煤田煤层自燃产生原因及其防护探讨

煤田煤层自燃产生原因及其防护探讨
【摘要】煤层自燃是多种内外因素综合作用的结果，并非单一因素造成的，而且有些因素是必不可少的。

因而煤层自燃作为一个复杂的物理、化学和环境作用过程，是多种内在原因和外在条件综合作用的结果。

本文将对煤田煤层自燃产生原因及其防护进行探讨。

【关键词】煤层自燃防护原因
采空区自然发火的过程较为复杂，工作面正常生产时采空区三带范围呈动态变化，因此，采空区浮煤的自燃情况不但是时间的函数，而且还与推进速度有关，是空间的函数。

在煤炭静态自燃特性模型研究的基础上，探讨实际采空区浮煤自然发火动态数学模型，这对于采空区浮煤自燃过程的计算机模拟及自燃危险性超前预测具有很好的指导意义。

邓军等人建立了行之有效的采空区动态数学模型，认为采空区浮煤自然发火主要影响因素有：煤的自燃特性、氧气浓度、浮煤厚度、工作面推进速度、围岩原始温度[1]。

根据这些因素，就有可能通过建立自然发火数学模型，预测采空区浮煤自然发火情况。

大矿采空区煤火多发生在采空区与煤柱之间，这样的煤柱包括断层处的煤柱、井田边界的煤柱和工作面之间的煤柱。

1 基于煤火发展阶段的分类
该种分类方法是针对同一火区不同的燃烧阶段，也就是针对不同的地段对火区进行更为细致的分类方法。

此分类标准将煤田火区划分为预热区、燃烧区、休眠区和熄灭区4部分。

（1）预热区。

煤体氧化升温，已进入内、外在水分蒸发和热解作用等聚热增温不可逆的过程，尚未燃烧的阶段，如果不是骤然的环境改变，自燃肯定继续发展的地段。

处于预热区的煤温度有所增加但还没达到着火点，是煤层自燃的第一阶段[2]。

（2）燃烧区。

地下煤体经过预热阶段以后，温度达到着火点，煤体燃烧，正在燃烧的地段称为燃烧区，此区域化学反应强烈，有明火、冒烟、冒气等现象，地表温度较高，植被被烘烤致死，燃烧裂隙、塌陷裂隙发育，有的地方地表塌陷成大坑。

（3）休眠区。

燃烧区由于外界环境的改变或经过灭火工程，燃烧体煤火已经熄灭，地面温度正常，但地下仍处于高温状态，只要有适当的供风输氧条件，仍可重新燃烧，这种地段称为休眠区。

（4）熄灭区。

由于地下煤体燃烧殆尽或外部环境改变或灭火工程影响，地下煤火熄灭，热异常消失，地上地下温度正常，称熄灭区。

熄灭区一般地表大面积塌陷，有的形成巨大的塌陷坑，灰色或红色的烧变岩裸露于地表。

基于煤火发展阶段的分类是对煤田火区较为细致的分类，可以为煤田火区的预测、预防和治理奠定理论基础。

不同燃烧阶段的煤火可以采用不同的灭火方法。

此分类也可以用于煤田火区治理效果的评价。

2 煤田煤层自燃产生原因
（1）内因。

煤层自燃的内因类型是根据影响煤层自燃的各种内在因素而进行的分类，各个地区煤层自燃的内在因素各不相同。

根据各个内在因素在煤层自
燃中所起的作用可将煤层自燃划分为多种内因类型。

煤层自燃内因类型的划分一般以起主导作用的内在因素命名，比如说硫分高的煤自燃可以称为高硫助燃型，厚度大的可称为厚层氧化型等等。

（2）外因。

煤层自燃的外因类型是根据影响煤层自燃的各种外在因素而进行的分类。

各个地区影响煤层自燃的外在因素也各不相同。

划分外因类型的方法主要根据实地情况，综合考虑，系统分析。

可以根据煤火发生的地点进行划分，也可根据各个外在因素在煤层自燃中所起的作用进行划分[3]。

（3）综合成因。

综合成因分类是把内因类型和外因类型综合起来，描述火区综合成因的分类方法。

内因类型和外因类型划分多种，将二者进行多项组合，可组合出多种综合成因类型。

煤和氧气的相互作用主要是煤中的碳化物质氧化造成的，这种煤自身具有的吸氧蓄热着火的特性，就是通常所说的煤的自燃倾向性。

煤的自燃倾向性是煤的内部特征，由此引起的火灾即是自然发火。

煤层的自然发火期则是指煤从揭露之日起至发生自然发火为止的时间，一般以月为单位。

回采工作面煤层自然发火期以工作面开切（割）之日起至发生自然发火时为止的一段时间。

具有自燃倾向性的煤在开采环境条件的影响下，发火期可长可短，受开采等外部条件的影响，煤层的自然发火期不是固定不变的。

3 煤田煤层自燃的防护措施
在地下煤火的探测实践中，要根据地下煤火发展过程中所形成的地球物理异常逐步由弱变强的特点和各种探测方法的特点，将探测方法进行优化与组合，设计合理的探测技术流程。

地下煤火不同发展阶段的地质环境变化及探测方法体系。

在地下煤火发展的不同阶段，火区地表特征、地下岩石特征和煤层状态是有显著的区别。

在地下煤火发展的早期，探测目标是识别各种弱异常，开展早期预报；而在自然发火阶段，各种异常尚未形成一定的规模，探测目标是通过重点位置的高精度观测，开展火区的早期探测与预警；而在火区逐步扩展并发展到具有一定规模时，各种异常最为显著，此时的探测目标是准确地圈定火区的空间范围和发展趋势，为灭火工程设计与实施提供数据；而在火区逐步熄灭阶段，火区的异常逐步消失和区域稳定，此时的探测目标是进一步监测火区的发展趋势和工程效果。

目前，我国地下煤火的管理层次主要分为政府、主管业务部门、矿区管理者（开采企业或非企业）以及灭火工程管理。

其对应的主要任务和作用是研究、概查和规划、详细调查、组织灭火工程和灭火工程的实施。

面向地下煤火管理目标探测方法的分类是基于地下煤火管理参与者的管理职能和作用，将地下煤火的各种探测方法按照不同管理者的任务（煤田火区的区域普查、煤田火区的详查、灭火工程的实施、灭火工程的后评价等）和技术要求（中小比例尺电查一大比例尺探测一工程设计与动态监测）进行优化和组合后所提出的地下煤火探测与监测应用解决方案[4]。

4 结语
总之，地下煤火烧失煤炭资源的同时，产生大量的热量，上覆岩层由烘烤烧
变到熔融。

煤火引起上覆岩层塌陷，地面形成裂隙，烧变岩内部孔隙变大，裂隙、孔隙则为煤火进一步发展提供了氧气通道和散热通道。

燃烧区后方，煤层燃烧殆尽、热量散失、温度降低、熔融状岩石冷却，形成了各种不同结构、构造的烧变岩区。

参考文献：
[1]朱令起，周心权，朱迎春.东欢坨煤矿自然发火标志气体的优化选择[J].西安科技大学学报，2008（02）.
[2]闫振雄.卸压瓦斯抽放过程中煤层自燃预报指标分析[J].煤炭科学技术，2010（03）.
[3]景兴鹏，王亚超，王伟峰等.煤层自燃模拟实验[J].煤田地质与勘探，2009（04）.
[1]焦宇，段玉龙，周心权等.煤矿火区密闭过程自燃诱发瓦斯爆炸的规律研究[J].煤炭学报，2012（05）.。