煤矿采空区自燃危害及治理措施

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。

兰　乓　

鹾　噻　

宣　＼　

薅　通Ｊ斌鞍Ｑ／Ｉｎ　／ｍｉＩ、　图１通风量与漏风量的关系曲线　

通风黢Ｑ／Ｉｎ　／ｍｌｎ　图２通风量与氧化带宽度的关系曲线　

主，喷洒阻化剂预防煤层自燃和束管监测为辅的综　

合防灭火措施。　

３．１黄泥注浆预防遗煤自燃　黄泥注浆就是将水、浆材按适当比例，制成一定　

浓度的浆液，借助输浆管路送往可能发生自燃的采　

空区，以防止自燃火灾的发生。黄泥注浆可起到隔离　

氧气、散热的作用。浆液流入采空区之后，固体物沉　淀，充填于浮煤缝隙之间，形成隔绝风流的隔离带。　

有的还可能包裹浮煤隔绝其与空气的接触，防止浮　

煤氧化。浆液所到之处，可增加煤的外在水分，抑制　

自然氧化过程的发展。同时，对已经自热的煤炭有冷　却散热的作用。　

３．２喷洒阻化剂预防煤层自燃　

参考其他矿区经验，选择工业废盐ＭｇＣｌ：为阻　

化剂。利用专用容器将ＭｇＣ１　配制成２０％的阻化剂溶　

液，将ＭｇＣＩ　阻化剂溶液经专用高压喷雾泵雾化，将　雾化后的阻化剂经专用管路输送至喷洒地点。采空　

区喷洒阻化剂可延缓煤体的氧化速度，消灭采空区　

自然发火事故隐患，从而达到防灭火的目的。　

１２　３．３束管监测　

为了加强火灾预测、预报及监控，建议安装束管　

监测系统。系统由安装在矿井地面控制中心的数据　

处理装置、抽气泵及敷设在矿井中的管缆及管路附　件等构成。利用抽气泵和管缆将井下被测点气体信　

息取至地面进入气路控制装置，在计算机的控制下　

进行处理。依据长期连续监测矿井气体成份的变化　趋势和格拉姆系数，可预报煤层的自然发火，亦可为　

采空区防灭火提供气体成份的数据监测。一旦发现　

有关指标超过或达到临界值等异常变化时立即发出　

预报。使其在萌芽状态就能采取措施加以消灭。　

结论　

（１）分析采空区遗煤自燃与工作面通风量之间　

的关系，明确采空区氧化带宽度随工作面通风量增　

大而增加，遗煤自燃可能性就越大。　（２）在满足工作面通风量最低值的条件下，提出　

采取以黄泥（粉煤灰）灌浆为主，喷洒阻化剂预防煤　

安全技术/矿山安全

采空区处理方法和安全技术措施

一、采空区处理方法：

（一）对工作面采空区顶板采用全部垮落法处理。

（二）对工作面采空区进行灌浆、注氮，防止煤层自然发火。

（三）对工作面采空区瓦斯进行抽放，防止高浓度瓦斯涌入工作面。

二、安全技术措施：

（一） 防止煤层自然发火措施

11101工作面煤层有自然发火倾向，必须采取以灌浆为主，辅以注氮、喷洒阻化剂、均压通风、构筑拦浆防火墙、设置挡风帘等综合防火措施，加强防火工作，防止煤炭自燃。

1、防火方法 （1）

采空区：采空区防火采用黄泥灌浆为主，注氮、均压通风、进、回风隅角构筑全断面拦浆防火墙、进风隅角设全断面挡风帘为辅的综合防火技术，防止采空区煤层自然发火。

（2）

断层等地质构造处：断层等地质构造处的煤体破碎，丢煤较多，工作面推进速度减慢，应对破碎带及附近进行重点灌浆、注胶、注三相泡沫或树脂发泡剂,并对破碎遗煤喷洒阻化剂。

（3）停采线防火：工作面停采后，对停采线煤柱及巷道煤体喷洒凝胶阻化剂，对采空区采取注黄泥浆、注胶封堵、注氮、注三相泡沫或树脂发泡剂等措施；工作面封闭后，对采空区进行一次大量注黄泥浆。

2、组织保障措施

（1）成立“防止11101采空区自然发火”领导小组。

组 长：黄刚

副组长：王衍生 张忠玉 王信海

成 员：张俊强 毕思忠 赵德昌 杨继和 宗立军 张建波

王明伟 苗圃 万传新

办公室设在公司通防部，主任由张俊强担任。

职责：负责召开防采空区自然发火工作会议，负责防火日常情况的调度、数据统计和信息传递，为决策提供依据。

（2）领导小组下设工作组，各工作组人员及职责

①技术资料组

组 长：王信海

副组长：张俊强

成 员：张建波 吕茂云 李福国

职责：制定具体的防灭火方案，并随时修改救灾方案报指挥部，提交防灭火所需的物资目录，特殊情况下提出建议，聘请有关方面的专家参加技术组，确定防灭火的技术方案。随时向指挥部汇报工作的进展情况，并与指挥部及各组联络，保障防灭火技术方案及指挥部意见的传达、反馈到位。

本矿2013年度由山西省煤炭工业局综合测试中心进行了3#、4#煤层的自然倾向性鉴定，煤层自然倾向性为II级。井下不存在火区。2015年3月委托山西公信安全技术有限公司对6号煤层煤样进行了爆炸性及自然倾向性测试：6号煤层煤的吸氧量0.75cm3/g，自燃倾向性等级为Ⅰ级，属容易自燃煤层。

一、煤的自燃因素分析

引起煤自燃的因素较多，主要如下：

（1）煤的炭化程度。煤层的自燃性一般随煤炭的变质程度的增高而降低，一般情况下挥发分含量在12％以下的烟煤难以自燃，但若有其它原因，也可能产生自燃。

（2）煤岩组分：煤层中有集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝煤时，煤的自燃倾向就大；而暗煤多的煤，一般不易自燃。

（3）煤的含硫量：含硫分愈高，吸氧能力越大，越易自燃，含黄铁矿、黄铜矿结核较多，也具有自燃危险性。

（4）煤的破碎程度：煤的破碎程度大，增加了煤的氧化表面积，使煤的氧化速度加快，容易自燃。脆性与风化率较大的煤易于自燃。

（5）煤的水分：水分能加速煤的氧化过程，同时使煤体疏松、造成细微裂隙，加大吸氧能力，并降低着火温度，但过多水分则可抑制煤的氧化。

（6）地质构造：地质构造复杂、围岩及煤层破碎带易引起煤层自燃。

（7）开拓开采条件及通风方式：矿井开拓方式和开采方法与通风方式若选择不合理，往往造成丢煤多、煤柱破碎，漏风严重，给煤层自燃造成良好条件，增加自燃的可能性。

二、煤的自燃预测

1、人的感官可以察觉的自燃征兆

(a)巷道中出现雾汽或巷壁“挂汗”；

(b)风流中出现火灾气味，如煤油味、松香味、臭味等；

(c)从煤炭自燃点流出的水和空气较正常的温度高；

(d)当空气中有毒有害气体浓度增加时，人们有不舒服的感觉，如头痛、头晕、精神疲乏等。

三、仪表检测

(A)有下列情况之一者，定为自燃发火

(a)煤炭自燃出现明火、火灾烟雾、煤油味等；

(b)煤炭自燃使环境空气、煤层围岩及其它介质温度升高并超过70℃；