煤礦煤層自然發火原因分析及防治措施

摘 要：煤礦井下火災一直是危害工作人員生命安全的重大災害之一。為了充分保障井下煤礦工人的生命安全，我們必須在全面掌握煤礦井下產生煤炭自然發火的原因，分析出煤礦井下煤炭自然發火的規律的基礎上，從礦井自然發火防治方面提出了防治煤炭自燃的防治措施。

關鍵詞：煤礦；火災；防治

1 我國煤礦井下煤炭自然發火防治現狀

目前，我國煤礦井下煤炭自然發火情況十分嚴重，其中有一半以上的煤礦存在煤炭自然發火的隱患，與此同時，我國統一配制和重點建設的煤礦中，存在自然發火危險的礦井高達47%，如此嚴峻的狀況，令人擔憂。據統計，我國煤礦井下煤炭自然發火次數約占煤礦總發火次數的94%，其中煤礦采空區自然發火約占內因造成火災的60%。煤礦井下煤炭自然發火而引起的火災常常導致工作面被封閉，以致大量的煤炭資源和許多貴重的生產設備遭到凍結，甚至致使工作面和采區的風流混亂，使得煤礦的采礦工作無法正常運轉，造成不必要的人員傷亡。因為我國火災理論研究起步比較晚，缺乏完善的防火、滅火機制，更缺乏配套的技術與設備，存在一系列需要解決的問題。所以，如何更好的開展礦井火災防治工作依然是我們研究的重點之一。

2 礦井煤炭自然發火的因素

2.1 煤具有自燃傾向性且呈破碎狀態堆積至一定厚度

當具有自然發火傾向性較大的煤遭受到擠壓而破碎并沉積到一定厚度的時候，煤便有可能自然發火，而堆積地比較薄的一些浮煤因為產生的熱量比較少而且蓄積的熱量條件差，所以很難發生自然發火的現象。針對煤的破碎程度與煤自燃之間的關系，國內外有了一定的研究成果，一般情況下，浮煤積攢到1毫米左右的時候最容易引起自燃；其中在浮煤堆積的厚度方面，前蘇聯的一個學者曾經也提出過浮煤自燃的臨界，他指出浮煤堆積的厚度達到40厘米的時候，最容易引起自燃。但是在實際上，浮煤自燃的臨界厚度并不是一個確定的值，它根據煤自身的特性、煤體溫度以及漏風強度的不同而有所差異，所以應該依據煤礦現場的實際狀況確定浮煤自燃的堆積厚度。

2.2 有持續的通風和供氧條件

氧氣是致使煤發生自燃的一個必要條件，只有當含有足量氧氣的風持續不斷地吹向破碎的煤體的時候，煤體的自然發火的過程才有可能持續不斷地發展下去，并出現自燃的現象。

2.3 容易積聚熱量

煤在氧化與自燃的過程中需要具備良好的積聚熱量的環境，如果沒有這種環境，煤體的溫度便不會升高，更不會出現自燃的現象。如果在通風的條件下，致使煤氧化過程中釋放出的熱量無法積聚更無法氧化升溫的風速稱為“臨界風速”，針對臨界風速的值還沒有確定，一般情況下，當風速在0.1至0.24米/分時，最容易引起煤的自燃。一些學者還在通風量的角度對煤氧化的過程中蓄積熱量的環境進行了剖析，得出通風量連續為0.4至0.8米/分的時候，煤最容易產生自燃。

2.4 連續一定的時間

只有煤氧化并放熱的現象持續一定時間才會出現煤自燃。在溫度比較低的時候，煤氧化過程的進程非常緩慢，釋放出的熱量也比較少，而且其中大部分的熱量會通過風吹和熱傳導散失，只有少部分的熱量可以保留下來，并在煤體內為煤的進一步氧化提供所需要的熱量，并使得煤體的溫度逐漸升高。煤自然發火的根本原因是煤發生了化學變化，而這種情況只有當煤體到達一定溫度后才有可能出現，破碎的煤體如果從比較低的溫度中氧化并發展到自燃需要一段相當長的時間，而這段時間就是煤的自然發火期。

3 防治自燃的技術措施

3.1 完善開采技術預防煤炭自燃的措施

（1）長壁式開采煤礦。采用當代先進的科學技術，綜合化的機械，開采煤礦，這不僅可以提高開采煤炭的產量，而且可以在時間和空間上降低煤炭氧化的程度。（2）采取恰當的開采煤礦辦法，同時也需要選取適合的頂板管理措施。首先，可以采取灌漿或者采用水砂類的充填物等充填的辦法管理空白區，從而降低煤自燃的可能性。（3）采用垂直重疊的辦法布置區間的煤巷。此種布局的優點是：在降低煤柱的尺寸甚至消除煤柱的基礎上，消滅煤炭自燃的必備條件。（4）推廣無煤柱的煤炭開采技術。

3.2 通風措施預防自然發火的措施

（1）選擇恰當的通風系統。依據開采煤炭的方案，選擇科學的通風方式。例如，如果采用前進式的開采方案，就選擇對角式的通風方式；如果采用后退式開采方案，就選擇中央式的通風方式，這樣可以降低采空區通風的程度，進而減少煤炭自燃的可能性。（2）采取分區通風。在每一個開采區都設置單獨的回風巷，采取分區通風。這樣不僅會減小礦井內通風的阻力，提高礦井內通風能力，也有利于調節風力和隔絕火區。（3）采用恰當的采區與工作面通風系統。盡量降低采空區的通風壓差是選擇優良的采取與工作面通風系統時必須堅持的原則。若選擇采空區漏風的情況比較嚴重的工作面，當工作面比較短小的時候可以采用U式的通風系統，如果工作面比較長的時候可以采用W式的通風系統。

3.3 介質法預防自然發火的措施

（1）灌漿技術。灌漿技術是一種簡易而可靠的防火、滅火的技術。在部分缺乏灌漿材料的礦區，可以采用注水來取代灌漿，從而增加煤體中的水分，提高防滅火的效果。灌漿技術的優點如下：第一，包裹住煤體，進而隔絕氧氣與煤的接觸；第二，吸收熱量，降低煤體溫度；第三，工作流程簡單；第四，操作成本低廉。但是這種辦法也存在著一定的缺點：第一，只能向地勢相對較低的部位流而不能向比較高的地方堆積，同時對頂板煤體更起不到防滅火的功效；第二，漿體可以均勻地覆蓋住浮煤，同時覆蓋的面積比較小；第三，容易出現跑漿以及潰漿的現象，破壞礦井下的工作環境，降低煤炭的質量。（2）阻化劑防滅火技術。阻化劑是將鹵化物或水溶液滲入煤體的裂縫中，并覆蓋在煤體的表面，進而使煤體隔絕氧氣。與此同時，鹵化物可以吸收周圍的水分并覆蓋在煤體的表層，進一步隔絕氧氣，防止煤自燃。但是阻化劑技術也存在一些缺點，例如，其不易均勻地分布在煤體表層，并且噴灑的工作技術要求較高，其實施的難度較大；與此同時，阻化劑會腐蝕礦井下的設備，甚至危害到礦井下人員的身體健康。（3）惰性氣體技術。氮氣是主要的惰性氣體，其可以采取的方式如下：深冷空分、中空纖維分離以及碳分子篩變壓吸附。采用此種技術的優點是：第一，降低區域內氧氣的濃度；第二，使火區中的可燃性氣體瞬間失去其爆炸性；第三，對礦井下的設備和人員沒有任何傷害。但其存在的缺點是：第一，不容易停留在某一地區，易于隨著風而逐步擴散；第二，注射氮氣的機械需要經常采取維護措施；第三，降低氣溫而滅火的辦法，效果比較差。（4）惰性氣體泡沫技術。目前，惰性氣體泡沫防火、滅火的材料主要有氮氣泡沫和二氧化碳泡沫兩種。在礦井下滅火的時候，可以采取鉆孔壓注的方法，把溶液注到煤自燃的地方。此種技術可以使泡沫均勻分布，適合當采空區和煤堆深部的煤炭自燃的時候采用。但是泡沫很容易被蒸發，如果其被蒸發，其防火、滅火的功效就隨之消失了。

4 結束語

為了有效防治礦井下的火災，提高煤礦生產中的安全性，我們有必要在根據煤礦生產的實際狀況的基礎上，對礦井煤炭自燃的過程開展進一步的探究。礦井下煤炭自然發火受到許多因素的影響，由其發生的必然性和偶然性，我們需要研究開發并應用先進的防火、滅火技術與設備，采取綜合的辦法有效防治礦井下的火災。

參考文獻

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