煤層自燃火災(zāi)是指在有自燃傾向的煤層內(nèi),在適宜的供氧儲(chǔ)熱條件下而氧化發(fā)熱、升溫,當(dāng)溫度超過(guò)其著火點(diǎn)時(shí)而發(fā)生的燃燒現(xiàn)象。
煤自燃火災(zāi)的形成必須具備三個(gè)基本條件:具有自燃傾向的煤呈破裂狀態(tài)堆積存在透空氣供氧維持煤的氧化過(guò)程不間斷地發(fā)展在氧化過(guò)程中生成的氧化熱量大量蓄積,難以及時(shí)放散。
1.決定煤自燃傾向性的因素
(1)煤的炭化變質(zhì)程度。煤的炭化程序越高,其自燃傾向性越小褐煤礦井自燃發(fā)火次數(shù)低于煙煤礦井煙煤礦井中長(zhǎng)焰煤和氣煤自燃危險(xiǎn)性大,而貧煤則較小。
(2)煤中水分。一定含量的水分有利于煤的自燃(小于4%),而濕度過(guò)大(小于4%),則會(huì)抑制煤的自燃。
(3)煤巖成分。煤巖成分中,含絲煤越多,自燃傾向越大,因?yàn)榫哂欣w維構(gòu)造而表面吸附能力又高的絲煤在常溫下吸氧能力特別強(qiáng)。
(4)煤中含硫量。在同牌號(hào)煤中,含硫化物越多,越易自燃。因?yàn)槊褐兴S鐵礦在低溫氧化時(shí)生成硫酸鐵和硫酸亞鐵,使煤體膨脹而變松軟,增大了氧化表面積黃鐵礦氧化熱也促進(jìn)煤的自燃。
(5)煤的粒度、孔隙度、瓦斯含量及導(dǎo)熱能力也是影響自燃傾向的因素。
2.影響煤自燃的地質(zhì)、采礦因素
(1)煤層厚度。據(jù)統(tǒng)計(jì),80%的自燃火災(zāi)是發(fā)生在原煤層開(kāi)采中。厚煤層容易發(fā)火的原因,一是難于全部采出,遺留大量浮煤和殘柱二是采區(qū)回采時(shí)間過(guò)長(zhǎng),大大超過(guò)煤層的自燃發(fā)火期。
(2)煤層傾角。煤層傾斜越大,自燃危險(xiǎn)性越大,急傾斜煤層發(fā)火次數(shù)多。
(3)地質(zhì)構(gòu)造。在斷層、褶曲、破碎帶、巖漿入侵地區(qū),其自燃火災(zāi)頻繁。這是因?yàn)槊后w碎裂吸氧條件好,氧化性能高所致。
(4)開(kāi)拓采煤條件。用石門(mén)、巖石大巷開(kāi)拓,切割煤層較少,煤柱也留得少.自燃發(fā)火的危險(xiǎn)性小使用回收率高的采煤方法,采空區(qū)殘煤少,也不易發(fā)火。
回采速度慢,拖的時(shí)間長(zhǎng),地壓增大、氧化面積大,時(shí)間長(zhǎng)于自燃發(fā)火期,很容易產(chǎn)生自燃火災(zāi)。
(5)通風(fēng)條件。漏風(fēng)大不僅有效風(fēng)量低,而且向采空區(qū)、煤柱區(qū)滲漏供氧,促進(jìn)了煤的自燃發(fā)火。
3.煤層自燃發(fā)火期
它是自燃危險(xiǎn)程度在時(shí)間上長(zhǎng)短的量度,自燃發(fā)火期越短的煤層,自燃發(fā)火危險(xiǎn)程度越大。煤層自燃發(fā)火期是指開(kāi)采過(guò)程中暴露的煤炭,從接觸空氣到發(fā)生自燃的一段時(shí)間,一般以月為單位,也有以天為單位。
4.煤自燃的征兆
(1)煤炭自熱的初期階段的征兆有:煤溫有所升高,但在臨界溫度60~80℃以下出現(xiàn)C02、CO氣體空氣中氧濃度降低相對(duì)濕度增大。
(2)煤炭自熱的后期階段的征兆有:火源點(diǎn)附近的空氣濕度增大,出現(xiàn)霧氣,煤壁掛水珠,類(lèi)似“出汗”現(xiàn)象。
出現(xiàn)煤炭氧化和干餾的產(chǎn)物,如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)、乙炔(C2H2)以及苯(C6H6)、荼(C10H8)等。
煤溫、水溫、氣溫都有所升高。流出的水酸性增大。
芳香族的碳?xì)浠衔餁馕?煤油味)是井下自燃最可靠的征兆。
(3)測(cè)定空氣成分、氣溫、巖溫用以預(yù)報(bào)自燃。煤自熱到自燃的激烈氧化過(guò)程中,火區(qū)附近的空氣成分會(huì)發(fā)生變化:氧的濃度降低,二氧化碳含量增加,并先后出現(xiàn)一氧化碳及碳?xì)浠衔铩?br>
圍巖溫度的變化要在一定深度的鉆孔中測(cè)定空氣溫度可用普通溫度計(jì)測(cè)定你,空氣濕度用干濕球溫度計(jì)求算。
5.防自燃的開(kāi)采技術(shù)措施
(1)選擇合理的開(kāi)拓方式和采煤方法
優(yōu)先采用石門(mén)、巖石大巷的開(kāi)拓方式,以減少礦層或煤層的切割量,便于少留礦柱(煤柱),易于及時(shí)封閉和隔離采空區(qū)。
還宜采用巖石上山,區(qū)段巷道重疊布置,區(qū)段巷道分采分掘布置的開(kāi)拓方式。
(2)堅(jiān)持先上層后下層,自上而下的開(kāi)采順序和由井田邊界向中央后退式回采方式。
選用回采率高、回采速度快、不留煤柱、采空區(qū)容易封閉的采煤方法。
(3)合理布置采區(qū)??筛鶕?jù)煤的自燃發(fā)火期的長(zhǎng)短和回采速度來(lái)決定采區(qū)尺寸。必須保證在煤體自燃發(fā)火期到來(lái)之前回采完畢并及時(shí)封閉采區(qū)。
(4)提高回收率,降低煤炭損失,減少采區(qū)殘礦殘煤,提高回采程度,清掃工作面浮煤,及時(shí)充填采空區(qū)。
6.通風(fēng)防火措施。有自燃危險(xiǎn)的礦井,以風(fēng)控火,應(yīng)采取如下措施:
(1)實(shí)行機(jī)械通風(fēng),建立穩(wěn)定可靠的通風(fēng)系統(tǒng),加強(qiáng)通風(fēng)管理。
(2)采用分區(qū)通風(fēng),避免串聯(lián),及時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)流,控制和隔絕火區(qū),縮小火區(qū)范圍。
(3)最大限度地降低風(fēng)壓、減少漏風(fēng),及時(shí)安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、風(fēng)窗、密閉墻等通風(fēng)構(gòu)筑物,并正確選擇安設(shè)地點(diǎn),保證施工質(zhì)量。
(4)加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的測(cè)定和管理,特別注意有自燃危險(xiǎn)區(qū)域的風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)向、漏風(fēng)狀況、空氣中瓦斯?jié)舛取⒁谎趸己康臏y(cè)定。
(5)均壓通風(fēng)。調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)均壓,減少并聯(lián)網(wǎng)路漏風(fēng),即在工作面回風(fēng)巷道里安裝調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén),降低工作面壓差,減少風(fēng)量。
改變工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行均壓,即由上、下巷道進(jìn)風(fēng),中間回風(fēng)道回風(fēng)的“W”形通風(fēng),這樣由于工作面壓差減少。采空區(qū)內(nèi)自燃帶范圍壓縮,窒息帶隨工作面的推進(jìn)而前移,控制了浮煤的自燃。
對(duì)有可能發(fā)生煤自燃而已封閉的區(qū)域,使用封閉區(qū)均壓措施,可防止火災(zāi)的發(fā)生和復(fù)燃。具體方法是并聯(lián)支路與調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)均壓局扇與調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)均壓主扇與調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)均壓,連通管均壓以及改造通風(fēng)系統(tǒng)均壓等。
7.預(yù)防性灌漿
(1)采前預(yù)灌
對(duì)特厚煤層或因老空區(qū)過(guò)多而極易自燃的煤田最好采用采前預(yù)先灌漿。
(2)隨采隨灌
隨著工作面的推進(jìn),可同時(shí)向采空區(qū)灌漿,以防止遺煤自燃和膠結(jié)冒落的矸石,形成再生頂板,為下分層開(kāi)采創(chuàng)造安全防火條件。
隨采隨灌可用埋管灌漿、插管灌漿、灑漿等方法。
(3)采后灌漿
開(kāi)采自燃不十分嚴(yán)重的厚煤層時(shí),可在上分層工作面采完后,封閉停采線的上下出口,然后在上出口的密閉內(nèi)插管大量灌漿,以充填易自燃的空區(qū)。
8.阻火劑防火
阻火劑可采用無(wú)機(jī)鹽化合物如氯化鈣(CaCl2)、氯化鎂(MgCl2)、氯化銨(NH4Cl)、氯化鈉(NaCl)、三氯化鋁(AlCl3)以及水玻璃等溶液。采用架間噴灑阻化擠和采空區(qū)注凝膠(是阻火劑的一種)的方式滅火。
電氣檢測(cè)對(duì)燃?xì)夂碗姎庠O(shè)備的檢查維修有關(guān)人員,應(yīng)定期進(jìn)行再教育培訓(xùn)。