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煤层自然发火指标性气体及防治措施研究
煤层自然发火指标性气体及防治措施研究
煤矿自然火灾是煤矿安全面临的一大挑战，它因引发火灾、爆炸、烟尘、有害气体等多种安全隐患而受到广泛关注。在煤矿生产中，煤层自然发火是一种广泛存在和周期性发生的灾害。随着我国煤矿长期大规模开采，此类事件发生的频次、规模和危险性日益增加，给我国煤矿安全生产带来了极大挑战。针对这一问题，煤层自然发火指标性气体及防治措施研究具有重要意义，本文旨在从气体指标和防治措施两个方面展开探讨。
一、自然发火指标性气体
自然发火是由于煤体在矿井内长时间储存、变质，以及长期受高温作用，最终发生自燃所引起的。在煤层自然发火过程中，产生了一系列的指标性气体，其分布特征是火区核心呈现高浓度，周围浓度依次降低。常见的自然发火指标性气体主要包括以下几种：
1.一氧化碳
一氧化碳是煤层自然发火的重要指标气体，其比重轻、扩散能力强、可作为金属中毒的指标和火源燃料的指标。在自然发火区域，一氧化碳浓度高，一般超过1%，在于煤矿生产中监测一氧化碳浓度，可以有效提前发现自然发火危险。
2.二氧化碳
二氧化碳是煤与矿物发生氧化反应的产物，也是自然发火的指标性气体之一。在自然发火区域，二氧化碳浓度较高，达到0.5%~1%左右。同样可作为自然发火预警的关键参数之一。
3.甲烷
甲烷是煤层气中的主要成分，也是一种有害气体和易燃易爆气体。在自然发火区域，甲烷浓度会随着氧化反应的进行而不断升高，甚至可能引发煤层爆炸。
4.氧气
氧气与煤热化学反应所涉及到的气体中，是参与反应的主要气体之一。自然发火区域氧气浓度降低，出现断层破碎区、裂隙、孔洞等特征，严重时会造成通风阻力明显升高。
5.温度
煤层自然发火引起的温度升高是一种常见特征。一般来讲，温度升高越显著，代表火灾程度越严重。煤层内的浅部自然发火所伴随的高温，往往会引起机械破坏、大量有害气体或火源泄露等安全问题。因此，温度的测量和监测，对于预防煤层自然发火有着重要意义。
二、自然发火防治措施
自然发火的防治措施同其他事故的防治一样，其目的是避免事故发生或者减轻其危害。目前，防治自然发火的技术手段比较多样，主要包括以下几个方面：
1.预防措施
自然发火主要与煤的性质、煤体中的水分、氧气、温度等因素相互作用有关，因此煤炭开采中，应当严格控制采煤速度，避免煤层温度过高，保持矿体内部的湿度，减少煤粉尘的积累等措施，避免刺激煤体内部热化学反应的发生。
2.水冷
水冷是自然发火防治的重要手段。通过将降温水注入到煤层内部，形成自然发火灭火的“氧隔离”屏障，实现火源区的降温灭火。不过，水冷也需要注意一定的技术难度：将适宜的水量、流量和进水方式适当匹配，同时控制好注水位置和水质，以及煤层结构对水冷的吸收能力等。
3.抑制剂灭火技术
目前，化学剂灭火技术被广泛研究和应用。这种方法通过在自然发火区域喷洒一定的化学剂或吸附物，阻碍化学反应的进行，提高煤体稳定性，从而达到降低火源的效果。该方法不仅适用于处理自然发火事故，同样也适用于预防自然发火的发生。
综上所述，煤层自然发火引发的事故危害巨大，对于避免其发生就必须理解其发展规律和特征。自然发火指标性气体浓度的监测可以提前预警潜在的煤层自然发火危险。在自然发火的防治措施中，预防和水冷、抑制剂灭火技术是目前比较有效的手段，但具体应用中也依据煤矿开采质量、煤层、地质结构等因素的不同而定。综合技术手段应用，落实“安全第一”的方针，可以最大程度保障矿工的安全。