第七章矿山自燃火灾事故与安全

第七章矿山自燃火灾事故与安全常见自燃物质工农产品滤布、稻草煤、硫矿石油布、油绸、油纸、漆布、蜡布、蜡管，油棉麻、桐油黄磷、三丁基硼矿石油类物质化学物品1.煤矿自燃机理2.煤矿自燃早期发现一煤矿自燃与防治3.煤矿自燃防治一.煤矿自燃机理1.研究现状2.火灾机理3.自燃火灾发展过程1.煤炭自燃火灾现状与趋势有煤炭自燃倾向的矿井：56%有自燃发火危险的煤层：60%自燃火灾占矿井火灾总数：70%趋势：综采放顶煤开采技术，火灾更频繁2.煤炭自燃发火机理黄铁矿作用学说煤层中的黄铁矿(FeS2)与空气中水份和氧发生热反应引起细菌作用学说在细菌作用下，煤在发酵过程中放出热量引起2.煤炭自燃发火机理酚基作用学说煤体内不饱和的酚基化合物与空气中氧反应，放出热量引起煤氧作用学说在空气中氧作用下，煤氧化放出热量引起煤的自燃是一个低温氧化过程有自燃倾向的煤炭，只要存在有利于煤炭氧化进程发展的时间与热量蓄积条件，就可能发生自燃？3.煤炭自燃发展过程潜伏期自燃期燃烧温度70时间冷却风化0T临界温度煤炭自燃过程潜伏氧氧化物羟基着火点活泼性温度未增加自热达到自热温度，》60℃后，反应加速，干馏燃烧温度》着火点温度后，导致自燃，否则风化OH煤炭自热温度自热温度煤加速反应的临界温度。达到了该温度点后，氧化产热量高于散热量，导致环境温度上升，氧化速度增加，并又产生更多的热量。影响因素煤的产热能力与蓄热环境。煤炭自燃条件煤具有自燃倾向性有连续的供氧条件热量易于积聚足够的时间煤炭着火点温度着火点温度煤自发燃烧的最低温度。达到了该温度点后，煤炭开始燃烧。主要煤炭着火温度400℃320～380℃270～350℃无烟煤烟煤褐煤煤自燃危险程度煤自燃危险程度（1）煤的自燃倾向性（2）地质采矿因素（3）自燃发火期1.煤的自燃倾向性1.煤变质程度2.煤的水分3.煤岩成分4.煤的含硫量5.煤的粒度6.煤瓦斯含量煤炭自燃倾向性取决于常温下煤的氧化能力和发热能力。不同的煤自燃倾向性不同,是采矿安全设计的基础。自燃倾向性分类：容易自燃、自燃、不易自燃。《规程》要求：新建矿井与延深新水平所有煤层的自燃倾向性要进行鉴定。火温度法色谱吸氧法煤自燃倾向影响因素（1）煤的变质程度碳化程度越高，煤体内的活性结构越少。所以煤的变质程度越低，煤自燃倾向性越大。褐煤最易自燃，无烟煤最不易自燃，烟煤介于之间。烟煤的煤化度：长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤、肥煤、焦煤煤自燃倾向影响因素（2）煤的水分自热时，水分的催化作用随着温度的增加增大（雨后地面煤堆，灌水灭火疏干）。水分是FeS2反应的必要条件。自热时水分生成蒸气要消耗热量，所以湿度太大，温度难以上升。煤自燃倾向影响因素（3）煤岩成分煤岩成分：丝煤、亮煤和镜煤、暗煤丝煤：结构松散，着火点低（190-270℃），最易自燃，引火作用。镜煤/亮煤：脆性大，易破碎，而且灰分少，常充填有黄铁矿，易自燃，利于自燃的发展。暗煤：硬度大，不易自燃。煤自燃倾向影响因素（4）煤的含硫量硫存在形式：FeS2、有机硫以及硫酸盐黄铁矿：黄铁矿比热小，吸附相同氧量，温度增值比煤大3倍。低温氧化时产生硫酸铁和硫酸亚铁，使煤膨胀松散，促煤更易氧化自燃。煤中含黄铁矿越多，越易自燃。含硫3%以上的煤层均为自燃发火煤层。煤炭自燃倾向影响因素（5）煤破碎程度完整的煤体不会自燃，破碎后表面积增大、着火温点降低，自燃性能显著提高。煤粒直径=1.5～2mm，着火点330～360℃；粒度直径〈1mm，着火点低到190～220℃。煤的自燃性随着破碎度的增加而上升。煤自燃倾向影响因素（６）煤的瓦斯含量瓦斯含量较高的煤，含有大量的吸附瓦斯，使煤与空气隔离，氧气不易与煤表面发生接触，使煤炭不易自燃。当煤中残余瓦斯量》5m3/t时，煤难以自燃。但在瓦斯的放散后，自燃特性就再现出来了。2.地质采矿对煤自燃的影响因素1.地质赋存条件2.开拓采矿3.通风条件煤自燃地质采矿影响因素（１）地质赋存条件厚度大：回采时间长，大量残矿倾角大：封闭困难，大量残矿地质构造复杂：破碎易吸氧、氧化顶板坚硬：煤柱易压碎，冒落空区不密实煤自燃地质采矿影响因素（2）开拓与采矿开拓切割煤层越多，自燃发火危险性越大。采矿矿石损失越大、回采时间越长，危险性越大煤自燃地质采矿影响因素（3）通风漏风采空区：残矿、裂缝煤柱、裂缝煤壁工作面：大量堆煤措施：堵塞、降低风压（4）煤的瓦斯含量瓦斯或者其它气体含量较高的煤，由于其表面有大量的吸附瓦斯，煤与空气隔离，不易氧化。在吸附瓦斯量《5m3/t时，煤才会自燃。煤自燃地质采矿影响因素煤自燃初期征兆（1）初期征兆自热潜伏期结束后进入自燃初期。煤炭自燃发展有一个过程。主要征兆为：煤温度升高，但在临界温度以下空气中氧浓度降低空气中相对湿度较大出现CO、CO2煤自燃初期征兆（2）自热后期征兆自热温度超过临界值，但未达到明火燃烧温度，为自热后期。主要征兆为：火源处空气湿度大、雾气、煤壁出汗出现煤炭氧化物：CO、CO2、甲烷等煤温、水温、空气温度升高水酸度增大2.煤自燃早期识别方法1.直接测试方法2.测试分析法直接测试方法煤炭自燃发展有一个过程。初期发现，可阻止发展，避免酿成火灾。其自燃有明显的外部特征，可采用直接测试的方法测定。主要测试方法为：人的感觉气味测定温度测定（空气、围岩）（1）人的直接感觉煤自燃的初期阶段嗅觉：煤油、芳香味、非饱和碳氢化合物视觉：水蒸气、表面水珠、烟雾触觉：头痛、闷热、精神疲乏根据人的感觉，是最快捷、最简便的方法。（2）气味剂测试法气味胶囊：封装有低沸点、高蒸汽压、浓烈气味的液态物质（硫醇和紫罗兰酮）测试方法：将其埋在测点，温度升高，胶囊破裂发出特殊气味。煤自燃早期识别气味？煤自燃早期识别气味测试剂紫罗兰酮黄色液体（香精），沸点140～147℃。有浓郁甜花香或松木香。硫醇无色液体，沸点36.2℃。有强烈大蒜气味（空气中浓度达到500亿分之一）；吸入引起头痛、恶心。（3）温度测试方法直接测定：将温度传感器放入钻孔中或埋在采空区内测定煤岩体温度（热电偶和热敏电阻）煤自燃早期识别温度传感器传感器测试仪器温度直接测定（3）温度测试方法间接测温：将无线电或红外辐射仪传感器埋入测点，通过无线电信号、红外辐射测定热量煤自燃早期识别传感器接收机测定热量推测温度、测定矿内空气和围岩温度风速：太小、太大或太远，影响气味仪器易损坏：顶板垮落、底板开裂火源远：煤的热传导能力弱，热量影响范围小（1m）湿度大：结果可靠性差煤自燃早期识别（4）直接测试方法存在问题测试法操作简便，但有以下问题：测试气体分析法煤炭自热时产生的CO、CO2，是分析火灾变化趋势的主要指标。测出这些变化值，除以氧气的消耗量，即获得新鲜空气被稀释影响。煤自燃早期识别煤温℃浓度ppm返回原始氧气比值K=（氧气比例/惰性气体比例）=20.93%/79.04%=0.2648氧气减少量00/NO2222648.0ONO煤自燃早期识别（1）氧气减少量原始O0现在O2煤自燃早期识别机理：CO生成温度低，生成量大，并且生成量随温度升高按指数规律增加CO指数：CO/ΔO2（英国学者IvonGraham提出）优点：反映自燃火灾灵敏，比其它方法早数周，并且不受风量影响（2）CO指数（ICO）指数特点与不足比值持续》0.5％：有自热现象。氧气消耗量小：精度低非火灾CO影响：CO—采空区、空气（通常比值《0.5％）煤自燃早期识别（2）CO2指数机理：火灾会产生大量的CO2，同时，在阴燃转为明燃时，CO还会燃烧成为CO2CO2指数：CO2/ΔO2特点：[CO2/ΔO2][CO/ΔO2]。在CO2/ΔO2升高、CO/ΔO2降低时，表明正向燃烧发展CO2：易溶于水中，不稳定煤自燃的初期阶段（3）碳氧化物比值碳氧化物比值：CO/CO2机理：可显示火灾发展状况。初期该比值上升；充分燃烧时，为一个常数。特点：当火灾形成富燃料燃烧时，CO/CO2值会快速增加（如煤炭、瓦斯与其它参与燃烧）。煤自燃的初期阶段高温自燃火灾机理2.氧化发火影响因素二高硫高温矿山2.高硫高温矿山火灾机理1.火灾机理2.硫铁矿性质3.硫铁矿放热反应、火灾机理机理：高硫高温矿床由于硫化物——氧化——而大量积聚热量，导致矿石自热发火燃烧。高硫高温矿山火灾机理、硫铁矿性质物理：晶体呈立方体、十二面体，呈金黄色或浅黄铜色，硬度6-6.5，密度4.9-5.2g/cm3。化学：弱导电性，溶于硝酸，不溶于水和稀盐酸，容易氧化，燃烧时发出SO2臭味。特点：常与有色金