项目二---煤-炭-自-然-发-火

项目二煤炭自然发火任务一煤炭自然发火的条件及过程熟悉煤炭自燃的条件理解煤炭自燃的过程了解煤炭自燃的因素煤炭自然发火与外因火灾相比，具有发生发展缓慢并有规律的演变过程，可在它形成的初期发现。一、煤炭自燃的条件实践证明，煤炭自燃必须具备以下四个条件：（1）煤具有自燃倾向性并呈破碎堆积状态存在；（2）适当的通风供氧；（3）良好的蓄热环境；（4）维持煤的氧化过程不断发展的时间。上述四个条件缺一不可。说明：（1）煤的自然倾向性取决于煤的物理化学性质，它表示煤与氧相互作用的能力。（2）当空气中氧含量低于10%是具有窒息性；当空气中氧含量低于15%时，可以预防自然发火。（3）空气流动速度的大小是氧化热量能否积聚的重要条件。煤炭自燃都是在风速比较适中的情况下发生的。（4）维持煤的氧化过程不断发展的时间应大于煤的自然发火期。煤炭自燃经常发生的地点：有大量遗煤而未及时封闭或封闭不严的采空区（特别是采空区内的联络眼附近和停采线处）；巷道两侧和遗留在采空区内受压的煤柱；巷道内堆积的浮煤或煤巷的冒顶、垮帮处。二、煤炭自燃的过程1、煤的自燃学说黄铁矿作用学说细菌作用学说酚基作用学说自由基作用学说煤氧复合作用学说2、煤的自燃过程按照煤氧化复合作用学说，煤的自燃发展过程一般分为三个阶段，即潜伏阶段、自热阶段和自燃阶段。1、潜伏期自煤层被开采、接触空气起至眉纹开始升高位置的时间去见成为潜伏期。潜伏期的长短取决于煤的分子结构、物化性质、煤的变质程度和外部条件。煤的破碎和堆积状态、散热和通风供氧条件等，对潜伏期的长短也有一定影响。特征：煤的表面生成不稳定的氧化物（OH、COOH等），氧化放出的热量很少，能及时放散，煤温和巷道空气气温不变，但煤的比重略有增加，煤被活化（化学性增加），煤的着火温度降低。2、自热期(又称自热阶段)自热过程是煤氧化反应自动加速、氧化生成热量逐渐积累、温度自动升高的过程。特点：氧化放热较大，煤温及其环境温度升高；产生CO、CO2和碳氢类CmHn气体产物，并散发出煤油味和其他芳香气味；有水蒸气生成，火源附近出现雾气，遇冷会在巷道壁面上凝结成水珠，即出现所谓“挂汗”现象；微观结构发生变化。3、自燃期主要特征: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CO2受热分解，而产生更多的CO，巷道中出现浓烈的火灾气味和烟雾，有时还出现明火，火源温度可达1000℃以上。煤炭自燃的实质是其自身氧化速度加速的过程，其氧化速度之快，以致产生的热量来不及向外界放散，而导致了自燃。三、影响煤炭自燃的因素（一）煤的自然倾向性煤的自然倾向性是指煤自燃的难易程度，它主要受以下因素影响：煤的变质程度煤岩成份煤的含硫量煤中的水份煤的孔隙率和脆性煤层瓦斯含量（二）煤层地质赋存条件影响煤层自然发火的地质因素主要有:煤层的厚度、倾角、节理、裂隙、顶板性质以及地质构造（如断层、褶皱、岩浆岩侵入）等。（三）开拓、开采条件1、开拓方式要求巷道系统简单，采用石门、岩石巷道开拓、少留煤柱、减少对煤体的切割，这对消除发火隐患是积极的、有利的。2、采煤方法采煤方法对发火的影响主要表现在回采率的高低、推进速度快慢、回采时间的长短及顶板管理和煤层切割等方面。（四）通风条件及通风管理通风对煤自燃的影响主要表现在采空区、煤柱、煤壁裂隙的漏风。通风管理对煤自然发火的影响主要包括风网结构的合理性、采区风量分配、风雅的合理确定、采空区的封闭、通风控制设施位置的选定和通风设施工程质量等等。任务二煤的自燃倾向性了解煤自燃倾向性的鉴定方法熟悉煤的自燃倾向性分类一、煤的自燃倾向性鉴定方法常用的方法有：1、△T法(着火温度降低值法)：即利用煤样的氧化燃爆温度与还原燃爆温之差，以划分煤的自燃危险性。煤的自燃倾向性是判断煤自燃可能性的重要依据，鉴定煤的自燃倾向性对划分煤层自然发火等级，实行分级管理，采取相应的防火措施和管理措施，为监管部门提供依据具有重要意义。也是合理的确定矿井开拓方式、采煤方法，拟定防灭火措施的重要依据。2、吸氧量测定法利用色谱动态吸氧法测定煤的吸氧量和吸氧速度，以吸氧量为主、吸氧速度为辅，判定自然发火倾向。目前，北京东西电子技术研究所已根据该项技术研制了ZRJ-1型色谱自燃性测定仪，在煤矿已推广使用。3、氧化速度测定法1992年《煤矿安全规程》执行说明规定煤自燃倾向性鉴定均采用色谱吸氧鉴定法。ZRJ-1型色谱自燃性测定仪自1992年起，我国规定煤层自燃倾向性鉴定采用吸氧量法，即“双气路气相色谱仪吸氧鉴定法”。它是用ZRJ-1型色谱自燃性测定仪来测定常压下每克干煤在30℃时的吸氧量。根据此吸氧量将煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃、不易自燃三类。参见表2-3，表2-4。二、煤的自燃倾向性分类任务三煤的自然发火期及煤层自燃危险性划分能进行自然发火的判定熟悉煤层自然发火期的定义会进行煤层自然发火期的估算掌握延长煤层自然发火期的途径熟悉矿井自然发火等级的确定一、煤的自燃发火期1、自然发火的判定《矿井防灭火规范》中对自然发火和存在自然发火隐患都有明确的规定：矿井某一区域出现如下现象之一时，即定为发生自然发火：①由于自燃出现火炭、火焰、烟雾等现象；②由于自燃出现空气、煤炭、围岩及其他介质温度升高，并超过70℃，其风流中出现一氧化碳，且有上升趋势。矿井某一区域出现如下预兆之一时，即存在自然发火隐患：①风流中出现一氧化碳，其发生量呈上升趋势；②风流中出现二氧化碳，其发生量呈上升趋势；③煤、岩、空气和水温升高，并超过正常温度；④风流中氧含量降低，其消耗量呈上升趋势。2、煤层自然发火期从发火地点的煤层被开采暴露于空气之日起至温度上升到自燃点火出现自燃现象为止，所经历的时间叫做煤层的自然发火期，以天或月为单位。煤层自然发火期受以下因素的影响：浮煤粒径分布浮煤厚度浮煤内漏风流中的氧浓度和漏风强度煤层原始温度松散煤体内的起始温度3、煤层的自然发火期估算方法目前我国规定采用统计比较和类比方法确定煤层的自然发火期。1）统计比较法（适用于生产矿井）煤层最短发火期按如下规定进行统计：（1）巷道。从煤层揭露煤之日起至发生自然发火之日止，为该巷道的煤层自然发火期。（2）采煤工作面。从工作面开切眼之日起至发生自然发火之日止，为该回采工作面开采煤层的自然发火期。2）类比法（适用于新建矿井）根据地质勘探时采集的煤样所做的自燃倾向性鉴定资料，并参考与之相似煤层、地质条件、赋存条件和开采方法的采区或矿井，进行类比和估算，以供设计参考。4、延长煤层自然发火期的途径煤炭自燃的过程受其自然倾向性、破碎程度与堆积状态、漏风强度与风流中氧含量，以及与周围环境的热交换条件等多种因素的影响。1）减小煤的氧化速度避免或减少煤体的破碎提高采出率，减小采空区遗煤降低自热区内的氧浓度选择分子直径小、效果好的阻化剂或固体浆材，喷洒在碎煤或压注于煤体内，充填煤体的裂隙2）增加散热强度，抑制升温速度煤的升温速度取决于生热量与散热量之比，两者比值小，则升温速度越慢；反之则升温速度越快。增加散热途径和散热强度的方法有：增加遗煤分散度增加通风强度增加煤体湿度二、矿井自然发火等级的确定《矿井防灭火规范》规定：凡开采自燃煤层的矿井均属于自燃矿井（或称自然发火矿井）。自燃矿井按自然发火的危险程度分为四级进行管理。矿井的自燃危险等级划分如下：1、一级自燃矿井。凡符合下列条件之一者，定为一级自燃矿井：(1)近10年内每产100万吨煤发生自然发火的次数(即百万吨发火率)超过3次；(2)煤层自然发火期小于3个月；(3)百万吨发火率超过2次、且自然发火期小于6个月的下列矿井：①高瓦斯矿井；②突出矿井；③开采厚及特厚煤层的矿井；④开采急倾斜中厚煤层的矿井；⑤煤层自然倾向性为I级，煤尘爆炸指数在30％以上的矿井。2、二级自燃矿井。凡符合下列条件之一者，定为二级自燃矿井：(1)近10年内百万吨发火率超过2次但不超过3次；(2)煤层自然发火期小于6个月，但不小于3个月；(3)百万吨发火率超过1次、且自然发火期小于12个月的下列矿井：①高瓦斯矿井；②突出矿井；③开采厚及特厚煤层的矿井；④开采急倾斜中厚煤层的矿井；⑤煤层自然倾向性为Ⅱ级，且煤尘爆炸指数在20％以上的矿井。3、三级自燃矿井。凡符合下列条件之一者，定为三级自燃矿井：(1)百万吨发火率超过1次；(2)煤层自然发火期小于3个月；(3)百万吨发火率超过0.5次、且自然发火期小于12个月的下列矿井：①高瓦斯矿井；②突出矿井；③开采厚及特厚煤层的矿井；④开采急倾斜中厚煤层的矿井；⑤煤层自然倾向性为Ⅲ级，煤尘爆炸指数在10％以上的矿井。4、四级自燃矿井凡有自然发火史，但不符合以上一、二级和三级矿井条件者。任务四自然发火的早期预报自然发火的早期预报是指根据煤炭从氧化升温发展到发生自燃的过程中各阶段表现出来的不同征兆，在自然发火之前做出预报，提醒人们及时发现隐患，及早采取处理措施，防止自然发火事故。具体方法有：人的直观感觉进行识别用仪表检测矿井空气成分或用计算机控制的监控系统测定矿井空气成分检测煤的温度进行自燃火灾的早期预测预报一、人体感觉依靠人体生理感觉（嗅觉、视觉、触觉等）能够预报矿井火灾的发生，具体方法如下：观察井下空气湿度变化和煤体表面水分变化根据煤焦油气味判断人的不舒适感温度的改变二、矿内空气成分分析法矿内空气成分分析法就是通过分析煤炭自热阶段释放出的气体成分来发现自燃火灾的方法。确定方法：通过采样化验分析，对比用风区域进风流与回风流的空气成分变化或采空区内的气体成分变化，便可确定是否发生自燃火灾。1、预报煤炭自燃发火的指标气体指标气体：用仪器分析和检测煤自燃过程中释放出的气体产物来预报火灾，能反映煤炭自热初级阶段特征的、用来作为自然发火早期预报的气体。指标气体必须具备的条件：此种气体为煤炭氧化生成，而不是煤层中含有和解析的物质灵敏性规律性可测性若正常时大气中含有微量的指标气体，则一定要确定预报的临界指标。2、预报煤炭自燃的参数指标1）一氧化碳（CO）（1）CO浓度优点：应用简单。缺点：CO浓度受风量影响较大，所采用CO浓度预报自然发火时，要求采样点的风量基本保持不变，否则难以使用检测结果来判断。（2）CO的绝对生成量自然发火系数：CO的绝对生成量，用H表示。当进风流中CO的含量为零时，只可用下式计算：在正常时若大气中含有CO，则采用CO作为指标气体时，要确定预报的临界值。确定临界值时一般要考虑下列因素：各采样地点在正常时风流中CO的浓度；临界值时所对应的煤温适当，即留有充分时间寻找和处理自热源。应用CO作为指标气体预报自然发火时，要满足以下两点：CO的浓度或绝对值要大于临界值；CO的浓度或绝对值要有稳定增加的趋势。2）火灾系数（ICO）火灾系数（格拉汉姆系数）：风流经火源或自热源风流中的CO浓度增加量与O2浓度减少量之比。R1=｛〔+△φ（CO2）〕/〔-△φ（O2）〕｝×100R2=｛〔+△φ（CO）〕/〔-△φ（O2）〕｝×100R3=｛〔+△φ（CO）〕/〔+△φ（CO2）〕｝×100R1——第一内因火灾系数(或称C02火灾系数)；R2——第二内因火灾系数(CO火灾系数)；R3——第三内因火灾系数。应用时，一般以第二火灾系数R2作为主要指标，以第一火灾系数作为辅助指标，以第三指标系数作为参考指标。有掺入新鲜风流时，R1、R2的可靠性降低，R3则不受影响。一般说来，当煤炭进入自燃阶段，R1约为0.3～0.4，若连续增大就预示着自燃火灾已发生；若R2超过0.005，则应警惕自燃发火的发生，如果超过0.01，说明火灾已经发生。3）乙烯C2H4由于一般矿井的大气中是不含有乙烯的，因此，只要井下空气中查出议席，则说明已有煤炭在自燃了。利用乙烯作为指标气体不需要制定临界指标。同时根据乙烯和丙烯出现的时间还可推测出煤的自热温度。4）其他指标气体烯炔比：乙烯C2H4和乙炔C2H2之比。煤温较低是烯炔比较低，在煤温升高的过程中，乙烯生成量比乙炔生成量大，两者之比能较好的反应煤温的变化，因此烯炔比可作为预报自然发火的指标气体