入口起沿着该顺槽至工作面上隅角铺设束管，将束管放入钢管内保护，实时跟踪监测综放面上隅角等关键区域的CO浓度等指标。

束管监测技术应用束管监测系统组成束管监测系统主要由采样装置、束管管路、气体分析设备及数据处理终端组成。在故县联营煤矿201综放面治理中，束管从回风顺槽入口铺设至工作面上隅角，并放入钢管内保护，实现对采空区气体的连续采样与分析。

监测核心指标与标准重点监测O₂、CO、CO₂、CH₄等气体浓度，其中CO浓度是判断遗煤自燃的关键指标。按规定，当CO浓度超过24ppm或持续上升时，需立即汇报并采取措施。该矿通过束管监测发现上隅角CO浓度最高达38ppm，及时预警了自燃风险。

技术优势与实施要点束管监测具有实时性强、数据连续、可远程监控等优势，能精准捕捉采空区气体变化趋势。实施时需确保管路密封良好、采样点布置合理，例如故县联营煤矿在工作面推进过程中，通过束管动态跟踪CO浓度变化，为火源定位和灭火方案制定提供了数据支持。

预警级别与响应预案预警级别划分标准根据采空区气体监测数据及温度变化，将预警划分为三级：黄色预警（关注）、橙色预警（警告）、红色预警（危险）。

黄色预警响应措施加强监测频率，增加人工取样和自动监测次数，分析漏风原因，排查密闭墙等设施隐患，做好应急准备。

橙色预警响应措施立即增加注氮量或启动注浆措施，采取堵漏风措施，如对密闭墙进行喷浆加固，确保氧气浓度控制在安全范围。

红色预警响应措施立即撤离受威胁区域人员，启动重大事故应急预案，采取综合灭火措施，如大规模注氮、注浆、注入凝胶等，防止事故扩大。07防治工程质量控制与管理密闭墙设计与施工标准

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，尽量避开地质构造带（如断层、破碎带），并留有足够施工维护空间。

结构类型与要求必须采用“双墙夹心”结构，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（黄土、粉煤灰等），总体厚度不小于2.5米。临时密闭墙需在一周内更换为永久密闭墙。

掏槽与强度标准墙体必须嵌入顶底板和两帮实体煤（岩）中，掏槽深度：煤巷不小于0.5米，岩巷不小于0.3米，确保与煤岩体接合严密无缝隙，能承受顶板压力和采空区气体压力。

附属设施要求中上部预留直径不小于25mm观测孔（带阀门），墙底设带阀门放水孔（若有积水），预留注浆、注氮等措施管并延伸至采空区深部，确保功能齐全。

材料选择与质量验收注浆材料选择标准需不含可燃物或助燃物，粒径直径小于2mm，细小粒子（粒径直径小于1mm）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%；易脱水且有一定稳定性，便于制备且成本低。

常用注浆材料种类煤矿常用注浆材料有黄土、电厂粉煤灰、煤矸石粉、页岩、尾矿等。故县联营煤矿因地表大面积黄土覆盖，取土方便，选用黄土作为注浆材料。

阻化剂材料选用选用氯化钠作为阻化剂原料，其水溶液浓度取15%，通过高压胶管输送，经雾化喷射对放顶煤后的采空区跨落带及工作面进、回风侧端头进行全方位喷雾。

材料质量验收要求施工前需准备合格的建筑材料（砖、水泥、沙、黄土等），材料需符合设计标准，如黄土应满足粒度、比重等物理性能指标，阻化剂浓度需按规定配置，确保材料质量达标。组织保障与职责分工

成立防灭火领导小组设立以总工程师为组长，通风、安全、生产等部门负责人为副组长，相关技术人员为成员的“防止采空区自然发火”领导小组，全面统筹防灭火工作。领导小组核心职责负责召开防灭火工作会议，调度日常防火情况，统计数据，