暴露在空气中的煤，由于氧化放热导致温度逐渐升高，至70～80℃以后温度升高速度骤然加快，当达到煤的着火点（300～350℃）时，引起燃烧，这种现象称为煤层自燃。
1 煤层自燃条件
煤体要发生自燃必须具备以下四个条件：
①具有低温氧化性，即有自燃倾向的煤以破碎状态存在；
②有大于12%氧含量的空气通过这些碎煤；
③空气流动速度适中，使破裂煤体有积聚氧化热的环境；
④在上述3个条件同时具备的状态下，持续一定的时间，使煤体可以达到着火温度。
只要同时具备上述4个条件，煤炭自燃 发火即可发生。但实际中很难找出某两次煤炭自燃发火的发生条件是完全相同的。这样，对煤炭自燃发火的条件就很难作出定量分析。
2 防灭火措施
2. 1 矿井开拓、开采方面的措施
1) 合理的开拓开采部署。生产实践证明,开采有自燃的煤层,正确选择开拓开采方式,对防止煤层自燃有决定性作用。具体地说,尽量简化巷道布置,减少辅助性巷道,采用岩石集中巷和岩石上山,煤层内尽量少布置巷道,减少对煤体的切割。当巷道沿煤层布置时,应采取措施,尽量将暴露的煤体封闭,减少暴露煤体与空气接触。每个工作面应尽量在发火期内开采完毕,以利采空区封闭。
2) 合理的采煤方法。长壁式采煤法比短壁式采煤法巷道布置简单,资源回收率高,有利于防止煤层自燃。开采有自燃的煤层,应尽量采用长壁采煤法,工作面采用后退式回采,全部冒落法管理顶板,煤层顶板易于冒落压实,可减少采空区漏风,有效地防止煤层自燃。
3) 合理的开采顺序。对于煤层群为避免上、下煤层开采后的采空区导通后漏风,引起煤层自燃合理的开采顺序。对于煤层群为避免上、下煤层开采后的采空区导通后漏风,引起煤层自燃,应采用“扒皮”式开采。
4) 无煤柱开采。煤层自然发火首先要有破碎的具有自燃倾向的煤,无煤柱开采时,则可尽量减少采空区的浮煤和煤柱残煤,减少煤层发火的可能性。回采工作面采用沿空巷道,采区上山不留煤柱,实行回采工作面跨上山开采。
5) 保持合理的工作面推进度。随着回采工作面的不断推进,采空区不断冒落且逐渐被压实,采空区漏风也逐渐减少。实践证明,当工作面推进到某一段距离后,漏风量减少到危险风量以下,此时采空区不会出现煤层自燃。因此,回采工作面保持一个必要的推进度,也是消除采空区自燃的一项必不可少的措施。
2. 2 矿井通风方面的措施
1) 控风防火。矿井通风也是防灭火的一个重要措施。矿井通风等积孔过小,负压太大,会造成井下漏风严重,引起煤层自燃。有条件的矿井应采用分区式通风,该系统不但适合于高瓦斯矿井,而且可以降低矿井总风阻,一旦矿井发生火灾,便于控制风流,隔绝火区。
2) 均压通风。采用预防性均压通风方式,回采工作面和相邻巷道之间“两道一线”尽量减少压差,实现均压通风,减少漏风。随着回采工作面的推进,顶板不断冒落,密闭上方的“悬空”被压实,形成隔离带。这样可以减少采空区漏风,将采空区的“三带”减小,阻止煤层自燃。
3) 通风构筑物的设置。井下风门、调节风门等通风构筑物的设置位置应合理,尽可能设在围岩坚固、地压稳定的地点,两道风门采用闭锁装置,不同时打开,避免“负压冲撞”。
2. 3 防灭火措施
1) 灌浆防灭火。根据技术上可行、经济上节省的原则,建立矿井灌浆防灭火系统。当场地内黄土少,采用黄泥灌浆取土困难时,可采用注凝胶和粉煤灰的防灭火方法。凝胶是一种高分子化合物,粉煤灰可直接从邻近的火力发电厂取得,平时采取局部灌浆的方式,当采空区发火时,则采取满灌。
2) 阻化剂防灭火。可以采用机动性喷洒压注工艺系统,对采空区、煤层巷道冒落孔洞、开采线、终采线和煤柱裂隙喷洒、压注阻化剂,覆盖或包裹碎煤,封堵裂隙,阻止煤的氧化,起到防火作用。
3) 撒凝胶。对巷中的联络巷、断层带、工作面切眼、运输巷、回风巷等灌撒凝胶,阻止煤层与空气接触,防止煤层氧化自燃。另外,对发火严重的回采工作面,当工作面推进1 个月后,在整个工作面后方的采空区撒凝胶,形成凝胶隔绝带,对采空区起到封闭作用,可有效阻止采空区浮煤的自燃。
4) 惰性气体防灭火。对已经自然发火的回采工作面,采用注入惰性气体使其尽快熄灭。在封闭自燃的回采工作面之前,先注入惰性气体,冲淡采空区中的氧气,再利用快速封闭铁门进行密闭,达到灭火和防止瓦斯爆炸的目的。
2. 4 监测监控方面的措施
煤层自燃一般是由于采空区内浮煤引起,而不是人们能直接看到的工作地点或巷道内。故煤层自燃的监测预报必须根据矿井自燃火灾的特点及其防治技术的具体情况综合考虑。
煤层自然发火是煤矿5 大灾害之一,对煤矿安全生产威胁极大。通过对煤层自然发火的原因分析,提出了在开采过程中需采取的安全措施。通过这些措施的实施,可有效防止煤层自然发火事故。
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