采礦工程畢業(yè)論文--巷道煤層自燃危險性分析與防治

1、<p>　　星村煤礦深井巷道煤層自燃危險性分析與防治</p><p>　　摘 要 通過分析星村煤礦煤層巷道的自燃危險性，結(jié)合實際煤層自燃隱患產(chǎn)生的地點，提出了防治的手段，達(dá)到了預(yù)防火災(zāi)事故的目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞 深井；煤層巷道；自燃危險性；分析；防治</p><p><b>　　1 概述</b></p>

2、<p>　　星村煤礦開采深度已超過1000m，屬典型的深井開采；前期副井進(jìn)風(fēng)、主井回風(fēng)，中央并列式通風(fēng)，后期西翼三采區(qū)增加進(jìn)風(fēng)井，為混合式通風(fēng)；主采的3煤自燃傾向性鑒定吸氧量0.59-0.78ml/g·干煤，屬易自燃煤層；煤塵爆炸指數(shù)38.86-38.90%，具有強(qiáng)爆炸性；瓦斯含量較低，歷年鑒定為低瓦斯礦井。煤巷施工采用綜掘、普掘工藝，錨桿、鋼帶、錨索聯(lián)合支護(hù)，一般選2×15kw對旋式高效低噪音局部通風(fēng)

3、機(jī)配合Φ800直徑抗靜電阻燃風(fēng)筒通風(fēng)；采煤工作面采用綜采放低位頂煤工藝，自然垮落法管理頂板，軌道順槽進(jìn)風(fēng)、運輸順槽回風(fēng)的“U”型下行通風(fēng)方式。</p><p><b>　　1.1 瓦斯</b></p><p>　　礦井自2006年建成投產(chǎn)以來，歷年瓦斯等級鑒定結(jié)論為低瓦斯礦井。2010年度礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果：礦井絕對瓦斯涌出量0.00m3/min，相對瓦斯涌出量0.

4、00m3/t；礦井絕對二氧化碳涌出量5.18m3/min，相對二氧化碳涌出量2.77m3/t。礦井無高瓦斯區(qū)，為低瓦斯礦井。</p><p><b>　　1.2 煤塵</b></p><p>　　2005年1月和3月分別委托煤炭科學(xué)研究總院撫順分院對煤塵爆炸性進(jìn)行鑒定，鑒定結(jié)果為主采2、3煤層的煤塵均具有強(qiáng)爆炸性，煤塵爆炸指數(shù)分別為42.82%和38.90%。<

5、/p><p><b>　　1.3 煤的自燃</b></p><p>　　2005年1月和3月分別委托煤炭科學(xué)研究總院撫順分院對煤層自燃傾向性進(jìn)行鑒定，鑒定結(jié)果為2、3煤層均為Ⅱ類自燃煤層。2006年5月，西安科技大學(xué)與星村煤礦進(jìn)行項目合作，并出具《星村煤礦煤樣自燃特性測試報告》，根據(jù)測試報告，星村煤礦開采的3煤層在起始溫度為27.7℃時實驗最短自然發(fā)火期為52天，統(tǒng)計煤層

6、最短自然發(fā)火期為31天。</p><p>　　1.4 地溫 </p><p>　　根據(jù)星村煤礦精查地質(zhì)報告，該區(qū)平均地溫梯度為2.0℃/100m，屬正常地溫區(qū)。由測溫資料看出，3煤層是一良好隔熱層，其上、下具有不同的地溫梯度，3煤之上地溫梯度為1.5℃/100m，3煤層之下地溫梯度為2.9℃/100m。采區(qū)3層煤最大深度為1350m，按地溫梯度計算地

7、溫為42℃。</p><p>　　2 星村礦煤層自燃特點</p><p>　　星村礦所采煤層石炭二疊系煤層，煤層均為低中灰、高揮發(fā)分氣煤，主采3號煤為低硫～特低硫、特高熱值煤。井田瓦斯含量較低，但由于煤層埋藏深，構(gòu)造發(fā)育不一致，有局部瓦斯聚集可能。根據(jù)自燃發(fā)火傾向試驗結(jié)果井田內(nèi)各煤層均存在自然發(fā)火傾向。與井田鄰近的兗州礦區(qū)煤層以20℃為起始溫度的最短實驗自然發(fā)火期一般在30-50天之間，星

8、村礦主采煤層與兗礦集團(tuán)各礦相同，其自然發(fā)火期預(yù)計也在此范圍。星村礦在煤層自燃和防滅火方面還有以下特點：</p><p>　　2.1 煤層埋深大、地溫高</p><p>　　井田范圍內(nèi)，主采3煤一般在-900水平左右，其埋深達(dá)到約1000m。根據(jù)鉆孔測溫資料，3煤層為良好的隔熱層，3煤層之上、之下具有不同的地溫梯度。3煤層之上地溫梯度為 1.5 ℃/100m，3煤層之下地溫梯度為 2.9 ℃

9、/100m，屬正常地溫區(qū)。首采區(qū)3煤層最大深度為1350m，按地溫梯度計算地溫為42℃。</p><p>　　起始溫度越高，則煤的自然發(fā)火期越短。根據(jù)煤樣自然發(fā)火實驗，平均粒度為4.74mm的東灘煤以30℃為起始溫度的自然發(fā)火期約52天，即該煤樣以42℃為起始溫度的最短實驗自然發(fā)火期僅為40天左右，因此星村礦發(fā)生煤層自燃危險很大。</p><p>　　2.2 地壓大、巷道周圍煤體易破碎&l

10、t;/p><p>　　星村礦開采煤層由于埋藏深度大，地壓也非常大。井下可以看到許多地段出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象。在煤層中掘進(jìn)巷道時，巷道中經(jīng)常出現(xiàn)冒頂，形成空洞。采用錨網(wǎng)支護(hù)的地段，可以看到錨桿之間的煤體外鼓，即錨網(wǎng)內(nèi)兜有大量松散煤體，采用鋼棚支護(hù)時，棚頂常堆積有大量松散煤體。這些松散煤體較多的地段都是易自燃區(qū)域。</p><p>　　2.3 地質(zhì)構(gòu)造相對較復(fù)雜，斷層帶較多</p><

11、p>　　星村礦井范圍內(nèi)存在大量斷層等構(gòu)造，在斷層帶附近煤層比較破碎，漏風(fēng)也相對較嚴(yán)重，因而容易發(fā)生煤層自燃。順槽等大量巷道均沿煤層掘進(jìn)，并且巷道服務(wù)期限一般都比較長，在巷道掘進(jìn)到斷層帶附近時，漏風(fēng)向松散煤體供氧，因此，斷層極易發(fā)生自燃。</p><p>　　2.4 綜放開采自燃較嚴(yán)重</p><p>　　星村礦采用綜采放頂煤開采技術(shù)，極大地提高了生產(chǎn)效率。但由于綜放開采順槽沿底板一次

12、掘出，服務(wù)時間長，順槽頂煤較厚，且過舊巷或斷層時，煤體較破碎、易于離層、壓裂冒落，使得巷道煤體自燃危險性增加。綜放面兩道端頭支架處頂煤放出率低，采空區(qū)留有大量浮煤，且工作面推進(jìn)速度相對較慢，采空區(qū)浮煤易自燃，尤其是開切眼和停采線附近，由于不放頂煤，工作面安裝撤架時間較長，使其更易發(fā)生自燃火災(zāi)。主要發(fā)火點為順槽巷道頂煤、相鄰采空區(qū)松散煤體和綜放工作面采空區(qū)容易發(fā)生自燃。因此，綜放面自燃危險性更大，防治難度更大，主要表現(xiàn)在：</p&g

13、t;<p>　?。?）綜放開采的丟煤相對增加，特別是工作面采空區(qū)周邊的丟煤相對增加，加大了采空區(qū)自燃發(fā)火可能性；</p><p>　?。?）順槽沿煤層底板掘進(jìn)，巷道頂煤易破碎甚至冒頂，極易自燃，且常規(guī)的防滅火手段難以奏效。</p><p>　　基于以上原因，星村礦井下比周圍礦區(qū)煤層更容易發(fā)生自燃，煤層自燃將會成為影響礦井安全生產(chǎn)的最重要災(zāi)害之一。</p><

14、;p>　　2.5 煤層最短自然發(fā)火期</p><p>　　2.5.1自然發(fā)火期預(yù)測的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及其學(xué)習(xí)</p><p>　　煤自燃在低溫階段的升溫速率非常緩慢，但溫度超過150℃后，供氧適宜的條件下，幾乎所有的煤在1d以內(nèi)溫度就會升高到著火點。因而本文僅研究煤從常溫到150℃范圍的耗氧速率及CO、CO2產(chǎn)生率與發(fā)火期間的非線性關(guān)系，并據(jù)此預(yù)測煤的自然發(fā)火期。采用S型函數(shù)的前向三

15、層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)表征這種關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)的輸入層為煤樣在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、120℃、150℃下的耗氧速率、CO產(chǎn)生率和CO2產(chǎn)生率，是一個N=30維向量。網(wǎng)絡(luò)第一層有L=20個神經(jīng)元，第二層有K=15個神經(jīng)元，第三層為輸出層向量，其期望值為煤的自然發(fā)火期，有M=8個神經(jīng)元。通過自然發(fā)火實驗測定的發(fā)火期一般只能精確到1天，因而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出只取整數(shù)。神經(jīng)元的變換函數(shù)采用Sigmoid函數(shù)。由于網(wǎng)絡(luò)的輸

16、出值容易接近0或1，故將煤的自然發(fā)火期轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，共有8位，即可實現(xiàn)發(fā)火期從0到255天的預(yù)測。預(yù)測精度理論上可達(dá)到1d，與煤自然發(fā)火實驗精度相同。</p><p>　　煤自燃過程特征溫度TG實驗研究</p><p>　　目前熱分析方法共分為九類十七種，其中主要和常用的熱分析法是熱重分析法(Thermogravimetry,TG)、差熱分析法（Differential Thermal

17、Analysis,DTA）、差示掃描量熱法（Diferential Scanning Calorimetry,DSC）。熱重法是在程序控制溫度下，測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度的關(guān)系。通常熱重分析法分為兩種類型：非等溫?zé)嶂胤ê偷葴責(zé)嶂胤?。非等溫?zé)嶂胤ㄊ窃诔绦蛏郎叵聹y定物質(zhì)質(zhì)量變化與溫度的關(guān)系；等溫?zé)嶂胤ㄊ窃诤銣叵聹y量物質(zhì)質(zhì)量變化與溫度變化的關(guān)系。等溫法常需要在較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行實驗，雖然比較準(zhǔn)確但是比較費時，目前采用的較少。非等溫法簡便、實用、

18、應(yīng)用廣泛。本次實驗就采用非等溫測量法。差熱分析是在程序控制的溫度下，測量物質(zhì)與參比物質(zhì)之間的溫度差與溫度的關(guān)系。差示掃描量熱法是在程序的控制溫度下測量輸入到物質(zhì)和參比物的功率差與溫度的關(guān)系。</p><p>　　從煤的TGA和DTG曲線，可以清楚地看到煤從室溫開始被空氣氧化達(dá)到著火點以至燃燒結(jié)束時煤重量及煤氧復(fù)合速度變化的全過程。</p><p>　　2.5.2 熱重實驗</p>

19、;<p>　　本實驗采用德國耐馳公司的TG209熱重分析儀，如圖1a和1b所示，其相關(guān)參數(shù)如下：</p><p>　　溫度范圍：室溫至1000℃</p><p>　　承重最大值：1.0g</p><p><b>　　靈敏度：0.1</b></p><p>　　天平精確度：±0.1%</p&g

20、t;<p>　　載氣流量：載氣90ml/min；保護(hù)氣體10ml/min</p><p>　　加熱速率：0.1-50℃/min，最小間隔為0.01℃/min</p><p><b>　　樣品盤：鉑坩堝。</b></p><p>　　所有煤樣都是在空氣中破碎、篩分，然后通入氮氣沖洗30min，最后裝入磨口瓶中。</p>

21、<p><b>　　圖1a 實驗裝置</b></p><p>　　圖1b 熱重分析儀示意圖</p><p>　　2.5.3 實驗條件</p><p>　　在實驗室空氣氛圍中將煤樣粉碎：(1)粒度：煤樣篩分為：0.074-0.088mm、0.088-0.098mm、0.098-0.15mm、0.15-0.2mm、0.2-0.3mm

22、、0.3-0.45mm六種不同粒度。 (2)氣氛：對于每一種粒度范圍煤樣通入氧濃度為5％、10％、13％、15％、21％的氧氮混合氣體。(3)樣本量：10mg、20mg、30mg。(4) 所有實驗樣品均在樣本室內(nèi)靜放5分鐘后，所有樣本均是采用非等溫?zé)嶂胤ㄓ墒覝?0℃升高到400℃。升溫速率為5℃/min。通氣量30～60ml/min。溫升過程使用STC控制功能可以精確控制樣本溫度。</p><p>　　2.5.4

23、 實驗結(jié)果分析</p><p>　　熱重分析儀在實驗過程中根據(jù)實驗條件由計算機(jī)設(shè)定程序采集實驗數(shù)據(jù)，對失重過程中的煤樣隨溫度變化時質(zhì)量的變化進(jìn)行記錄，并繪制成熱失重曲線（TG曲線），對于TG曲線進(jìn)行微分分析可以得到失重速率曲線（DTG曲線），即根據(jù)TG曲線計算出的瞬時失重速度。其中TG曲線反應(yīng)了煤氧化升溫過程中煤重的變化情況，煤重的變化是由煤氧復(fù)合與各種氣體的脫附、逸出造成的，DTG曲線反應(yīng)了煤氧復(fù)合速率與各種氣

24、體產(chǎn)生率之間的關(guān)系。這兩條曲線的特征反映了煤樣的反應(yīng)狀況，而曲線的變化過程是整個反應(yīng)過程的外在表現(xiàn)，對曲線的分析可以間接獲得煤樣的自燃特性。由實驗條件可分別得到40條TG曲線和40條DTG曲線。</p><p>　?。?）特征溫度點分析</p><p>　　每個煤樣可繪制出各自的TG曲線，通過對曲線微分可得DTG曲線。通過對曲線的分析，可以得到4個特征溫度點。如圖2，現(xiàn)取樣本量為10mg、

25、氧氣濃度為13％、粒度為0.098-0.15mm曲線進(jìn)行特征溫度點分析。</p><p>　　圖2 粒度0.098-0.15mm氧氣濃度13％樣本量10mg煤樣TG、DTG曲線</p><p>　　(a)臨界溫度T1：</p><p>　　T1點為低溫煤氧復(fù)合階段DTG曲線上最低點，即第一個失重速率最大的點。此時煤樣失去大量水分，同時煤與氧的反應(yīng)速度加快，吸附在煤體

26、內(nèi)的氧氣消耗速度加快，同時煤解析空隙中吸附的CO2、CH4、N2等氣體，煤分子的部分活性結(jié)構(gòu)發(fā)生了煤氧復(fù)合反應(yīng)，并放出CO2、CO等氣體，使氣體的脫附、逃逸量大于吸附的量，煤重快速減小，失重速率達(dá)到極大值。在第一失重臺階上溫度較低物理吸附和化學(xué)吸附同時存在，物理吸附起主導(dǎo)作用，煤樣氣體脫附量大于吸附量。在T1點過后失重建減緩意味著化學(xué)吸附量增大，臨界溫度出現(xiàn)。在各種實驗條件下煤樣的臨界溫度如表1。</p><p>

27、;　　表1　臨界溫度T1(℃)以及臨界溫度點失重速率V1(%/min)</p><p>　　從表中可以看出隨著實驗條件不同星村礦煤樣出現(xiàn)臨界溫度T1為61℃~80℃，此溫度下失重速率為-0.33%/min~-0.65%/min。</p><p><b>　　(b)干裂溫度T2</b></p><p>　　此溫度表現(xiàn)在曲線上即為煤樣第一次失重臺階

28、的終止點，在這個失重臺階上煤樣中的水分逐漸蒸發(fā)，同時煤樣分子結(jié)構(gòu)中稠環(huán)芳香體系的橋鍵、烷基側(cè)鏈、含氧官能團(tuán)及一些小分子開始裂解或解聚，并以小分子揮發(fā)物釋放。到了此點溫度煤樣中的水分基本蒸發(fā)完畢，煤的活性結(jié)構(gòu)增速加快，煤的吸氧性增強(qiáng)，化學(xué)吸附量劇增，煤的吸附量基本與脫附氣量和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體基本相等，形成一種動態(tài)平衡。</p><p>　　表2　干裂溫度T2（℃）質(zhì)量比M2(%)</p><p

29、>　　從上表可以看出：星村煤礦煤樣干裂溫度為95℃~139℃，此時質(zhì)量比94.54%~96.40%。</p><p><b>　　(c)增速溫度T3</b></p><p>　　此溫度為DTG曲線增重速率最大點。煤樣由于溫度的繼續(xù)升高，煤分子中的環(huán)狀大分子的斷裂速度增快，活性結(jié)構(gòu)暴露在外的數(shù)量大量增加，化學(xué)反應(yīng)速度加快，煤樣對氧氣的吸附量劇增，大于煤脫附和反應(yīng)產(chǎn)

30、生的氣體量，煤的重量迅速增加，DTG曲線變?yōu)檎?，在T3點時增速達(dá)到最大。實驗結(jié)果如表3。</p><p>　　表3 增速溫度T3(℃)以及增速溫度點增重速率V3(%/min)</p><p>　　從表3可以看出，星村礦煤樣增速溫度為242℃~273℃，此點增重速率為0.03%/min~0.14%/min。</p><p><b>　　(d)著火點T4&

31、lt;/b></p><p>　　此點為TG曲線上質(zhì)量比極大值點。隨著溫度的升高，煤樣表面活性結(jié)構(gòu)數(shù)量迅速增加，對氧的吸附量隨之達(dá)到最大值。煤樣的質(zhì)量逐步上升達(dá)到極大值，此后煤樣中芳環(huán)結(jié)構(gòu)開始與氧氣反應(yīng)分解，產(chǎn)生大量揮發(fā)性氣體，煤體質(zhì)量開始下降進(jìn)入第二個失重臺階，在第二個失重臺階階段煤體質(zhì)量開始急劇下降，預(yù)示著稠環(huán)芳香核的全面裂解及液態(tài)揮發(fā)物的大量排出，同時也暗示著揮發(fā)物即將開始燃燒，煤將自燃。各實驗條件下

32、煤樣的著火點溫度如表4。</p><p>　　表4 著火點溫度T4(℃) 質(zhì)量比M4(%)</p><p>　　由表4可知，星村礦煤樣著火點溫度為312℃~330℃，此時質(zhì)量比為94.96%-99.00%。</p><p>　　2.5.5 實驗曲線分析</p><p>　　通過對特征溫度點的分析可以知道，在低溫煤氧復(fù)合過程中特征溫度的出現(xiàn)是

33、和煤樣對氣體的吸附、解析有密切的聯(lián)系。實驗得到的TG曲線正是反應(yīng)了樣本在煤氧復(fù)合過程中由于物理吸附、化學(xué)吸附以及化學(xué)反應(yīng)引起的自身重量變化，而DTG曲線反應(yīng)出這個變化的快慢程度，通過分析曲線掌握了星村礦煤樣的煤氧復(fù)合過程。</p><p>　　圖3　21%-0.088~0.098-10mg 煤樣實驗曲線</p><p>　　以粒度0.088-0.098mm，氧濃度為21％，質(zhì)量為10mg的

34、煤樣實驗曲線為例進(jìn)行分析。煤樣開始處于吸附飽和的狀態(tài)，隨著溫度以固定速率增加，煤樣中的水分開始蒸發(fā)，同時分子內(nèi)能加大物理脫附作用增大，化學(xué)吸附增強(qiáng)，并伴隨有化學(xué)反應(yīng)，此時應(yīng)該能檢測到 CO 產(chǎn)生?；瘜W(xué)吸附隨著溫度的上升也由平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)成脫附為主，并逐漸轉(zhuǎn)化為化學(xué)反應(yīng)。在TG曲線上出現(xiàn)第一個失重臺階標(biāo)志著煤分子結(jié)構(gòu)中稠環(huán)芳香體系周圍的烷基側(cè)鏈、含氧官能團(tuán)、橋鍵及其它小分子開始裂解或解聚，并以小分子揮發(fā)物釋放，從而引起體系減重。在61－80℃

35、DTG曲線上出現(xiàn)了臨界溫度T1，此時煤樣的物理脫附速率和化學(xué)脫附速率達(dá)到最大。隨著煤溫的進(jìn)一步增加，煤失去質(zhì)量速率減小，表明煤樣化學(xué)吸附增強(qiáng)，同時煤的第一、第二步化學(xué)反應(yīng)速率大于第三步化學(xué)反應(yīng)速率，其增值基本抵消了物理脫附速率、化學(xué)脫附速率以及水分揮發(fā)速率的總變化值，在95~139℃(T2)時達(dá)到動態(tài)平衡。</p><p>　　在短時間的動態(tài)平衡之后，開始TG曲線進(jìn)入增重階段，表明煤中暴露的活性基團(tuán)增多，化學(xué)吸附

36、量加大，小分子裂解速度加快，并開始有大分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)斷裂煤的吸附、脫附動態(tài)平衡被打破。隨著溫度繼續(xù)上升，煤樣繼續(xù)增重，質(zhì)量比增大，直到T3點，增重速率增加到最大值。</p><p>　　此后煤樣的增重一直持續(xù)到312~330℃(T4)，體系開始進(jìn)入到第二個失重臺階，在此溫度下，煤中的活性結(jié)構(gòu)數(shù)量和對氧的吸附量達(dá)到極大值，預(yù)示著揮發(fā)物開始析出、稠環(huán)芳香核的全面裂解及液態(tài)揮發(fā)物的大量排出，煤樣很快將自燃。</p

37、><p>　　2.5.6 實驗結(jié)論</p><p>　　實驗從煤樣的采集，元素分析，實驗室實驗歷經(jīng)二個多月的時間，經(jīng)過分析掌握了星村煤礦煤樣自燃的特性參數(shù)和指標(biāo)氣體，得出如下主要結(jié)論：</p><p>　?。?）通過對星村礦5個地點8組煤樣進(jìn)行油浴升溫實驗。實驗研究煤自燃過程中產(chǎn)生的氣體和測定煤在不同溫度時煤樣的氧化放熱量及相應(yīng)的最大升溫速度和耗氧速度、CO、CO2氣

38、體產(chǎn)生速度；分析了煤樣升溫過程自燃的極限參數(shù)。在化學(xué)反應(yīng)階段，隨著溫度升高，耗氧速度與溫度成指數(shù)規(guī)律變化迅速增加。</p><p>　　（2）通過油浴升溫實驗可以選擇預(yù)報煤自然發(fā)火的敏感指標(biāo)氣體參數(shù)，CO、C2H4、C2H6、C2H4/C2H6作為預(yù)報指標(biāo)產(chǎn)生的特點見表8可知。通過實驗研究發(fā)現(xiàn)：出現(xiàn)C2H6溫度℃在50℃~80℃，出現(xiàn)C2H4溫度在100℃~125℃，CO突變溫度和C2H4出現(xiàn)的溫度基本一致。CO

39、出現(xiàn)的溫度為實驗剛開始就出現(xiàn)了，主要是由于煤樣在破碎時氧化而產(chǎn)生的。</p><p>　?。ǎ?）利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對星村礦煤樣自然發(fā)火期進(jìn)行預(yù)測，以30℃為起始溫度：E3202輔助軌順自然發(fā)火期為18天；E3101集中軌順17天；E3101集中運順19天；E3201運輸順槽18天；E3105工作面為21天。因此，星村礦的煤樣預(yù)測最短自然發(fā)火期為17天。</p><p>　?。?）通過在星村

40、礦不同地點的特殊地質(zhì)構(gòu)造條件下采集煤樣，開展了40組煤樣熱重分析實驗，研究星村礦煤樣自燃過程中表征煤自燃危險程度的特征溫度，得出了星村礦煤樣的臨界溫度約為61℃~80℃。干裂溫度點溫度約為95℃~139℃，增速溫度點溫度約為242℃~273℃，著火溫度點溫度約為312℃~330℃。</p><p>　?。?）實驗研究煤自燃過程中指標(biāo)氣體產(chǎn)生規(guī)律及其與特征溫度的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)各種指標(biāo)氣體濃度和其比值及溫度變化率隨煤

41、溫的發(fā)展變化情況，確定出預(yù)報煤自然發(fā)火的敏感指標(biāo)氣體參數(shù)。臨界溫度在61℃~80℃出現(xiàn)CO突變和C2H6氣體，干裂溫度點溫度為95℃~139℃出現(xiàn)C2H4等指標(biāo)氣體。</p><p>　　3 巷道煤層自燃的條件</p><p>　　巷道煤層自燃與松散煤體厚度、對流散熱強(qiáng)度、煤體當(dāng)量粒徑、氧的滲透量有關(guān)。從單個參數(shù)考慮，要引起煤自燃都有一個極限條件，超出該極限范圍煤體不可能引起自燃。巷道頂

42、煤和煤柱由于漏風(fēng)供氧條件和散熱條件不同，極限參數(shù)的計算方法也不同。</p><p>　　3.1頂煤自燃所需的最小浮煤厚度</p><p>　　由于巷道頂煤與頂板離層，中間有一空氣層，故可近似認(rèn)為頂都為絕熱層，頂煤產(chǎn)生的熱量僅能通過表層巷道風(fēng)流對流換熱帶走，巷道頂煤內(nèi)部溫度近似認(rèn)為均勻，則頂煤熱量積聚的條件為：</p><p><b>　?。?） </

43、b></p><p>　　式中，，分別表示頂煤和巷道風(fēng)流的平均溫度，℃；為風(fēng)流與煤壁接觸面積，cm2；h為松散頂煤厚度，mm；α為巷道表面對流換熱系數(shù)；q0為煤體放熱強(qiáng)度。</p><p><b>　　（2）</b></p><p>　　工作面正常生產(chǎn)時： ；</p><p>　　巷道掘進(jìn)時： ；

44、 </p><p>　　即當(dāng)頂煤厚度時才有可能引起自燃。</p><p>　　由式(2)計算出的煤體溫度和供風(fēng)量時的最小浮煤厚度。</p><p>　　3.2 巷道頂煤引起自燃的最小氧濃度</p><p>　　巷道頂煤實際放熱強(qiáng)度與氧濃度成正比 ：</p><p>　　當(dāng)放熱量大于散熱量時，頂煤有可能引起自燃，即：&

45、lt;/p><p>　　式中， S為煤體導(dǎo)熱面積，m2；h為頂煤厚度，m。</p><p>　　即： （3）</p><p>　　其中，顯然是頂煤內(nèi)的一個平均氧濃度，即</p><p>　　式中，為頂煤在高度為h處的氧濃度；為新鮮空氣中的氧氣濃度。</p><p>

46、　　則（3）式又可化為：</p><p><b>　　（4）</b></p><p>　　由式（4）可知，下限氧濃度既與煤的氧化放熱性有關(guān)，也與煤的堆積厚度、煤體周圍散熱條件以及煤（巖）體溫度有關(guān)。在現(xiàn)場實際條件下，煤的堆積厚度、煤體周圍散熱條件以及煤（巖）體溫度基本呈定值，故下限氧濃度一般為可知的極限參數(shù)。</p><p>　　若下限氧濃度計

47、算值大于21%，則松散煤體不會自燃。通常煤體厚度增加，下限氧濃度值將迅速降低。</p><p>　　根據(jù)式（4），當(dāng)巷道供風(fēng)量一定時，可得出不同浮煤厚度和煤體溫度時的下限氧濃度值。</p><p>　　3.3 松散頂煤的最大當(dāng)量粒徑</p><p>　　煤體破碎程度關(guān)系到單位煤體外表面積總量，直接影響煤氧復(fù)合速度與放熱強(qiáng)度。由于松散煤體分布的非均勻性，很難進(jìn)行理論描

48、述，固采用當(dāng)量粒徑近似反應(yīng)破碎程度。</p><p>　　根據(jù)實驗研究，當(dāng)放熱量大于散熱量時，頂煤有可能引起自燃，即：</p><p>　　則 （5）</p><p>　　式中, 分別為實際當(dāng)量粒徑和實驗當(dāng)量粒徑（cm）；a、b分別為粒度對放熱強(qiáng)度影響函數(shù)的系數(shù)，由實驗測定。</p><p>　　

49、當(dāng)巷道風(fēng)量一定時，在不同松散煤體厚度和漏風(fēng)強(qiáng)度條件下，根據(jù)式（5）可計算出引起自燃的最大粒度</p><p>　　4 巷道煤層自燃危險區(qū)域等級劃分</p><p>　　巷道煤層自燃的必要條件是煤體足夠破碎，漏風(fēng)供氧條件良好，松散煤體堆積厚度足夠，三個條件同時具備的地方才可能產(chǎn)生煤體自燃。</p><p>　　4.1 一類自燃區(qū)域（極易自燃區(qū)）</p>

50、<p>　?。?） 煤巷高冒區(qū)、頂煤離層區(qū)和破碎區(qū)；</p><p>　?。?） 煤巷地質(zhì)構(gòu)造破壞區(qū)（如斷層帶）；</p><p>　?。?） 煤巷變坡破碎區(qū)。</p><p>　　4.2 二類自燃區(qū)域（易自燃區(qū)）</p><p>　?。?）煤巷地質(zhì)構(gòu)造軸部破碎區(qū)；</p><p>　?。?）煤巷硐室及溜煤眼

51、；</p><p>　?。?）工作面回采期間煤巷超前變形區(qū)。</p><p>　　4.3 三類自燃區(qū)域（可能自燃區(qū)）</p><p>　?。?）煤巷上幫中部破碎區(qū)；</p><p>　?。?）煤巷上幫上部破碎區(qū)；</p><p>　?。?）煤巷下幫破碎區(qū)。</p><p>　　4.4 巷道破碎煤

52、體類型劃分標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　?。?）巷道高冒區(qū)：冒頂高度大于0.5m(以巷道支護(hù)表面為界)，冒頂沿巷道走向長度大于2m（面積大于6m2）；</p><p>　　（2）巷道頂煤離層區(qū)：離層高度大于1m，離層沿巷道走向長度大于5m；</p><p>　?。?）巷道地質(zhì)破碎區(qū)：頂煤、巷幫煤體均破碎，破碎范圍大于5m2；</p><p>　?。?/p>

53、4）巷道變坡破碎區(qū)：巷道掘進(jìn)方向與風(fēng)流方向夾角大于10度，巷道碎煤厚度大于1m；</p><p>　?。?）巷道頂部破碎區(qū)：巷道頂煤破碎范圍大于5 m，巷道碎煤厚度大于1m。</p><p>　　5 巷道煤層自然發(fā)火觀測</p><p>　　巷道松散煤體發(fā)火預(yù)測預(yù)報主要是根據(jù)煤氧化放熱時引起的氣體、溫度等參數(shù)的變化規(guī)律，并根據(jù)自然發(fā)火數(shù)學(xué)模型和有關(guān)參數(shù)模擬煤在實際條

54、件下的自燃過程，掌握巷道松散煤體的氧化自熱情況、自燃征兆，對巷道自燃危險性進(jìn)預(yù)測，并準(zhǔn)確地確定出巷道火源或高溫點位置，從而為制定防治巷道煤炭自燃火災(zāi)措施提供依據(jù)，提前采取措施，保證工作面正常生產(chǎn)。</p><p>　　巷道自然發(fā)火觀測主要分為掘進(jìn)和生產(chǎn)兩個時期。觀測參數(shù)主要包括掘進(jìn)和生產(chǎn)期間巷道的風(fēng)量、溫度、氣體濃度，及松散煤體內(nèi)部氣體成分、溫度等。</p><p>　　5.1巷道內(nèi)觀測點

55、布置原則</p><p>　　根據(jù)巷道煤層所處位置、松散煤體堆積形態(tài)、漏風(fēng)動力、散熱條件等自燃環(huán)境特點，按煤巷自燃區(qū)域的危險程度，將巷道煤層自燃危險區(qū)域分為三類，巷道內(nèi)的觀測點僅需布置在這些地點即可（主要布置在極易自燃區(qū)）。</p><p>　?。?）一類自燃區(qū)域（極易自燃區(qū)）</p><p>　　①煤巷高冒區(qū)、頂煤離層區(qū)和破碎區(qū)；②巷道經(jīng)過相鄰工作面采空區(qū)的廢棄巷

56、道；③相鄰工作面開切眼、停采線或硐室；④煤巷地質(zhì)構(gòu)造破壞區(qū)（如斷層帶）；⑤煤巷變坡破碎區(qū)。</p><p>　?。?）二類自燃區(qū)域（易自燃區(qū)）</p><p>　　①煤巷地質(zhì)構(gòu)造軸部破碎區(qū)；②工作面回采期間煤巷超前變形區(qū)。3）三類自燃區(qū)域（可能自燃區(qū)）①煤巷上幫中部破碎區(qū)；②煤巷上幫上部破碎區(qū)；③煤巷下幫破碎區(qū)。</p><p><b>　　5.2 日常觀

57、測</b></p><p>　　定期（至少每天一次）采用紅外測溫儀對巷道冒頂區(qū)域、與舊巷相連的區(qū)域及其它巷道煤體破碎區(qū)域進(jìn)行掃描，測定巷道表面溫度。一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即采取措施進(jìn)行處理，同時對該處每班至少進(jìn)行二次測定煤體溫度。</p><p>　　在巷道回風(fēng)流距匯風(fēng)點10-15m布置測點，設(shè)束管監(jiān)測系統(tǒng)取樣點、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)連接的溫度、CO、CH4傳感器，對煤層自燃危險性預(yù)測預(yù)報。

58、</p><p>　　所用儀器儀表設(shè)備主要有：紅外測溫儀、便攜式O2、CO測定儀、瓦檢儀以及束管監(jiān)測系統(tǒng)、安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　5.3 鉆孔布置和觀測</p><p>　　按照測點布置原則在巷道內(nèi)設(shè)置觀測孔，并對鉆孔進(jìn)行編號、并掛牌，記錄設(shè)置鉆孔處的巷道參數(shù)及原巖溫度。</p><p>　　鉆孔參數(shù)：巷道旁側(cè)孔深L ≥3m，

59、傾角=5，開孔高度h=1.5m；巷道頂部，孔深L ≥3m，傾角=60；鉆孔內(nèi)下6分或1寸套管，并將熱敏電阻測溫探頭和束管固定在一起放入套管的最里端。</p><p>　　鉆孔封堵方式：鉆孔與套管之間用炮泥堵死，長度不小于1m，鉆孔端口用快凝水泥封孔。</p><p>　　溫度通過歐姆表測電阻值變化計算，氣體成分的分析主要通過現(xiàn)場用捏球和氣袋采集氣樣，然后送地面分析室做色譜分析。從而掌握巷道

60、煤體中內(nèi)部溫度、氣體濃度變化情況。每周分析兩次。觀測鉆孔施工方式如圖4所示。</p><p>　　圖4 鉆孔施工示意圖</p><p>　　5.4 早期預(yù)報指標(biāo)及結(jié)果</p><p>　?。?）巷道風(fēng)流氣體監(jiān)測預(yù)報（見表5）</p><p>　　表5 巷道回風(fēng)流氣體監(jiān)測預(yù)報表</p><p>　?。?）巷道煤體鉆孔內(nèi)

61、氣體監(jiān)測預(yù)報（見表6）</p><p>　　表6　巷道煤體鉆孔內(nèi)氣體監(jiān)測預(yù)報表</p><p>　　6 建礦以來煤巷呈發(fā)生的自燃隱患及治理</p><p>　　星村煤礦E3103首采面運輸順槽揭露煤層后煤炭較破碎，對巷道頂、兩幫分別布置了鉆孔，經(jīng)取樣氣相色譜儀分析，均檢測出一氧化碳、乙烷，由于左側(cè)幫部點處于三岔處煤體破碎處，一度檢測出乙烯，說明3煤氧化速度較快，自然

62、發(fā)火期短；與西安科技大學(xué)合作，對深礦井、高地溫易燃煤層綜放開采防滅火技術(shù)研究，取得了較好的效果。</p><p>　　6.1 E3201運輸順槽停工迎頭自燃隱患</p><p>　　2007年9月21日從E3201運輸順槽開門施工運煤巷，由于運輸順槽超前運煤巷3m，處于風(fēng)筒背風(fēng)側(cè)，通風(fēng)不良蓄熱環(huán)境較好，出現(xiàn)霧氣、水珠，檢測出一氧化碳，立即采取清除浮煤、噴漿、施工一次性防火鉆孔注膠、適當(dāng)增加

63、風(fēng)量方式治理，隱患消除。</p><p>　　6.2 E3101集中聯(lián)絡(luò)巷自燃隱患</p><p>　　2007年12月31日E3101集中聯(lián)絡(luò)巷發(fā)生自燃隱患，回風(fēng)側(cè)有明顯的煤焦油氣味，鉆孔取樣分析一氧化碳濃度超過1000ppm，主要原因為煤巷聯(lián)絡(luò)巷未噴漿、兩端施工風(fēng)門，幫部破碎離層區(qū)域形成漏風(fēng)供氧聚熱環(huán)境，立即采取打孔壓注水玻璃凝膠、噴漿堵漏風(fēng)、幫部打錨索加強(qiáng)支護(hù)，埋設(shè)束管取樣監(jiān)測，很快

64、隱患消除。</p><p>　　6.3 E3201輔助順槽停工迎頭高冒區(qū)自燃隱患</p><p>　?。?）自燃事故發(fā)生與治理</p><p>　　3201輔助順槽沿煤層底板上山施工，2010年元月14日發(fā)生冒頂事故，冒頂區(qū)長4m，寬3.5m，高3.5m，一直冒到三煤頂板。通過加打錨索、支設(shè)點柱15日處理完畢，繼續(xù)往前施工。元月18日再次發(fā)生冒頂事故，煤炮頻繁、冒落

65、</p><p>　　面積較大，處理困難、危險，礦商定停止作業(yè)從對側(cè)沿下山施工，用金屬網(wǎng)封閉冒落區(qū)域，保持正常通風(fēng)，風(fēng)筒出口距高冒區(qū)不大于10m，待設(shè)備回撤后封閉。元月29日早班礦井正常檢修，在電氣試驗停風(fēng)恢復(fù)通風(fēng)后，回風(fēng)流一氧化碳傳感器時而發(fā)生報警，通防技術(shù)人員、瓦斯檢查員攜帶瓦斯氧氣兩用儀、一氧化碳檢測報警儀、紅外線測溫儀共同到現(xiàn)場察看，整個回風(fēng)巷道中一氧化碳濃度在20-30ppm，煙霧、煤焦油氣味不明顯，在

66、迎頭高冒區(qū)支柱、網(wǎng)子處有水珠，溫度24℃，自然發(fā)火征兆不明顯，初步判定高冒區(qū)發(fā)生自燃隱患</p><p>　　礦領(lǐng)導(dǎo)非常重視，成立現(xiàn)場指揮中心，安排通防工區(qū)治理，調(diào)動附近掘進(jìn)隊協(xié)助運輸防滅火物質(zhì)，先用水管從外延向高冒區(qū)澆水、施工鉆孔壓注MEA滅火劑、水玻璃凝膠控制火勢?？紤]到自燃隱患可能造成巷道再次冒落的危險性，決定在高冒區(qū)外側(cè)快速封閉，調(diào)用1000個編織袋及1噸FSA快砌料，按每20kg碎煤、2～3kgFSA料

67、、10～15kg水均勻混合，裝入編制袋中施工臨時防火墻；臥底到三煤底板后一層層往上施工，層與層之間縫隙用拌好的混合料填實，并在墻體的中上部分左、中、右預(yù)留6根一次性注膠管，底部敷設(shè)一路89mm的無縫鋼管與主注惰管路連接，上部兩側(cè)引出2路單支束管作為檢測管。在整個施工過程中，指定專職瓦斯檢查員檢測，調(diào)整風(fēng)筒出口朝向作業(yè)人員，防止高濃度一氧化碳?xì)怏w涌出，引起人員中毒，在施工期間一氧化碳濃度最高達(dá)到100ppm，溫度30℃。封閉后采取注惰抑制

68、煤炭繼續(xù)氧化，壓注凝膠充填堵漏等綜合措施，經(jīng)取樣分析，高冒區(qū)乙烯1ppm、乙烷146ppm、甲烷0.21%、一氧化碳23ppm、二氧化碳0.77%、氧氣1.01%、氮氣97.98%，高溫點得到有效控制。</p><p>　?。?）自燃事故原因分析</p><p>　　1、3201輔助順槽迎頭高冒區(qū)具備煤炭自燃的三個條件：冒落的大量煤體呈破碎狀態(tài)堆積，風(fēng)筒出口正對冒落區(qū)供氧條件良好，冒落區(qū)空

69、間較大外側(cè)下部為冷卻帶、中上部為氧化升溫自燃帶，經(jīng)過一段時間的氧化升溫發(fā)展為自燃火災(zāi)。</p><p>　　2、檢查檢測存在盲點，僅對3201輔助順槽工作面風(fēng)流、工作面回風(fēng)流氣體檢測，高冒區(qū)外側(cè)已掛網(wǎng)，作為防火檢查的重點區(qū)域高冒區(qū)檢查不到位。</p><p>　　3、3201輔助順槽迎頭高冒區(qū)自燃隱患隱蔽性較強(qiáng)，在初期發(fā)展階段無明顯征兆，不宜察覺，自燃時高冒區(qū)外側(cè)溫度、一氧化碳濃度不高。&

70、lt;/p><p>　　4、 認(rèn)識程度不足，3層煤的統(tǒng)計最短自然發(fā)火期為31天，在3202回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷、3201里切眼以往的煤巷高冒區(qū)在回撤結(jié)束后封閉未發(fā)生自燃隱患，而3201輔助順槽迎頭從冒落到發(fā)生自燃事故僅11天。缺少對不同地質(zhì)條件下的煤層自然發(fā)火期認(rèn)識。</p><p>　　5、管理存在漏洞，煤巷高冒區(qū)按自燃危險程度劃分第一類自燃區(qū)域（極易自燃區(qū)域）未采取相應(yīng)防火措施，對高冒區(qū)檢測、巡查存

71、在不到位現(xiàn)象，在回撤封閉前聽之任之釀成事故。</p><p>　　6、 監(jiān)管不力，自然發(fā)火是深井通防管理的一項重要內(nèi)容，在冒落區(qū)大量煤炭長期積存、設(shè)備撤緩慢、檢查檢測不到位、各項工程督促不力，長時間未封閉而疏于管理。</p><p>　　（3）現(xiàn)場應(yīng)急處置預(yù)案檢驗</p><p>　　3201輔助順槽發(fā)生自燃事故后，礦值班領(lǐng)導(dǎo)、調(diào)度室、通防工區(qū)迅速行動，成立應(yīng)急救援

72、指揮部，現(xiàn)場察看確認(rèn)處理方案，調(diào)運防滅火物質(zhì)，采取積極有效的應(yīng)對措施，很快控制了火勢，是一次成功的現(xiàn)場應(yīng)急處置方案的應(yīng)用，檢驗了其必要性和正確性。</p><p>　　事故隱患辨識→積極治理預(yù)防→定期檢測、評估、監(jiān)控→失效發(fā)生火災(zāi)→啟動應(yīng)急救援預(yù)案→控制火勢、消除隱患→事故隱患重新辨識</p><p>　　6.4 綜放面運輸順槽在回風(fēng)隅角附近自燃隱患</p><p>

73、;　　E3105、3202綜放面運輸順槽回采期間，超前支護(hù)區(qū)域頂煤在超前壓力、重復(fù)支護(hù)作用下，頂煤進(jìn)一步破碎離層，由于采空區(qū)滲漏的高溫氣流加速了煤層的氧化升溫，呈多次檢測出乙烯等指標(biāo)性氣體，采取提前打眼壓注凝膠、施工隔離墻減少漏風(fēng)、埋設(shè)束管監(jiān)測分析等措施，隱患得到有效控制。</p><p>　　6.4.1 E3105綜放面隱患分析</p><p>　　2008年3月28日早班束管監(jiān)測報表顯

74、示運順采空區(qū)638m處檢測點一氧化碳988ppm，乙烯2ppm，回風(fēng)流隅角一氧化碳106ppm，回風(fēng)流一氧化碳8ppm；中班638m處檢測點一氧化碳1299ppm，乙烯3ppm，回風(fēng)流隅角一氧化碳61ppm，回風(fēng)流一氧化碳15ppm，氣體上升速度較快。</p><p>　　(1)判定運順頂板煤層破碎段存在自燃隱患,立即采取在近距離施工一次性防火鉆孔注膠、調(diào)整隔離墻間距、注惰等綜合治理措施。</p>

75、<p><b>　　(2)注氮過程</b></p><p>　　第1次注8路三相泡沫管4月4日15:30～4月5日10:08共注氮10656m3。</p><p>　　第2次注8路三相泡沫管4月5日21:48～4月6日16:08共注氮11005m3。</p><p>　　第3次注11路注漿管4月7日16:38～4月8日10:30共注

76、氮10510m3。</p><p>　　第4次注11路注漿管4月8日19:26開始4月9日18:06結(jié)束共注氮10458m3。</p><p>　　4月7日回風(fēng)流氣體穩(wěn)定下降到10ppm以下。</p><p>　　6.4.2 E3105綜放面隱患治理效果分析</p><p>　　(1)回風(fēng)隅角氣體分析</p><p>

77、;　　圖5 3105采空區(qū)注氮回風(fēng)隅角氣體變化曲線</p><p>　　通過回風(fēng)隅角氣體檢測數(shù)據(jù)與變化曲線可以看出，在注氮期間CO氣體濃度總體趨勢是下降的，氧氣濃度一度下降到12.6%，因此在注氮流量與總量達(dá)到要求的情況下能夠起到抑制煤層自燃、消除隱患的效果；但必須加強(qiáng)原有采空區(qū)有害氣體以及泄漏出的氮氣對回風(fēng)隅角氣體的影響，要加強(qiáng)檢測、設(shè)導(dǎo)風(fēng)簾、減少作業(yè)人員數(shù)量及工作時間、調(diào)整注氮量等綜合措施，防止顧此失彼。&l

78、t;/p><p>　　圖6 3105采空區(qū)638m處氣體變化曲線 圖7 3105采空區(qū)670m處氣體變化曲線</p><p>　　通過采空區(qū)638m、670m束管監(jiān)測點氣體檢測數(shù)據(jù)與變化曲線可以看出，在注氮期間638m處氧氣、CO、乙烷、丙烷氣體濃度下降，氧氣濃度一度降到1.97%，進(jìn)入窒息帶，此點距工作面約70m，甲烷、二氧化碳濃度上升，認(rèn)為高濃度氮氣（＞82%）后的吸附能力較強(qiáng)起

79、到了置換的作用，降低了煤的自燃特性；670m處監(jiān)測數(shù)據(jù)氧氣一直未降到10%以下，各種氣體指標(biāo)變化不明顯。</p><p>　　(3)注氮能夠解決采空區(qū)遠(yuǎn)距離的自燃隱患，改變?nèi)龓Х植?；對于近距離的自燃隱患應(yīng)合理選擇氮氣釋放口，并盡量靠近隱患點，連續(xù)注氮，一直延續(xù)到該區(qū)域進(jìn)入窒息帶。</p><p>　　(4)通過注氮可以看出，采空區(qū)的堵漏風(fēng)措施達(dá)不到效果，而注漿、疏水對采空區(qū)的空間氣體分布有

80、一定影響。</p><p>　　6.5 煤層凹陷的背風(fēng)側(cè)</p><p>　　掘進(jìn)期間巷道供風(fēng)量一般在200-300m3/min，上部風(fēng)流較弱蓄熱供氧環(huán)境良好，在E3201輔助順槽頂煤凹陷的背風(fēng)側(cè)煤體表面產(chǎn)生微弱的青煙，通過噴灑水降溫、壓注凝膠、充填治理，隱患消除。</p><p>　　7 深井巷道煤層自燃防治方案</p><p>　　對于

81、深井開采，必須從設(shè)計、施工工藝、火災(zāi)監(jiān)測與超前預(yù)防處理入手，綜合考慮煤巷的防火問題，做到“安全第一、預(yù)防為主”，杜絕火災(zāi)事故。</p><p>　　7.1 確定煤的自然發(fā)火特性及裝備</p><p>　　根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求作煤層自燃傾向性鑒定、自然發(fā)火期測試，確定自然發(fā)火的標(biāo)志性氣體，建立束管監(jiān)測系統(tǒng)、安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，配齊一氧化碳檢測報警儀、紅外性測溫儀等攜帶式儀器儀表。</

82、p><p>　　7.2巷道開拓布置有利于防火</p><p>　　集中運輸大巷和總回風(fēng)巷應(yīng)布置在巖層內(nèi)；如果布置在容易自燃和自燃的煤層內(nèi)，必須噴漿封閉。煤巷施工選用綜掘工藝；采用普掘施工時，優(yōu)化炮眼布置圖、合理裝藥、及時支護(hù)、抓好錨桿錨索的預(yù)緊力或者全長錨固等措施減少煤層破碎離層。</p><p><b>　　7.3 合理供風(fēng)</b></p&

83、gt;<p>　　一般在煤巷掘進(jìn)工作面供風(fēng)量200-300m3/min時，夏季回風(fēng)流溫度已超過28℃，高冒、轉(zhuǎn)彎及斷面漸變等風(fēng)流不暢處溫度在32℃以上，巷道周邊煤體空氣呈層流狀態(tài)，供氧聚熱環(huán)境良好，在破碎離層大于0.5m的區(qū)域極易發(fā)生自然發(fā)火。因此從通風(fēng)降溫防火角度考慮，一是采取局部降溫措施，二是增加工作面供風(fēng)量；三是噴漿堵漏壓注凝膠抑制煤炭氧化。</p><p>　　7.4 劃分自燃危險區(qū)域<

84、;/p><p>　　對煤層巷道劃分為可能自燃、易自燃和極易自燃區(qū)。對于極易自燃區(qū)域必須壓注凝膠、噴漿堵漏、埋設(shè)束管取樣分析、防火檢查員巡查或者將危險的頂煤放下的方式治理；對于易自燃區(qū)域間隔一定距離埋設(shè)束管取樣分析，防火檢查員巡查監(jiān)測為主；可能自燃區(qū)域重點由防火檢查員定期巡查。</p><p>　　7.5 加強(qiáng)職工培訓(xùn)、提高防滅火意識</p><p>　　所有作業(yè)規(guī)程必須

85、由防滅火措施，明確規(guī)定自然發(fā)火征兆、隔離式自救器使用、監(jiān)測手段、預(yù)防措施、匯報程序、應(yīng)急處理措施和避災(zāi)路線等內(nèi)容。</p><p>　　7.6 建立應(yīng)急預(yù)案、儲備防滅火物質(zhì)</p><p>　　每年編制災(zāi)害預(yù)防與處理計劃、安全生產(chǎn)事故綜合預(yù)計預(yù)案、火災(zāi)事故專項應(yīng)急預(yù)案和現(xiàn)場處置方案；每條巷道建立健全消防管路和支閥、至少儲備2臺滅火器、50m消防軟管、1臺風(fēng)動注膠泵、0.5噸促凝劑和1噸水玻

86、璃、一次性防滅火鉆桿及鉆具，快速封閉材料等。</p><p>　　8 巷道自燃火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案</p><p>　　一旦發(fā)現(xiàn)巷道自燃火災(zāi)，必須按照《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，立即采取措施控制火勢的發(fā)展，并上報礦調(diào)度室，成立滅火救災(zāi)指揮部，組織制定滅火方案，指揮井下滅火救災(zāi)工作。</p><p><b>　　8.1控制火勢</b></p>

87、<p>　　1）用水直接撲滅巷道表面明火，打鉆注水、灌漿，并應(yīng)用火區(qū)快速控制系統(tǒng)注膠控制火勢發(fā)展；</p><p>　　2）設(shè)專人檢測火區(qū)及其下風(fēng)側(cè)CO、CH4和O2等氣體變化情況，并隨時匯報；</p><p>　　3）根據(jù)氣體變化情況，確定是否撤出火區(qū)下風(fēng)側(cè)人員和設(shè)置警戒。</p><p>　　8.2判定巷道自燃火區(qū)范圍及嚴(yán)重程度</p>

88、<p>　　1）根據(jù)巷道氣體監(jiān)測數(shù)據(jù)，判定火勢；</p><p>　　2）采用紅外測溫儀測定巷道表面溫度，推斷高溫區(qū)范圍；</p><p>　　3）在可自燃區(qū)域打鉆探測，確定火區(qū)范圍和嚴(yán)重程度。</p><p>　　8.3確定注膠滅火范圍及注膠量</p><p>　　根據(jù)判定出的巷道火區(qū)范圍和嚴(yán)重程度，確定注膠滅火范圍，并初步估

89、計總的滅火注膠量。</p><p>　　8.4布置注膠鉆孔注凝膠</p><p>　　根據(jù)確定的注膠范圍，從火區(qū)上風(fēng)側(cè)開始布置注膠鉆孔，鉆孔間距為2~3m，長度為4～6m，傾角60度，下1寸套管，并用水泥和海帶封孔。注膠材料選用水玻璃凝膠，材料及配方為：基料（水玻璃）10%；促凝劑（碳酸氫氨或碳酸氫鈉）3%。</p><p><b>　　8.5氣體檢測&l

90、t;/b></p><p>　　采用色譜和現(xiàn)場觀測定期檢測火區(qū)氣體變化情況。</p><p>　　9 煤層火災(zāi)應(yīng)急處理的組織與管理</p><p><b>　　9.1組織保障措施</b></p><p>　　強(qiáng)有力的組織領(lǐng)導(dǎo)，嚴(yán)格健全的防滅火管理體系，是搞好煤層火災(zāi)綜合治理的前提，這樣才能保障防滅火管理渠道暢通，有

91、章可循，有的放矢，有條不紊，否則，即便是再好的手段和方法，也不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。</p><p>　　實施重大滅火工程時，應(yīng)設(shè)立滅火指揮部，指揮部成員由礦防滅火領(lǐng)導(dǎo)小組有關(guān)人員聯(lián)合組成。指揮部下設(shè)協(xié)調(diào)指揮小組、技術(shù)資料組、后勤供應(yīng)組和現(xiàn)場工作組，指揮部實行全天工作制，每天召開一次碰頭會。對制定的防滅火措施，做到有安排、有落實、有匯報、有監(jiān)督、有記錄，以保障滅火工作有序進(jìn)行。</p><p>

92、;　　高效的人員組織管理，是滅火措施得以落實，滅火方案得以實施的重要保障。集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)親臨現(xiàn)場，礦長親自指揮，中層領(lǐng)導(dǎo)干部現(xiàn)場跟班，保障各個工作分工到位、層層落實，如滅火期間人、財、物的及時供應(yīng)與協(xié)調(diào)，及時解決滅火期間出現(xiàn)的各類困難，采取相應(yīng)的安全措施等，確?；饏^(qū)治理工作的順利進(jìn)行。</p><p>　　9.2火區(qū)范圍的分析與判定</p><p>　　火區(qū)治理的關(guān)鍵是確定火區(qū)范圍，礦井出

93、現(xiàn)浮煤自燃現(xiàn)象后，公司領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)人員及礦上相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)組成的滅火指揮部應(yīng)對火源位置進(jìn)行初步分析和確定，形成專家組意見和滅火思路。在滅火過程中，采用各種監(jiān)測手段對火區(qū)氣體進(jìn)行檢測，并對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理和分析，為確定火區(qū)范圍提供可靠的依據(jù)。</p><p>　　9.3防滅火技術(shù)綜合和合理地運用</p><p>　　“因地制宜，采用合理的防滅火技術(shù)”是治理火區(qū)的最基本原則。應(yīng)針對火區(qū)不同時期的

94、特點，合理地采用“堵、封、滅、控風(fēng)、均壓、稀釋和排放”等技術(shù)措施，才能確?；饏^(qū)治理的有效性及可靠性。</p><p>　　9.4完善火區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)</p><p>　　完善的火區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)對于及時發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火，準(zhǔn)確分析火區(qū)發(fā)展變化趨勢，避免火區(qū)復(fù)燃，保證礦井安全生產(chǎn)具有積極的作用。通過現(xiàn)場日常觀測、采樣分析、束管監(jiān)測系統(tǒng)及礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)等多種手段相結(jié)合的觀測方法，獲取大量的觀測數(shù)據(jù)，能夠為分

95、析自燃火區(qū)變化趨勢提供依據(jù)，尤其是連續(xù)對火區(qū)的觀測將為今后自燃火區(qū)的預(yù)測及其防治提供許多寶貴的資料，并為建立合理的火災(zāi)判定指標(biāo)體系都是相當(dāng)重要的。</p><p><b>　　10 結(jié)論及建議</b></p><p>　　深井煤巷防火由于原始巖溫高、自然發(fā)火期短、煤層易自燃，巷道選擇布置在煤層中時，必須考慮自燃火災(zāi)因素，重點在“防”上，切實用好一切防滅火手段和裝備，強(qiáng)

96、調(diào)超前預(yù)處理。建立一整套的防滅火系統(tǒng)和設(shè)備，能在發(fā)火后能快速、輕便、安全的防火。</p><p>　　10.1 煤巷應(yīng)減少周邊煤體破碎的程度，施工工藝、支護(hù)形式有利于圍巖的穩(wěn)定。</p><p>　　10.2 煤巷周邊煤體破碎時，應(yīng)按照自燃危險等級早預(yù)防、早處理，通過壓注凝膠、滅火劑等防火材料消除危險源。</p><p>　　10.3 合理供風(fēng)，增加掘進(jìn)工作面風(fēng)量和

97、降低供風(fēng)溫度，帶走煤炭氧化產(chǎn)生的熱量，破壞煤炭蓄熱條件。</p><p>　　10.4 建立快速反應(yīng)機(jī)制、專業(yè)防滅火隊伍，一旦發(fā)現(xiàn)自燃征兆，立即采取措施治理，消除自燃隱患，防止釀成火災(zāi)事故。</p><p>　　10.5 建立井下安全避險六大系統(tǒng)，為礦井救災(zāi)提供必須的硬件設(shè)施。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

98、<p>　?。?］《兗州礦區(qū)礦井通風(fēng)安全技術(shù)》煤礦工業(yè)出版社 兗礦集團(tuán)有限公司編著</p><p>　?。?］《煤礦通風(fēng)安全技術(shù)與管理》中國礦業(yè)大學(xué)出版社 李崇山編</p><p>　?。?］《易自燃煤層開拓開采防滅火技術(shù)對策分析》《煤礦安全》（2007.05） 裴昌合</p><p>　　［4］《深礦井、高地溫易燃煤層綜放開采防滅火技術(shù)研究》西安科

99、技大學(xué)2006年6月</p><p>　?。?］《深井獨頭巷道迎頭高冒區(qū)“自燃”事故啟示》《煤礦現(xiàn)代化》（2011.2 ）</p><p>　　［6］《火災(zāi)事故防治與處理》淮南礦業(yè)學(xué)院 張國樞</p><p>　?。?］《煤礦災(zāi)害防治技術(shù)》方裕章編著</p><p>　?。?］《煤礦安全規(guī)程》煤炭工業(yè)出版社</p><p&