采空区煤自燃机理及其防治技术研究现状.doc

山西煤炭运销集团莲盛煤业有限公司

技术交流活动议题

编制部门：通风科
审核人：张银
编制：齐贵荣
编制日期：二〇一四年六月

莲盛煤业采空区瓦斯及火灾探测防治技术
煤自燃机理及其防治技术研究现状
一、煤炭燃烧
随着煤矿机械化水平不断提高，开采速度加快，引起采空区面积扩大和遗煤增多，使得采空区煤炭自燃隐患更加突出，大面积采空区煤炭自然发火率高、火灾危害大，对其成因和灭火技术的研究有助于最大限度的降低大面积采空区煤炭自燃火灾的危害程度。通过分析国内外学者对煤自燃机理的不同说法，提出了煤自燃过程的3个阶段，即准备阶段、氧化阶段和自燃阶段。根据对煤炭自燃机理的研究，将防治技术措施按其作用机理可分为：灌浆防灭火、均压防灭火、阻化剂防灭火、惰气防灭火等4类。通过以上理论分析将对莲盛煤矿采空区防灭火具有一定的指导意义。
煤炭自燃是我国矿井的主要灾害之一长期以来严重威胁煤矿的安全生产和影响矿井的经济效益。在我国国有重点煤矿中存在有煤炭自燃的矿井占矿井总数的56％因煤炭自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的90．94％。近年来，综放开采技术在我国得到广泛采用莲盛煤矿也采用了综放开采，生产效率得到了大幅提高，但这种采煤方法多数存在冒落高度大、采空区遗留残煤多、漏风严重等缺点，使得自然发火频繁，已成为制约其发展的主要因素之一。因此，了解煤炭氧化的基本规律，研究煤炭自燃的机理及对煤炭自燃的防治技术进行分类研究，对于制定有效的防灭火措施，避免和减少防灭火工作的盲目性至关重要。
1煤的自燃发展过程
按照现在被大多数学者所公认的煤氧作用学说，煤的自燃发展过程一般分为3个阶段，即准备阶段，氧化阶段和自燃阶段。
1.1准备阶段
即煤的低温氧化过程，又称为潜伏期，煤的变质程度和外部环境决定潜伏期的时间长短，如褐煤几乎没有准备阶段，而烟煤则需要一个相当长的准备阶段。
1.2氧化阶段
经过准备阶段，煤的氧化速度增加，不稳定的氧化物先后分解成水、C02和CO，产生大量热量使煤温上升，当温度超过临界温度60-80℃时，煤温急剧增加，氧化加剧，煤开始出现干馏，生成碳氢化合物等火灾气体，煤呈赤热状态，当达到着火温度以上时便燃着。这一阶段为煤的氧化阶段。
1.3稳定燃烧阶段
这一阶段是煤从低温氧化发展成自燃的最后一个阶段。主要特征是：空气中氧含量显著减少，CO2的数量倍增，同时由于燃烧不完全和C02受热分解，而产生更多的CO，巷道中出现浓烈的火灾气体和烟雾，有时还出现明火，火源温度达1000℃左右。
综上所述，煤体要发生自燃必须具备以下3个条件：开采的煤炭本身具有低温易氧化性能，有连续、适量漏风供氧的条件，煤炭氧化所生成热量速度大于散热速度。这3个条件同时存在的时间大于煤炭最短自燃发火期。
2煤炭自燃防治技术措施作用的分类
“预防为主”是防治煤炭自燃火灾必须遵循的原则。目前，国内外用于防治煤炭自燃的措施很多，常规的有：灌浆防灭火、均压防灭火、阻化剂防灭火、惰气防灭火等。
2.1采空区遗煤的注桨、阻化、惰化
均压、堵漏主要是控制向采空区遗煤的供氧。而注浆、阻化、惰化技术则是直接防止采空区遗煤进一步接触氧气，进而阻止遗煤氧化的措施。注浆防灭火就是将水与不燃性固体材料按适当的比例配制成一定的浆液，利用注浆管送到指定地点。不燃性固体材料承担充填裂隙、隔断漏风、覆盖在遗煤表面隔绝空气与煤接触的作用。水不但是利用它的流动性搬运不燃性固体材料，同时也有降低遗煤热量作用[2]。一般采用黄泥灌浆，为改变浆液的流动性和控制浆液脱水时间可掺加化学添加剂。注浆方式有工作面洒浆、预埋管路注浆、采空区灌浆、
邻近采面或巷道钻孔注浆等。
阻化技术主要有钻孔压注阻化和汽雾阻化。钻孔压注阻化是向高温点打钻，用压注泵通过钻孔向高温点压注15％浓度的阻化液，它的作用是对高温点降温并形成一种保护膜将遗煤包裹阻止其进一步氧化。汽雾阻化是将15％的阻化剂水溶液通过加压泵加压，利用管路和汽雾发生器转化成可悬浮在空气中的微小颗粒雾滴，借助扩散漏风的作用将阻化汽雾带入采空区遗煤区域，对遗煤进行阻化，从而起到防灭火的作用。
惰化技术主要是向工作面后方及相邻采空区遗煤注入氮气，降低该区域的氧气含量，起到延缓遗煤氧化的作用。也可采用惰泡防灭火技术，对采空区注惰泡能起到降温，减少漏风，降低采空区氧浓度等作用。但惰泡在碎煤中压注，发泡性能很差，起泡倍数低，若仅起阻化剂作用，则成本太高，且有效率太低。对已形成高温的浮煤，仅依靠惰泡隔氧灭火，需注泡量很大，成本很高，且一旦停止注泡很易复燃。
2.2区域性均压防火
均压防火是通过调压手段来均衡漏风通道两端的风压，杜绝或减少遗煤带的漏风量，使其失去连续供氧的条件。根据工作面的通风系统，通过局部调压，使相邻采空区两侧的压差趋近于零，最大限度地减少向两侧采空区漏风供氧，从而有