高瓦斯矿井煤自然发火规律与防治技术研究

高瓦斯矿井煤自然发火规律与防治技术研究

何玉宝

开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司通风区，河北 唐山 063109

摘要：中国是世界领先的煤炭开采消费大国，占国内能源生产总量和能源消费总量的85%。但是，我国煤炭自燃是安全生产和发展高产矿井的严重障碍。这造成了巨大的资源浪费、环境污染以及生命和财产损失。煤炭开采和自燃是煤矿自身面临的两大灾害，对矿井的生产力和身心健康构成严重威胁。高瓦斯矿井回采期间，大量气体从工作区和施工区排出。为了确保矿井的安全生产，必须增加向工作表面排放的风量。与此同时，由于瓦斯在尾巷风排和高抽巷负压抽采，采空区漏风增加，采空区氧化区扩大，煤炭自燃风险增加。

关键词：瓦斯抽采；采空区；煤自燃

引言

产生和发展煤自燃是非常复杂的、动态和自动加速的物理过程。这主要是一个缓慢的自动氧、放热、升温和燃烧过程。煤体自燃的主要原因是煤与氧的复合和热量的排放。氧化放热是煤炭自然热的来源，是煤自然燃烧的主要原因，煤与氧的组合反应释放热量。当热量大于周围岩石的热量时，就会引发热量积累，提高煤的温度。温度升高会增加煤的氧污染，最终导致煤的自燃。

1 高瓦斯煤层自然发火的特点

1）一般来说，火灾发生在一定距离的暴露煤体面地方。根据碳水化合物和氧浓度理论，煤的自自燃是煤和氧加热的结果。自自燃控制是放热氧化和散热的发展。如果煤氧化的燃烧速度高散发热量的速度，煤的温度就会升高。当发热量低于热量散发时，煤的温度就会下降。在松散的深部，由于氧浓度低，复合速度煤氧慢，少量释放的热量通过煤体和周围岩石输送和分散，煤的温度没有上升；煤松散面只有在一定的深度，氧气浓度比较高，热量比较慢，煤的温度会升高，会发生自燃。

2）煤自燃过程，当煤炭温度上升，热点总是向逆着风方向移动。煤自燃后，靠近火源的煤岩体温度上升，高温煤体的范围很广。自燃发生时，煤的温度总是很高。由于煤的热容量大，高温下煤的体积大，大量的热量储存在煤和周围的岩石中。在高温下很难冷却如此广大的煤岩。

3）煤氧复合排放热量导致煤的自燃结果。煤的氧浓度只影响其速度。越高温度，越活跃氧化活性，成分越高，产生的热量就越高。由于导热系数差，煤通过导散热的速度很低。因此，总的来说，低氧浓度和煤的反应所引起的热量可以保持在较高水平，而不会降低煤的温度。所以当气体层燃烧时采用封闭灭火，具有很长的灭火时间，并且在启封火区容易复燃。

4）除了煤的高温之外，自燃也有毒和危险的有机气体。一方面是煤氧气产生有机气体。另一方面，大型煤分子可以在高温下分解，从而产生大量有机气体。危险气体和高温也可以将煤中的小分子挥发并释放到空气中。在密闭空间里，煤会自行燃烧。有害气体容易积聚，使工作人员在井中中毒。

2 高瓦斯煤层自燃规律

现场对高瓦斯矿井调查及观察，综放开采发现自燃规律如下:

1）发火严重的开切眼和停采线。断面大开切眼并导致松散的煤体的易压裂破碎；并且容易与其他采空区沟通，供氧漏风，一般安装设施供风量小，风流温度高。安装时间长，初始工作面积慢，开切眼松散煤氧化升温时间长，温度高。停采前20-30米，工作面放顶煤，较厚遗煤，停采后不及时拆卸和封闭面，增加了自燃的风险。因此，开切眼、停采线附近的采空区容易自燃。

2）工作表面上下风巷的自然火型。由于沿工作面底部修建了自上而下的风巷，煤层厚度大，便于压疏，开挖时容易搭“凉棚”；很容易与相邻的巷道沟通，形成了气流，从而引起了周围的自然火灾。

3）采矿区“三带”动态位移。由散热带、氧化和窒熄带三个区域组成，受到回采率、供风量和推进速度影响。当工作面继续向前移动时，采矿三带面动态移动，当工作面减缓或不再移动时，该面可能非常容易自燃。

4）自燃高温区受到了很大程度的隐蔽，大量浮煤逐渐积累起来。一旦自燃，大量热量存储在综放面采空区，导致煤(岩石)环境温度相对较高，中间贮藏温度范围较高。煤自燃烟流跟随气流，高温火点逆着风流，漏风分布复杂，高温迅速发展，很难准确确定高温区域。

3 防治技术研究

1）采空区漏风控制。(1)均压通风。是一种以风治火技术，具有工艺简单、成分低、灭火效果好等优点。当工作面空气量满足安全生产要求时，应尽量减少空气量，进行平均压力通风，改变通风系统的压力分布，缩小漏风通道两端的压力差，减小氧气区宽度，减少漏风。(2)漏风通道堵塞。在对进风隅角隔离墙有助于有效控制漏风，是防止开采区煤炭自燃的有效措施。在风隅角切顶线上，将构筑一面宽度为1-2米、高度为工作平面高度的墙，并用固体泡沫喷筑挡土，每隔30到50米的工作面，隔离墙在进风隅角的切顶线上。这提高了开采区背面的抗风能力。当工作平面上两个巷风的空气压力变化不大时，根据《通风阻力法》，可以减少背面漏风。这将改变采区内漏风的分布，减少氧化区，降低氧气浓度，抑制煤的自燃，抑制采区向工作面的瓦斯排放。

2）粉煤灰灌浆注胶技术。(1)材料性能。粉煤灰灌浆注胶具有下列防火和灭火特性:固水降温。90%以上胶体是水，流通方便的水固结，充分发挥水降温作用；成胶过程是一种吸热反应。煤的温度上升会蒸发胶体里的水，吸收大量热量。渗透率和堵漏性。成胶材料是易于移动的液体。渗入煤层断层后，形成胶体阻挡漏风通道。促凝剂和基质是阻化剂，其反应产生的物质也是阻化剂。胶体具有一般阻化剂的性能，热稳定性。（2）灌浆注胶粉煤灰。系统组成和工艺。由储灰罐、螺旋输送机、胶体制备机、控制系统、输浆及管网和分配网、矿山防灭火注浆等组成，灌浆站必须建在水、电、交通等地方，以满足满足灌浆倍线的需要。系统功能。灌浆注胶主要防灭火功能如下:①灌注稠化胶体。加入稠化悬浮剂JXF1930粉煤灰浆液按比例，均匀搅拌后，形成稠化胶体，灌浆管路输送到地下，从而高浓度粉煤灰的远距离输送(最大灰比为1:2)。装有悬浮物的浆液保水、渗透性、悬浮性和密度。使用时水不离析，流动性好，浆液与管壁之间的阻力摩擦小，便于泵和管的输送。它水性和致密性很好，覆裹煤可以很长时间，稠化胶体成本低，停采线、切眼、采空区主要用于灌浆防灭火。②凝胶灌注。其促凝剂可通过靠近井旁的泥浆位置的ZM-5/1.8G型采矿注浆机添加到灌浆管网内，主要控制液态水玻璃胶体强度。越多添加量，胶体的强度就越大。比例总体从6%(防火)至15%之间。凝固时间促凝剂主要控制。量添加越高，越短成胶时间。比例在2到3%之间。煤顶层火灾、空洞和密封之间的充填堵漏主要用凝胶。

4 结语

如上所述，瓦斯和煤自燃是影响煤炭开采的两大灾害，严重威胁矿工的安全和身心健康。瓦斯与煤自燃是一场复杂的灾难，增加了风险，使其更难以控制。

参考文献：

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