煤层火灾的早期预测预报与标志气体关系.

应用气体分析法预测预报煤自然发火摘要：通过煤的升温氧化实验，分析煤氧化释放气体随煤温变化规律，确定煤自然发火预测预报的指标气体。

运用灰色关联分析方法，对各主要指标气体进行了可信度分析。

根据实验数据和分析结果，建立了煤自然发火的预报系统。

关键词：煤炭；自然发火；预测预报；指标气体自燃火灾是煤矿的重大灾害之一，严重地影响着煤矿的正常生产。

做好煤炭自然发火早期预测预报工作是预防自燃火灾的关键，目前普遍采用的预报方法是气体分析法。

应用气体分析法预测预报煤自然发火，首先要找出能反映煤自然发火特征的指标气体。

在实践过程中，经常发现各指标气体给出不同甚至相反的预报结果，因此必须对各指标气体的可信度进行分析，避免漏报或误报。

1煤的升温氧化实验1.1实验系统本实验主要是通过测定煤升温氧化过程中所放出的一系列反映煤自燃特征气体的含量，并根据气体生成量随煤温升高的变化规律，找出可以灵敏、准确地反映煤早期自燃特征的气体，作为指标气体进行煤炭自然发火的早期预测预报。

实验系统是由煤加热升温氧化系统、气体进样和分析系统、数据处理系统等部分组成，如图1所示。

1.2结果分析本次实验分别从开滦赵各庄矿9煤层和12煤层采集了9个煤样进行升温氧化实验。

对实验结果分析可知：适合于赵各庄矿煤炭自然发火预测预报的指标气体主要是一氧化碳(CO)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)和乙烯比乙烷(C2H4/C2H6)。

煤的自燃氧化过程分为3个氧化阶段：缓慢氧化阶段、加速氧化阶段和激烈氧化阶段。

3个阶段的温度范围：300℃。

图1实验系统示意图2指标气体可信度分析采用灰色关联分析法，通过计算煤在氧化过程中各指标气体与煤温的关联度，来评判各指标气体的可信度。

由实验结果分析可知，缓慢氧化阶段(<180℃)的指标气体主要是CO和C2H6，此阶段各煤样CO体积分数随温度变化比C2H6表现出了更强的规律性，而且出现较早，作为预测指标气体明显优于C2H6，在这里对二者不再进行关联分析。

煤层的火灾预测和预报作者：安全管理网来源：安全管理网点击： 730 评论：1更新日期：2011年07月11日2、气体成分分析法用仪器分析和检测煤在自燃和可燃物在燃烧过程中释放出的烟气或其它气体产物，预报火灾。

1）指标气体及其临界指标能反映煤炭自热或可燃物燃烧初期阶段特征的、并可用来作为火灾早期预报的气体叫指标气体。

指标气体必须具备如下条件：①灵敏性，即正常大气中不含有，或虽含有但数量很少且比较稳定，一旦发生煤炭自热或可燃物燃烧，则该种气体浓度就会发生较明显的变化。

②规律性，即生成量或变化趋势与自热温度之间呈现一定的规律和对应关系。

③可测性，可利用现有的仪器进行检测。

目前，如表10—４－３所示。

2）常用的指标气体（１）一氧化碳（ＣＯ），一氧化碳生成温度低，生成量大，其生成量随温度升高按指数规律增加，是预报煤炭自燃火灾的较灵敏的指标之一。

在正常时若大气中含有CO，则采用CO作为指标气体时，要确定预报的临界值。

确定临界值时一般要考虑下列因素：①各采样地点在正常时风流中ＣＯ的本底浓度；②临界值时所对应的煤温适当，即留有充分的时间寻找和处理自热源。

应该指出的是，应用ＣＯ作为指标气体预报自然发火时，要同时满足以下两点：①ＣＯ的浓度或绝对值要大于临界值；②ＣＯ的浓度或绝对值要有稳定增加的趋势。

（3）乙烯，实验发现，煤温升高到80℃～120℃后，会解析出乙烯、丙烯等烯烃类气体产物，而这些气体的生成量与煤温成指数关系。

一般矿井的大气中是不含有乙烯的，因此，只要井下空气中检测出乙烯，则说明已有煤炭在自燃了。

同时根据乙烯和丙烯出现的时间还可推测出煤的自热温度。

（４）其它指标气体，国外有的煤矿采用烯炔比（乙烯和乙炔（C2H2）之比）和链烷比（C2H6/CH4)来预测煤的自热与自燃。

五、采样点设置测点设置的总要求是，既要保证一切火灾隐患都要在控制范围之内，并有利于准确地判断火源的位置，同时要求安装传感器少。

测点布置一般原则是：１）在已封闭火区的出风侧密闭墙内设置测点，取样管伸入墙内1ｍ以上；2)有发火危险的工作面的回风巷内设测点；３）潜在火源的下风侧，距火源的距离应适当；4）温度测点设置要保证在传感器的有效控制范围之内；5）测点应随采场变化和火情的变化而调整。

煤自燃火灾指标气体猜测预报的几个关键问题探讨煤在氧化升温过程中，会释放出CO、CO2、烷烃、烯烃以及炔烃等指性气体。

这些气体的产生率随煤温上升而发生规律性的变化，能猜测和反映煤自然发火状态。

CO贯穿于整个煤自然发火过程中，一般在50℃以上就可测定出来，出现时浓度较高；烷烃〔乙烷、丙烷〕出现的时间几乎与CO同步，贯穿于全过程，但其浓度低于CO，而且在不同煤种中有不同的显现规律；烯烃较CO和烷烃出现得晚，乙烯在110℃左右能被测出，是煤自然发火进程加速氧化阶段的标志气体，在开始产生时，浓度略高于炔烃气体；炔烃出现的时间最晚，只有在较高温度段才出现，与前两者之间有一个显然的温度差和时间差，是煤自然发火步入激烈氧化阶段〔也即燃烧阶段〕的产物。

因此，在这一系列气体中，选择一些气体作为指标气体，以及准确检测，就能可靠判断自然发火的征兆和状态。

C2H6浓度C3H8浓度预报结果处理措施＜50×10-6无无正常〔50～500〕×10-6无无采空自燃隐患查明原因，注胶防火〔500～1 000〕×10-6 无有有无有采空区已自燃采空区已自燃采空区已自燃马上注胶灭火马上注胶灭火停止生产，马上注胶灭火〔1 000～3 000〕×10-6 有有采空区有明火停止生产，马上注胶灭火 C2H6浓度C3H8浓度预报结果处理措施〔0～24〕×10-6〔24～100〕×10-6＞100×10-6无无无无无无正常有自燃隐患有明火查明原因，尽快采用注胶防灭火马上停止生产，查明原因，迅速采用有效防灭火措施5 结论指标气体在煤自然发火状态的猜测预报和该类火灾的早期预防方面有积极的意义，早就被世界各主要采煤国家采纳。

但由于指标选择及现有的检测技术问题，往往不能正常发挥指标气体的作用。

结合现场使用状况系统地总结了“七·五〞及其以后我国关于指标气体研究的重要成果，对指标气体的选择有指导性意义。

煤矿自然发火预测预报制度煤矿自然发火是煤矿生产中的一种常见事故，它不仅会导致矿井的煤矸石自燃，还会引发火灾和爆炸等严重后果。

因此，建立有效的煤矿自然发火预测预报制度对于保障煤矿安全生产至关重要。

一、煤矿自然发火的成因分析煤矿自然发火是由于煤炭中的挥发分在氧气的存在下，自身产生热量进一步加热，引发煤堆的自燃反应。

主要成因有以下几个方面：1. 煤的物理性质：煤的灰分含量、挥发分含量以及煤的结构等物理性质都会影响煤的自燃性能。

灰分越高，挥发分含量越大，煤的自燃性越强。

2. 煤堆的堆积方式：煤堆的紧密程度、通风情况等都会影响煤的自燃性。

煤堆越紧密，通风情况越差，容易发生自燃。

3. 天气条件：气温、湿度等天气条件也会影响煤矿的自燃性。

高温和干燥的天气容易促进煤的自燃。

4. 其他因素：如采矿工艺、煤矿的管理水平等也会影响煤矿的自燃情况。

二、煤矿自然发火预测预报的必要性和意义煤矿自然发火预测预报的目的是为了及时发现自燃迹象，采取相应的预防措施，确保煤矿的安全生产。

其必要性和意义主要有以下几点：1. 保障人员安全：煤矿自然发火往往会发展成火灾和爆炸等严重事故，威胁着工人们的生命安全。

及时预测和预报自然发火，能够让人员及时撤离危险区域，最大程度地减少伤亡。

2. 减少经济损失：煤矿自然发火不仅会造成人员伤亡，还会对矿井设备和工程造成严重损坏，给煤矿带来巨大经济损失。

通过预测和预报自然发火，可以事先采取措施防止事故的发生，减少经济损失。

3. 优化矿井治理：通过预测和预报自然发火，可以了解火灾的发生规律和影响因素，为矿井的治理提供科学依据。

同时，也可以指导煤矿进行煤堆的调整、通风设备的改进等工作，提升矿井的安全性能。

三、煤矿自然发火预测预报方法和技术1. 传统方法：传统的煤矿自然发火预测预报方法主要包括观察法、试验法和统计学方法。

观察法是通过巡查煤矿，检查煤堆的温度、气味等变化情况来判断是否存在自然发火的危险。

试验法是通过实验室测试和模拟煤堆的情况，确定自燃的条件和规律。

红柳林煤矿4-2煤层自然发火标志气体陕煤集团神木红柳林矿业有限公司神木 719300摘要:为了提升红柳林煤矿防灭火技术管理，建立健全煤层自燃预测预报制度，预防矿井煤层自然发火事故发生，针对红柳林煤矿4-2煤层自然发火标志气体及临界值确定展开专项技术研究分析，以期对同类条件下的矿井防灭火工作提供一定的借鉴作用。

关键词：4-2煤；自然发火标志气体；临界值；确定及分析；1引言《煤矿安全规程》（2022 年版）第二百六十一条的执行说明：标志气体，是指由于自然发火而产生或因自然发火而变化的，能够在一定程度上表征自然发火状态和发展趋势的火灾气体，主要包括 CO、烷烃气体、烯烃气体和炔烃气体等[1]。

自然发火标志气体CO的指标临界值应当根据煤层自燃具体情况通过实验研究、现场测试和统计分析进行确定；《煤矿安全规程》第一百三十五条规定的风流中CO浓度限值不超过0.0024%是职业健康指标，不是自然发火临界值，因此通过确定指标气体在不同条件下的参数能够对煤层自然发火进行早期预测预报。

2 4-2煤层自然发火标志气体指标实验室分析煤在氧化过程时要产生多种气体，且各种气体产生的最低温度，以及气体生成量和煤温之间的关系因煤氧化难易程度不同而异，其中能用来预报煤炭自然发火程度的气体称为煤炭自然发火标志气体。

煤炭开采过程中通过测试优选适用的自然发火标志气体及其指标可为煤炭自燃火灾早期预报提供必要的前提条件，同时也使得在实际开采过程中的煤炭自燃防治工作更具有针对性。

2.1实验方法通过实验仪器对煤自然发火过程进行模拟，即一定量的煤在实验条件下进行程序升温，分析各温度段气体产物的种类、浓度及煤样温度变化特性，据此优选适用的自然发火标志气体及其指标。

2.2实验设备煤自然发火标志气体实验模拟系统所需装置主要有程序升温氧化实验装置、气相色谱仪组成。

程序升温氧化实验装主要由气体质量流量控制器、程序控温箱、预热气路、铜质煤样罐、温度控制系统、数据采集与处理系统等组成。

煤炭自燃预测预报技术有哪些？煤炭的自燃过程是非常复杂的，这个过程的发生、发展与化学动力学、化学热力学，即化学反应机理与反应速度；物质结构（内部结构及其性质和变化）等理论有关。

煤矿自燃火灾预测预报技术是在煤层没有产生自燃火灾之前，根据煤炭自然发火各个阶段的征兆和特点，采用相应的工艺对这些征兆和特点进行辨识的一种技术。

（1）利用人体生理感触觉预测预报①嗅觉。

煤炭自然发火时，随着温度的上升会产生一系列气体，这些气体一般都具有特殊的味道，比如煤油味、汽油味、烧焦味等，人们利用嗅觉就可以嗅到这些气味。

②视觉。

煤炭自燃时，一般会产生视觉可观察到的烟雾和水蒸气，在煤岩表面一般会有水珠凝结生成。

③感觉。

在煤炭自燃过程中，矿井内的温度逐渐升高，O2浓度逐渐下降，CO2等有害气体逐渐增加，在接近发火源时，会产生头痛、胸闷等不适感。

该预测预报技术主要基于人体本身，不需要设备投资，但其可靠性很低，对工作人员的依赖性太大，可以通过培训来强化。

（2）温度探测法的预测预报技术温度探测法是利用温度传感器对监测地点进行温度监测，从而确定煤层的自然发火危险程度的方法。

该方法主要通过在钻孔内安装温度探测器，或在某些预埋温度探头及其无线电发射器，根据测定的温度和接收到的信号变化来判断煤层是否发生自燃，从而做出预测预报，分为两类：一类是直接用检测的温度进行预测预报；另一类是通过监测点的温度变化特性进行预测预报。

该预测预报技术充分利用了煤炭自燃产热的特点，通过煤温度的变化，进而确定是否发生自燃火灾，测量可靠、结果直观，但是由于点接触的原因导致测量范围小，探头非常容易损坏。

（3）同位素测氡法的预测预报技术同位素中的氡具有放射性，同位素测氡法的原理就是利用煤岩中放射性氡随温度的升高析出率而增强的特性，当地下煤层发生氧化升温或自燃时其周围及上覆岩层中放射性氡的析出率增加。

该预测预报技术通过检测氡的浓度，能够准确探明煤矿井下自燃火源位置，分析火势的发展趋势，具有很好的应用前景。

煤自燃预测预报——指标气体预测方法煤自燃是煤矿主要灾害之一，自燃造成煤炭资源浪费、影响安全生产，也可能引发矿井瓦斯、煤尘爆炸事故、产生有毒气体危害矿工人身安全。

我国煤矿自燃发火现象是全球最严重的国家之一，自燃发火每年给我国煤矿带来数十亿的经济损失。

尤其是在高产高效矿井中，煤自燃带来的经济损失无法估量。

煤自燃治理的关键在于升温预测预报。

目前比较成熟的煤自燃早期预报方法主要为指标气体预测方法，即通过现场采样、实验室分析的方法，确定某一煤种在不同温度阶段所对应的气体产物产生规律，然后在实际生产过程中通过巷道气体的监测与实验结果相对应，从而确定煤层是否处于危险状态。

常用的指标气体包括不同种碳氧化物、碳氢化合物、氢气等，还有其他用于判别煤自燃阶段的格雷厄姆指数、耗氧量、链烷比、碳氢比等（预测煤自燃的气体分析法判定指标研究现状）。

其他较为常用的方法还有测温法、示踪气体方法、数值分析方法等。

大量研究发现煤氧化生成的CO气体与煤自燃阶段具有十分密切的关系，又由于矿井风流中一般不含有CO气体，不存在自燃环境对测量带来的偏差，因此CO是广为接受的煤自燃早期预测的指标气体。

徐州吉安矿业科技自主研制了ZQC3/6井下束管气体采样装置及监测系统。

主要由井下气体采样装置、数据传输系统和数据处理显示系统三部分组成。

该产品实现了在井下近距离采样、即时显著特点分析、实时监测、准确预警的功能，为煤自燃的早期预测预报和防治工作提供科学的依据。

束管监测系统特点1）体积小、安装方便。

2）使用、维护简单。

采样装置把系统控制、气体采样、检测集成在一起，便于维护。

整个系统可以在就地和远程两种控制模式下运行，显示器能动态的反映出当前系统的工作状态，通讯状态，采样值和采样时间，休眠时间。

3）运行稳定，可靠性高。

系统通过外置滤尘装置和空气过滤器对气样进行过滤，适应井下多尘、潮湿的环境，结构简单，不易发生故障。

4）自动化程度高，操作方便。

远程自动模式按设定时间自动循回进行采样、检测、输出结果，直到设定的时间停止；远程手动模式可以根据实际需要选定其中某一地点进行采样。

煤层自燃发火早期预测预报制度前言煤炭资源是我国重要的能源资源，煤矿产业也是我国的重要支柱产业之一。

但是，煤层自燃发火是煤矿生产安全中面临的一个重要问题，其灾害规模也非常巨大。

因此，建立煤层自燃发火早期预测预报制度，能够有效地控制煤炭资源的安全生产，降低煤矿生产安全事故的发生率，极其重要。

煤层自燃发火的形成原因煤层自燃发火的形成原因主要有以下几个方面：1.煤的自身固有特性，即煤炭中含有的挥发分和可燃气体，在一定的外界因素影响下（如氧气、温度、湿度等），易于自燃和燃烧产生火灾。

2.煤层中的构造和地质条件不同，导致煤层自燃发火的敏感程度和易发性不同。

3.煤炭的开采和管理不当，煤炭堆放积压，运输过程中受到机械撞击等，都可能引起煤层自燃产生火灾。

4.人为因素，如无序的电气线路敷设、违规使用明火和火种、烟草等，也是火灾发生的重要因素。

煤层自燃发火早期预测预报制度的意义建立煤层自燃发火早期预测预报制度，对于煤矿生产安全具有以下几点积极意义：1.可以提前预知煤层自燃火灾的发生，及时采取应急措施，有效避免火灾事故的发生。

2.可以科学地识别煤炭资源安全开采的限制条件和安全开采的规划方案。

3.可以优化煤炭生产和经营管理，提高煤层自燃的预测预报能力和管理水平，从而提高煤炭生产效率。

煤层自燃发火早期预测预报制度的内容建立煤层自燃发火早期预测预报制度，其内容应包括以下方面：1.实行煤层自燃的主动监测和报警机制，建立自动监测装置，对煤层自燃发火的各个环节进行全方位监测和监控。

2.建立煤层自燃预测模型，利用现代技术手段，对煤层自燃的发生可能性进行系统预测，并将预测结果反馈到煤矿生产和管理中相关岗位。

3.建立煤层自燃预警体系，对煤层自燃发火可能性较大的地段，进行预警提示和预警措施，以便及时地采取应急措施。

4.建立煤层自燃预警预报系统，建立科学的预警预报制度，确保每一个可能的火灾都得到及时处理和解决。

结语煤层自燃发火灾害是煤矿生产中的一个重要问题，严重影响着我国的煤炭生产和煤炭资源的安全开采。

浅谈矿井煤炭自燃标志性气体的确定【摘要】井下煤炭自燃发火是煤矿生产的主要灾害之一，轻者烧毁煤炭资源、重者造成人员伤亡。

多年来，由于井下特殊的开采环境，使得人们难以预知井下煤炭什么时间可能自燃发火，难以实行有效的预防和控制火灾的措施，致使火灾事故屡见不鲜，给煤矿的安全生产造成了巨大损失。

气体分析法是预测自然发火的最常用手段，煤炭受热分解时，产生的气体产物种类及其与温度之间的对应关系随矿井和煤质的不同而异。

因此，利用气体分析法预报自燃发火成功的关键是，在现场采取煤样，通过热解实验寻找适合矿井的指标气体，以便于决策分析。

【关键词】煤炭自燃；标志性气体；热分解试验煤炭自燃火灾早期预测预报主要有测温法和气体分析法两种。

测温法：就是根据煤炭在氧化自燃过程中产生一定的热量，使周围的煤岩和空气温度升高的性质，通过检测煤岩和环境温度来判断煤炭的自燃程度，进行早期预测预报。

气体分析法：就是依据煤炭在氧化自燃过程中，除放出一定热量外，同时还要热解释放出CO、C2H4等碳氢类气体的特点，通过检测分析采、掘空间是否有煤炭自燃而产生的气体产物，进行煤炭自燃的早期预测预报。

上述两种方法，气体分析法是目前国内外较为广泛使用的一种方法。

但是测温法和气体分析法结合起来，更能够预测出煤炭自热发火的程度。

煤炭热解时，产生的气体产物种类及其与温度之间的对应关系随矿井和煤质的不同而异。

因此，利用气体分析法预报自燃发火成功的关键是，在现场采取煤样，通过热解实验寻找适合七五矿的指标气体。

为了选择合适的指标气体，以便利用气体分析法预报矿井自燃发火，我们在现场按采样规定采取了试验煤样，进行了实验室热解试验研究。

1 试验系统为了选择符合矿井实际的指标气体，我们设计制造了煤炭氧化热解试验系统，如图1所示。

该系统由如下四个主要部分组成：（1）氧化热解试验装置；该装置由煤样罐、加热炉和保温外壳等组成。

（2）煤温检测和温度控制装置；煤温由6个热电偶与4.5位毫伏计相配合测定；煤温的控制由埋在煤样中的控温探头和SP-2305气相色谱仪的温度控制器共同完成。

2019年第39期（总第363期）教育界/ EDUCATION CIRCLE▲研修发展安全工程是一门需综合地运用知识和能力去解决实际问题的学科，是一门实践性强、综合性强的学科，它的目的是培养能够掌握各个领域通用安全科学专业技术的安全工程专业学生，使他们成为高素质的专业技术人员和管理人员[1]。

安全工程专业实验室是实践教学的重要基地，对学生动手能力、实践能力、创新精神和综合素质的培养具有非常重要的作用。

太原理工大学安全工程专业于2010年被批准为“第一批教育部卓越工程师”的培养专业。

其中，实践教学环节是卓越计划的中心环节，实践教学质量的优劣直接关系到高校教学改革的成败，影响着大学生未来就业能否适应国家与社会发展的需要。

本专业的矿井火灾防治技术从理论研究到现场实践均处于国内外领先地位。

矿井火灾是我国煤炭工业“五大自然灾害”之一。

随着我国煤矿开采强度的增大、开采深度的增加、机电化程度的提高，矿井火灾日益严重。

据不完全统计，我国煤矿的自然发火率逐年上升，已高达70%以上，并有不断增加的趋势。

煤炭企业急需大量具有扎实理论基础和丰富实践能力的大学毕业生去参与矿井火灾的防治技术工作，为煤矿的安全生产保驾护航。

“矿井火灾防治技术”课程是我校安全工程专业的重要专业课程之一，该课程在提高本科学生科学理论水平的基础上，更加强调实验实践教学的重要性。

因此，选择矿井火灾防治相关的实验，使学生更接近矿井实际，开展相应的实践训练，教师进行有针对性的指导性教学，使学生对煤炭自燃有更深层的理解，对矿井火灾防治的相关核心知识点也会掌握得更加牢固，从而提高学生的实践应用能力。

一、存在的问题煤自燃的早期预报技术是煤矿企业自燃火灾防治的关键，《煤炭矿井设计防火规范》与《煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范》中明确提出，必须建立火灾监测系统，确定煤层自然发火的标志气体及临界值，健全自然发火预测预报及管理制度。

目前，在煤矿企业的矿井自燃火灾的防治过程中，自燃火灾标志性气体的优选主要依托高校的科研实验室的研究结果，还未形成一套标准、可操作的分析测试实验。