煤層自然發(fā)火機理及其規(guī)律與防治應用

井慶輝 陳西東 李建鋒

摘要：煤層自燃是多方面因素共同作用的，其發(fā)火原因復雜，在煤層自燃火災防治技術運用上積極深入了解煤層自然發(fā)火機理及其規(guī)律極為重要，以便針對自然發(fā)火機理及規(guī)律制定更適宜的防治措施。

關鍵詞：煤層；自然發(fā)火機理；規(guī)律；防治應用

一、煤層自然發(fā)火機理的評論

煤層自然發(fā)火期是指在開采過程中暴露的煤炭，從接觸空氣到發(fā)生自燃的一段時間。影響發(fā)火期的因素：煤的自燃傾向性、地質因素、開采方法和通風條件等，另外還與煤層的自燃危險程度、煤炭氧化發(fā)熱與聚熱的條件有關。而造成這一現(xiàn)象產生的原因包括煤的的化學成分及變質程度、孔隙率、 吸氧性、溫度、地質構造等自然內部因素，也包括開采技術等人為外部因素。

二、煤層自燃發(fā)火主要存在地點及其規(guī)律：

1、煤巷的冒頂、垮幫處：巷道斷層附近易于出現(xiàn)冒頂，由于風流沖刷不到冒頂、垮幫深部，煤炭氧化熱量易于積存，使煤體熱量積聚而導致自燃。

2、采煤工作面采空區(qū)遺煤，上下隅角處容易發(fā)火：當工作面推進速度低于采空區(qū)遺煤氧化升溫帶寬度時，氧化升溫帶內煤炭氧化蓄熱，煤體存留時間可能超過自然發(fā)火期而出現(xiàn)自燃；采煤工作面上下隅角煤幫塌落不實， 易形成三角區(qū)，出現(xiàn)漏風通道，且易堆浮煤，為煤炭自然發(fā)火提供了物質條件。

3、切眼附近和停采線處容易發(fā)火：綜放開采開切眼處，由于綜放開切眼托頂煤較厚且開切眼寬度大，支護不當時，易造成冒頂現(xiàn)象，工作面安裝速度慢，超過自然發(fā)火期，發(fā)生煤炭自燃事故；停采線處易發(fā)火，在開采下部分層時，上部分層的停采線遺煤容易出現(xiàn)自然發(fā)火，停采線是壓差最大的漏風通道，若兩端密閉墻封閉不嚴，停采線處煤炭易于自然發(fā)火，特別是在厚煤層分層開采時，表現(xiàn)更為突出。

三、煤層自燃防治應用

目前的煤層自燃火災防治技術主要從以下三個方面入手：一是隔離煤與氧氣的接觸，使其窒熄；二是降低煤溫，抑制煤的氧化放熱強度，隨著煤溫下降，煤的氧化放熱強度降低，最終使火熄滅；三是惰化煤體表面活性結構，降低煤氧復合速度，防止煤自燃的發(fā)生。

1、堵漏防滅火技術：在煤炭的氧化過程的熱平衡關系中，漏風起兩個方面的作用，一是向煤炭提供氧化所必需的氧氣，二是帶走氧化生成的熱量。一般漏風較小，起到前者的作用，對漏風進行有效的封堵，斷絕浮煤氧氣的供給可以較好的防治煤層自燃火災的發(fā)生。在我國大部分煤礦井下，比較常用的堵漏手段是水泥噴漿、泡沫噴涂和粉煤灰堵漏等。

2、膠體防滅火技術：膠體防滅火技術是近年來發(fā)展起來的新型防滅火技術。膠體材料在設定時間和范圍內發(fā)生膠凝作用，有效地鈍化煤表面活性基團，隔絕氧氣，吸熱降溫，終止氧化，并能降低水煤氣爆炸傷人危險。它具有滅火速度快、安全性好、火區(qū)啟封時間短、復燃性低等特點。

3、均壓技術：均壓技術又稱調壓技術，所謂的均壓是指均衡漏風通道進出口兩端的風壓以杜絕或減少漏風量的措施，通過破壞煤炭自燃的四個必要條件之一，從而達到防火和滅火的目的。首先，要在保證沖淡有毒有害氣體，使風速、氣溫適宜的情況下，全面施行區(qū)域性均壓通風，為保證風速穩(wěn)定，避免風量忽大忽小，應加強井下通防設施巡查維護及有毒有害氣體檢測，及時對工作面全面測風，發(fā)現(xiàn)問題以便及時處理。

4、注漿技術：注漿防滅火技術措施至今已經發(fā)展形成幾種比較成熟的工藝。其主要作用就是隔氧和降溫，即通過漿體材料包裏煤體，隔絕煤氧的接觸，膠結頂板，降低采空區(qū)空隙率，增加漏風阻力，防止煤的氧化。注漿量根據現(xiàn)場實際及工作面出水情況而定，還必須根據現(xiàn)場仰俯采實際實施。

5、阻化劑防火：阻化劑又稱為阻氧劑，主要指一類有機鹽類化合物。將此類溶液噴灑在煤壁上、采空區(qū)或者注入煤體內，具有阻止氧化，防治自燃的作用。它的作用機理是：增加煤在低溫時的化學惰性，或提高煤氧化的活化能；形成液膜包圍煤塊和煤的表面裂隙面；充填煤柱內部裂隙；増加煤體的蓄水能力；水分蒸發(fā)吸熱降溫。其實質是降低煤在低溫時的氧化速度，延長煤的自然發(fā)火期。

6、注惰性氣體：注惰性氣體也是煤礦井下常用的防滅火手段之一，礦井防滅火所用的惰氣與化學上的惰氣在概念上有所區(qū)別，是指不能助燃的氣體，目前國內外使用的惰性氣體主要有CO2、N2。注CO2、N2前必須根據現(xiàn)場仰俯采實際實施，并且制定嚴密的技術措施，注CO2、N2期間重點監(jiān)測工作面及回風隅角氣體變化，回風隅角安設氧氣傳感器，以加強現(xiàn)場觀測。應根據采空區(qū)“三帶”動態(tài)變化規(guī)律，結合煤層最短自然發(fā)火期和工作面日推進速度，合理確定注氮時間和注氮口轉換周期，使氧化自燃帶始終處于被注入氮氣惰化覆蓋的狀態(tài)，從而有效抑制采空區(qū)自然發(fā)火。

7、建立完善的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。確定煤層自然發(fā)火標志氣體及臨界值，開展自然發(fā)火預測預報工作，建立健全監(jiān)測系統(tǒng)。利用安全監(jiān)控系統(tǒng)，24小時實時監(jiān)測工作面回風隅角、工作面回風流的氣體變化，重點監(jiān)測、掌握一氧化碳、瓦斯、溫度變化；利用束管系統(tǒng)每天抽氣分析回風隅角及采空區(qū)的氣體，及時掌握現(xiàn)場數(shù)據；瓦斯檢查員三班現(xiàn)場檢查工作面、回風隅角及回風流的氣體，每班向調度室報崗匯報氣體情況，發(fā)現(xiàn)異常及時處理并匯報；加強人工取樣監(jiān)測，安排專人每周對工作面隅角、架間、回風流、高位區(qū)、采空區(qū)及可能積熱著火的地點取樣監(jiān)測，以便及時預報。

8、及時封閉與采空區(qū)連通的巷道及各類廢棄鉆孔，采煤工作面回采結束后45天內進行永久性封閉。根據地質條件，煤層賦存，合理確定停采線位置，采用雙道密閉的方法進行封閉。在實施正常密閉的基礎上，在相隔3至6m處再構筑一道密閉，中間充填樹脂發(fā)泡劑SPA-2材料。不但加固了密閉強度，杜絕了漏風，還有效地抗擊了周邊動壓的影響。

9、加強工作面長短臂注水工作，使煤體濕潤，不僅起到防塵效果，同時降低了煤體表面的溫度，又可以降低有害氣體濃度。

因此，應根據煤層自然發(fā)火機理及變化規(guī)律，結合煤層最短自然發(fā)火期和工作面日推進速度，合理確定防治措施，積極處于主動狀態(tài)，才能有效抑制煤層自然發(fā)火，保障礦井能和諧的安全生產，減少資源浪費，提高經濟效益。

參考文獻：

[1]鮑慶國，文虎，等.煤自燃理論及防治技術[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2002.

（作者單位：棗礦集團滕東煤礦）

作者簡介：井慶輝，男，漢族，1978年出生，畢業(yè)于華北科技學院采礦工程專業(yè)，現(xiàn)為山東省棗礦集團滕東煤礦通防科技術員。