朱仙庄矿煤层自然发火的原因及治理培训

朱仙庄矿煤层自然发火的原因及治理培训CONTENTS目录01矿井概况与自然发火现状02煤层自然发火机理与条件03自然发火原因深度解析04防治体系与管理模式构建CONTENTS目录05源头预防与技术措施06关键防治技术应用07现场管理与应急处置01矿井概况与自然发火现状地理位置与资源禀赋地理坐标与所属区域

朱仙庄煤矿位于安徽省宿州市埇桥区朱仙庄镇，地理坐标为东经117°05′54″～117°09′25″，北纬33°33′33″～33°37′26″，隶属于淮北矿业股份有限公司。矿区范围与资源储量

矿区面积达21.555平方公里，截至2021年4月，保有煤炭资源量包含探明、控制及推断三类别，主采煤层为八、十层煤，其中8#煤平均厚度9.98m，储量占矿井可采储量的75%以上。煤质特征与开采条件

主采8#煤层极软，普氏硬度系数f=0.3～0.8，煤壁易片帮，端面极易冒漏；具有煤尘爆炸危险性（爆炸指数38.62%）和I级自燃倾向性，属煤与瓦斯突出矿井，地质及水文地质类型均为极复杂型。生产能力与开采技术矿井生产能力核定朱仙庄矿于1983年4月投产，核定生产能力为245万吨/年，主采煤层为八、十层煤，其储量占矿井可采储量的75%以上。开拓与采煤方法矿井采用立井—集中运输大巷—分区石门开拓方式，分三个水平开采，一水平标高-435m，二水平标高-680m，延伸水平-1000m；采煤方法为走向长壁顶板全部垮落法。主采煤层开采技术特点主采8#煤层平均厚度9.98m，为特厚煤层，普氏硬度系数f=0.3～0.8，极软易片帮，端面易冒漏，采用综采放顶煤技术开采，该技术在高瓦斯、易自燃条件下应用面临采空区防火等挑战。智能化开采实践矿井积极推进智能化建设，884智能采煤工作面曾获国家级奖项，2024年完成智能化升级，“淮盾11号”设备投入岩巷作业，提升了开采效率与安全保障水平。自然发火历史与危害01矿井自然发火历史概况朱仙庄矿自投产以来曾多次发生自然发火事故，据统计，在特定时期内共发生自然发火18次，平均每年发生一定次数，其中两次发火间隔最短仅为2天，显示出发火的频繁性和严重性。02自然发火的主要征兆表现发火征兆较为明显，主要包括：CO浓度呈上升趋势，出现煤油味，产生烟雾，出现高温点以及明火等现象，这些征兆是判断自然发火的重要依据。03自然发火对矿井的主要危害自然发火直接威胁矿井安全生产，制约矿井生产能力的发挥，同时会产生大量有害气体如CO等，对井下人员生命安全造成严重威胁，还可能损坏矿山设备和基础设施，造成严重的经济损失。发火征兆与特征分析

标志性气体指标异常煤层自然发火时，CO（一氧化碳）浓度呈上升趋势，是重要的早期预警指标，可通过气体监测系统及时捕捉。

感官异常现象发火区域会出现明显的煤油味，随着火势发展，可观察到烟雾生成，这些感官特征是现场人员判断发火的直接依据。

温度异常与明火出现发火过程中会出现高温点，当温度持续升高达到燃点时，将出现明火，对矿井安全构成严重威胁，需立即采取措施。02煤层自然发火机理与条件煤的热氧化反应机理

01煤的热氧化本质煤作为有机矿物，其主要成分为碳、氢、氧等元素，在一定条件下易与氧气发生氧化反应并释放热量，这是煤层自然发火的核心内在机理。

02热氧化过程的热量积累煤的热氧化反应会持续产生热量，若热量无法及时散发而在煤体内部积聚，将导致煤体温度不断升高，为自燃创造关键的蓄热条件。

03氧气供应的关键作用氧气是煤热氧化反应不可或缺的参与物质，采空区漏风、巷道裂隙等提供的持续供氧环境，为热氧化反应的持续进行和热量积累提供了必要条件。

04温度对反应的影响当煤体温度升高到一定程度时，热氧化反应速率会显著加快，释放热量增多，形成“氧化-升温-加速氧化”的恶性循环，最终可能达到煤的自燃点引发火灾。自然发火三要素分析内因：煤层自燃倾向性朱仙庄矿主采8#煤层属I级自然发火矿井，煤尘爆炸指数38.62%，具有强自燃倾向性，是自然发火的内在根本原因。外因一：足够的供氧条件生产接替紧张导致采空区间压茬不足、巷道失修裂隙发育、封闭墙受压损坏等情况，均造成采空区漏风，提供了持续供氧条件。外因二：有效的蓄热条件特厚煤层（平均9.98m）开采后采空区遗煤量大，加之通风不畅导致热量积聚，当温度达到自燃点时引发自然发火，如历史上曾出现两次发火间隔仅2天的情况。采空区自燃"三带"理论

自燃"三带"的定义与划分标准采空区自燃"三带"指根据氧气浓度、温度变化及遗煤氧化状态划分为：散热带（氧浓度<5%）、氧化带（氧浓度5%-15%，易蓄热发火）、窒息带（氧浓度<5%）。

未注氮条件下采空区"三带"特征以朱仙庄矿884综放工作面为例，未注氮时氧化带宽度较大，易形成高温点，为自然发火提供了空间条件，增加了火灾风险。

注氮技术对"三带"的调控作用通过采空区注氮（如884工作面最佳注氮量800m³/h），可有效缩小氧化带宽度，降低氧浓度，抑制遗煤氧化升温，预防自然发火。

"三带"理论在防火实践中的应用朱仙庄矿基于"三带"理论，优化注氮点位置（进风侧和回风侧采空区以里27m），实现对采空区自燃风险的精准防控，保障矿井安全。煤质特性与自燃倾向性

煤质内在因素：高自燃倾向性朱仙庄矿主采8#煤层属I级自然发火矿井，具有较强的自燃倾向性，煤中碳质等元素易发生氧化反应，为自然发火提供内在条件。

特厚煤层与煤体结构影响8#煤层平均厚度9.98m，为特厚煤层，储量占矿井可采储量75%以上；且煤层极软，普氏硬度系数f=0.3～0.8，煤壁易片帮、端面易冒漏，增加遗煤自燃风险。

煤尘爆炸性加剧火灾危害该矿煤层煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数38.62%，煤层自然发火一旦发生，可能引发煤尘爆炸，扩大灾害影响范围。03自然发火原因深度解析生产接替与布局因素多工作面同时回采导致压茬不足生产接替紧张时，一个区段布置多个采煤工作面同时回采，使得采煤工作面之间的压茬时间和压茬距离均不够，增加了采空区漏风风险。开切眼与收作线落入高负压区受生产布局影响，部分采煤工作面的开切眼和收作线不可避免地处于高负压区，进一步加剧了采空区的漏风情况，为自然发火提供了供氧条件。巷道失修与通风系统影响

巷道失修导致围岩裂隙发育矿井地压大，巷道失修严重，致使围岩裂隙发育，封闭墙墙体时常被压坏，增加了采空区封闭难度。

通风断面缩小与阻力增大巷道失修造成通风断面缩小，通风阻力增大，进而增加了采空区的压差，为采空区漏风创造了条件。

采空区漏风风险加剧通风系统的不稳定及巷道失修带来的漏风问题，使采空区氧气供应增加，为煤层自然发火提供了必要的供氧条件。地压作用与封闭墙破坏矿井地压大的表现朱仙庄矿矿井地压大，导致巷道失修严重，巷道围岩裂隙发育，这为采空区漏风创造了条件。封闭墙墙体受压损坏情况受高地压影响，封闭墙墙体时常被压坏，致使采空区封闭困难，无法有效阻隔氧气进入采空区。对采空区封闭效果的影响封闭墙损坏使得采空区封闭效果大打折扣，增加了采空区自然发火的风险，是煤层自然发火的重要外因之一。预测预报手段局限性

高温点识别滞后问题传统预测预报手段落后，无法及时发现采空区高温点，导致火灾范围易扩展，错失早期处置时机。

监测技术覆盖不足对复杂地质条件下的巷道围岩裂隙、封闭墙周边等隐蔽区域，现有监测技术难以实现全面覆盖，存在监测盲区。

预警响应联动性弱早期预警信息与现场处置措施联动不足，未能形成快速响应机制，影响火灾隐患的及时控制。04防治体系与管理模式构建组织领导与责任体系成立防治自然发火领导小组淮北矿业集团公司及朱仙庄矿均成立防治煤层自然发火领导小组，由集团公司总工程师任组长，通风、生产副总、安监局副局长、矿矿长等任副组长，相关单位负责人为成员，定期召开专题会解决人、财、物等问题。制定专项防治措施与规划集团公司制定《预防煤层自然发火15条措施》，将其与瓦斯综合治理列为安全工作重中之重；编制灾害治理五年规划及年度“一通三防”灾害治理计划，为科学治灾提供依据。明确各级管理责任与议事机制建立“一通三防”月例会、周排查、日分析制度，强化源头控制与超前预防，统筹生产布局、接替设计与灾害治理时空关系，确保防火工作规范化、制度化推进。理念引领与目标设定

核心理念：安全可控与预防优先牢固树立"一切自然发火事故都是可防可控的"、"防火重在预防、高温就是事故、着火就是爆炸"理念，引导全员提升思想认识，奠定防治工作思想基础。

防治目标：实现"四零"安全目标坚定不移实现"四零"目标，即零死亡、零超限、零着火、零突水，将自然发火防治与瓦斯综合治理一并作为安全工作的重中之重。

规划引领：科学制定治理规划编制灾害治理五年规划及年度"一通三防"灾害治理计划，为矿井科学治灾提供系统性依据，确保防治工作有序推进。防火会战与措施落实

成立专项领导小组以集团公司总工程师任组长，通风、生产副总、安监局副局长、朱仙庄煤矿矿长任副组长，生产、通风、计划、供应、工资、财务等单位负责人为成员，统筹推进防火工作。

制定专项治理方案编制灾害治理五年规划及年度“一通三防”灾害治理计划，明确防火工作目标、重点任务和保障措施，为矿井科学治灾提供依据。

强化技术装备支撑应用物联网、云计算等技术推进智能化建设，如884智能采煤工作面应用；采用罗克休泡沫充填封闭墙、采空区注氮等技术，有效封堵漏风通道，抑制自燃发火。

严格监督考核机制坚持“一通三防”月例会、周排查、日分析制度，重拳出击反“三违”，严格监控系统管理，反对造假行为，确保防火措施落实到位，坚定不移实现“零着火”目标。制度建设与标准化管理

健全防治责任制度成立以集团公司总工程师任组长，通风、生产、安监等多部门负责人参与的防治煤层自然发火领导小组，明确各级单位人、财、物保障责任，定期召开专题会议解决问题。

完善技术标准体系制定《预防煤层自然发火15条措施》，将防治工作与瓦斯综合治理并列为安全工作重点，编制灾害治理五年规划及年度"一通三防"灾害治理计划，规范技术实施标准。

强化管理制度落实推行"一通三防"月例会、周排查、日分析制度，严格监控系统管理，反对造假行为，通过常态化检查与考核确保防火措施执行到位，实现"零着火"等安全目标。

建立培训教育机制开展多种形式的宣传教育及培训活动，提升全员防火意识和防火技能，确保职工熟悉自然发火征兆、防治措施及应急处置流程，夯实安全管理基础。05源头预防与技术措施科学设计与生产布局优化统筹生产接替与灾害治理时空关系朱仙庄矿突出源头控制、超前预防，在生产布局、接替设计、生产组织中统筹考虑与灾害治理的时空关系，避免因生产接替紧张导致区段布置多个采煤工作面同时回采，从而减少采空区漏风风险。优化采煤工作面布置参数合理设计采煤工作面的开切眼和收作线位置，避免其落在高负压区；确保采煤工作面之间的压茬时间和压茬距离充足，从技术源头为“一通三防”重大灾害防治提供可靠保障。推行地质先行与动态调整机制大力推行地质先行，及时掌握地质构造变化情况，有针对性地调整生产布局和采煤方法。例如，针对8#特厚煤层（平均厚度9.98m，普氏硬度系数f=0.3～0.8）的特点，优化综放工作面参数，减少煤壁片帮和端面冒漏带来的自然发火隐患。地质先行与构造应对

地质构造探测与分析朱仙庄矿坚持地质先行原则，通过先进物探、钻探手段，及时掌握井田内断层、褶皱等地质构造变化情况，为防火措施制定提供精准地质依据。

针对性防火措施制定针对复杂地质条件，如煤层厚度不一、分层程度大、隐藏煤层多等特征，制定差异化防火方案，优化巷道布置与支护方式，减少因构造因素导致的漏风与蓄热。

动态监测与调整建立地质构造动态监测机制，结合采掘进度实时更新地质资料，及时调整防火策略，确保对构造变化引发的自燃风险进行超前防控。通风系统优化与漏风控制矿井通风系统现状朱仙庄矿采用中央边界式与南二并列式混合式通风，抽出式通风方法，总进风17182m3/min，总回风18190m3/min，有效风量率87.9%，各采区实行分区通风，通风系统正规合理、稳定可靠。巷道失修治理措施针对矿井地压大导致巷道失修严重、围岩裂隙发育的问题，加强巷道维护与修复，减少因通风断面缩小、通风阻力增大而增加的采空区压差，降低漏风风险。采空区漏风通道封堵技术应用罗克休泡沫对采后封闭墙进行充填，对巷道岩石松动圈进行压注，有效封堵漏风通道，消除自然发火隐患，为防治煤层自然发火提供新途径。生产布局与通风匹配优化合理安排生产接替，避免一个区段布置多个采煤工作面同时回采，确保采煤工作面之间的压茬时间和压茬距离足够，减少开切眼和收作线落在高负压区的情况，降低采空区漏风。巷道维护与支护技术

01巷道失修现状与危害朱仙庄矿矿井地压大，巷道失修严重，导致围岩裂隙发育，封闭墙墙体时常被压坏，增加采空区封闭难度；同时通风断面缩小，通风阻力增大，进一步加剧采空区压差与漏风风险。

02地压控制与围岩加固技术针对极软煤层（普氏硬度系数f=0.3～0.8）及复杂地质条件，采用注浆加固技术对巷道岩石松动圈进行压注，封堵裂隙通道，提升围岩稳定性，减少因变形导致的漏风与封闭失效问题。

03新型支护材料与工艺应用应用罗克休泡沫等新型材料对采后封闭墙进行充填，有效封堵漏风通道；结合智能化升级成果，推广“淮盾11号”等先进支护设备，提升岩巷作业效率与支护可靠性，从硬件上保障巷道长期稳定。06关键防治技术应用采空区注氮防火技术

注氮技术的作用原理采空区注入氮气可有效减小采空区氧化带宽度，降低氧气浓度，抑制遗煤自燃，是控制采空区自燃发火风险的有效方法之一。

关键参数：注氮口位置以朱仙庄煤矿884综放工作面为例，研究确定进风侧和回风侧采空区最佳注氮口位置为采空区以里27米处。

关键参数：注氮量884综放工作面的最佳注氮量为800立方米/小时，通过科学控制注氮量可保障防火效果，确保矿井安全生产。

技术应用价值该技术措施为朱仙庄矿等高瓦斯、易自燃煤层综放工作面采空区防火提供了有效解决方案，其研究成果可为类似地质条件矿井提供参考。884综放工作面注氮参数优化

最佳注氮口位置确定研究表明，884综放工作面进风侧和回风侧采空区最佳注氮口位置为采空区以里27m处，该位置能有效减小采空区氧化带宽度，提升防火效果。

最优注氮量参数现场测试与数值模拟显示，884综放工作面采空区最佳注氮量为800m³/h，可有效抑制采空区遗煤自燃，保障矿井安全生产。

注氮技术应用效果通过优化注氮参数，884综放工作面采空区自燃发火风险显著降低，为类似易自燃、高瓦斯综放工作面的防火工作提供了技术参考。罗克休泡沫封堵技术

技术应用场景朱仙庄煤矿应用罗克休泡沫对采后封闭墙进行充填，对巷道岩石松动圈进行压注，有效封堵漏风通道，消除自然发火隐患。

技术核心作用通过充填封闭墙和压注巷道围岩裂隙，减少采空区漏风，破坏煤层自然发火的供氧条件，为防治煤层自然发火提供了新途径。

技术应用价值该技术改变了传统防火模式，提升了矿井防治煤层自然发火的能力，为类似条件矿井的防火工作提供了实践参考。综放工作面收作期防火措施

强化采空区遗煤管控收作期间加强工作面浮煤清理，确保采空区遗煤厚度降至最低；优化停采线位置设计，避免遗煤集中堆积形成自燃隐患。

应用高效堵漏技术采用罗克休泡沫对采后封闭墙进行充填，对巷道岩石松动圈进行压注，有效封堵漏风通道，消除自然发火隐患。

实施采空区注氮防火参考873高瓦斯综放面经验，合理布置注氮点，通过采空区注氮减小氧化带宽度，抑制遗煤自燃，保障收作期间安全。

加强监测预警机制建立完善的气体监测系统，重点监测CO浓度变化及高温点，实行日分析制度，超前发现发火征兆并及时处置。监测监控系统建设与应用监测系统构成朱仙庄矿建立了完整独立的监控系统，围绕“一通三防”灾害治理目标，严格监控系统管理，对煤层自然发火相关参数进行实时监测。关键监测指标监测指标主要包括CO浓度（呈上升趋势为重要征兆）、煤体温度（高温点是预警关键）、巷道及采空区气体成分变化等，及时捕捉自然发火迹象。预警与响应机制坚持“一通三防”月例会、周排查、日分析制度，通过监测系统超前发现问题，落实戒备预警措施，设立监测系统进行火灾预报，及时组织应急处置，最大限度降低损失。技术应用案例在873高瓦斯综放面、870综放工作面收作期间等场景，通过合理的测点布置方式和配套监测手段，有效监控采空区遗煤自然发火隐患，为防火措施落实提供数据支持。07现场管理与应急处置掘进工作面防火管理

巷道支护与漏风控制针对矿井地压大、巷道失修严重导致围岩裂隙发育的问题，强化巷道支护质量，减少因巷道变形产生的漏风通道，降低采空区供氧条件。

超前探测与地质预报大力推行地质先行，及时掌握掘进工作面前方地质构造变化情况，有针对性地调整掘进方案，避免因地质条件复杂增加自然发火风险。

局部通风管理优化合理设置局部通风系统，确保掘进工作面风量充足且稳定，避免因通风不当导致采空区压差增大，减少漏风，同时加强风筒管理，防止风筒破损漏风。

防火材料应用与封堵应用罗克休泡沫等材料对掘进过程中出现的巷道岩石松动圈进行压注，有效封堵漏风通道，消除自然发火隐患，提升防火效果。采煤工作面防火管理

采空区漏风控制措施针对生产接替紧张导致的采空区漏风问题，优化生产布局，确保采煤工作面之间压茬时间和距离充足，避免开切眼和收作线落入高负压区，减少漏风通道。

收作期间防火管理综放工作面收作期间易发生采空区遗煤自燃，需加强收作期间的防火措施，如对采空区进行及时封闭、注氮等，有效控制遗煤氧化，消除发火隐患。

高温点监测与预警完善猜测预报手段，采用先进的监测系统对采煤工作面及采空区温度、气体（如CO浓度）进行实时监测，及时发现高温点，防止火灾范围扩展。

防火技术应用应用罗克休泡沫对采后封闭墙进行充填，对巷道