學科前沿講座論文

1、 學科前沿講座題 目： 礦井火災防治技術(shù)初探 學 院： 能源與安全學院 專業(yè)名稱： 安全科學與工程 姓 名： 李經(jīng)國 學 號： 2013200104 礦井火災防治技術(shù)初探李經(jīng)國（安徽理工大學 能源與安全學院，安徽 淮南 232001）摘 要：本文主要從煤層自燃發(fā)火危險性評價、煤層自燃發(fā)火的預測預報和礦井火災的防治技術(shù)等三個方面來淺析近年來礦井火災防治技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。煤層自燃發(fā)火危險性評價的目的是要在火災發(fā)生之前對火災發(fā)生的可能性做出科學性的評價；煤層自燃發(fā)火的預測預報是在煤礦生產(chǎn)過程中對可能或已經(jīng)發(fā)生的火災進行監(jiān)測和預測；而礦井火災防治技術(shù)則是對即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的火災采取措施，阻止火災

2、的發(fā)生。關鍵詞：礦井火災，自燃發(fā)火，防治技術(shù)Exploration of Mine Fire Prevention TechnologyAbstract: The paper analyzes the mine fire prevention technology and development trend mainly from coal spontaneous combustion risk assessment; spontaneous combustion of coal forecast and control of the mine fire. Coal spontaneous c

3、ombustion risk assessment is aimed at the fire broke out before the fire broke out on the possibility of making scientific evaluation; spontaneous combustion of coal is forecast in the coal mine production process may have taken place or the fire monitoring and prediction; and mine fire prevention t

4、echnology is imminent or has already occurred in the fire to take measures to prevent the occurrence of fires.Key Word：mine fire；spontaneous combustion，prevention technology1 前言煤炭自燃是自然界存在的一種客觀現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一直伴隨著煤炭開采整個過程。目前，礦井煤層自燃火災仍然十分嚴重，尤其是50%以上國有重點煤礦存在自燃發(fā)火危險，特厚煤層尤為嚴重。全國每年因煤炭自燃造成的直接和間接經(jīng)濟損失近百億元。進入20世紀90年代后

5、由于特厚煤層綜采放頂煤高產(chǎn)高效技術(shù)的推廣，使得礦井煤層自燃火災頻繁出現(xiàn)。煤層自燃成為制約煤礦科技進步的主要障礙之一。因此，煤炭自燃火災的防治必須先對其自燃的原因和過程進行深入地了解，然后根據(jù)煤炭自燃特性研究可能的防治對策。煤炭自燃發(fā)火是指有自燃傾向性的煤層在開采過程中與空氣接觸，發(fā)生氧化，產(chǎn)生熱量使其溫度升高，出現(xiàn)明火、煙霧、煤油味以及超過礦井自燃發(fā)火臨界指標濃度的有毒有害氣體的現(xiàn)象。因此，煤的氧化放熱是熱量自發(fā)產(chǎn)生的根源之一，也是引起煤炭自燃發(fā)火的根本原因之一。煤氧自發(fā)地復合放出熱量，該熱量在一定的蓄熱條件下被積聚起來，當熱量的積聚能夠滿足煤自燃過程發(fā)展的需要時，煤體溫度不斷上升，最終導致自

6、燃。實際條件下，煤氧復合放熱量與煤體表面活性結(jié)構(gòu)的種類、數(shù)量、煤體的溫度、氧氣濃度等因素有關。煤與氧作用放出熱量引起煤溫升高，煤溫升高則煤的氧化活性增強，煤氧化反應速度加快，放熱強度增大。煤氧復合作用只要有氧存在就能進行，氧濃度大小只影響煤氧復合速率的大小。煤炭自燃過程是煤氧化放熱與環(huán)境散熱這對矛盾運動發(fā)展的過程，當煤氧化放熱速率大于散熱速率時煤溫上升，煤溫上升又引起氧化放熱速率增大，所以煤炭自燃是一個復雜的自加熱過程。自燃火災的特點：它是發(fā)生具有一個或長或短的過程，而且有預兆，能夠早期發(fā)現(xiàn)；但火源隱蔽，往往發(fā)生在人們難以進入的采空區(qū)或不能進入的煤柱內(nèi)，要想找到真正的火源確非易事，因此不能及時

7、撲滅，以致有的自燃火災可以持續(xù)數(shù)月、數(shù)年、數(shù)十年而不滅，燃燒的范圍逐漸擴大，燒毀大量的煤炭資源，凍結(jié)大量的開拓煤量和設備。礦井火災的危害主要是發(fā)生、發(fā)展期間產(chǎn)生大量的有毒有害氣體。煤炭燃燒會產(chǎn)生CO、CO2、SO2煙塵。另外，井下常用的坑木、橡膠制品、聚氯乙稀制品在燃燒時也會產(chǎn)生大量的CO和醇類、醛類以及其他復雜的有機化合物。這些有毒有害氣體和物質(zhì)隨風擴散，有時可能波及其他區(qū)域甚至全礦，從而傷害井下人員。據(jù)統(tǒng)計，在礦井火災事故中遇難的人員95%以上是因煙霧中毒犧牲。2 煤層自燃發(fā)火危險性評價技術(shù)2.1 煤層自燃傾向性評價煤自燃傾向性是煤自燃發(fā)火危險性評價的首要指標，它表征了煤層開拓之前自燃發(fā)火

8、的可能程度，反映了煤自身的物理化學性質(zhì)與其自燃發(fā)火特征之間的關聯(lián)性。世界各主要采煤國都依據(jù)本國的具體條件對煤自燃傾向性和鑒定方法及界定指標做了明確規(guī)定。我國在20世紀80年代以前，對煤自燃傾向的鑒定沿用前蘇聯(lián)的著火點溫度法【1】。該法由于受氧化劑、還原劑和煤之間的復雜作用的影響較大，不能切實地反映煤低溫自熱氧化特征，因此，“七五”期間依據(jù)我國的具體情況開始研究流態(tài)色譜吸氧鑒定法。該方法操作方便，工藝簡單，能切實反應煤的低溫自熱氧化狀態(tài)。2.2 煤層開采時期自燃危險性評價技術(shù) 煤層開采時期的自燃危險程度除取決于自身的自燃傾向性外，還與煤層的賦存條件、采煤方法、頂板管理方法、開采方式、開采順序、開

9、采工藝、采場通風方式等外在因素有關。因此，多年來國際上許多國家都在尋求一種能綜合判別煤自燃發(fā)火危險程度的方法。目前國際上大多采用對各種內(nèi)、外在影響因素綜合評分的方法。其指導思想是:首先對煤自燃傾向性進行鑒定，評出其分值，然后在大量統(tǒng)計分析的基礎上對影響煤自燃發(fā)火危險程度的外在因素進行主觀評判，給出分值。將兩者綜合相加就得出了相應條件下的煤自燃發(fā)火的總分值，再按總分值對煤層開采時期的自燃危險性進行分類【2】。2.3 煤層最短自燃發(fā)火期評價技術(shù)煤層最短自燃發(fā)火期預測一直是國內(nèi)外煤礦安全技術(shù)領域研究的重要方向之一。前蘇聯(lián)利用煤吸氧蓄熱研究，提出了以煤吸氧速度常數(shù)為基礎的檢測工藝及其數(shù)據(jù)處理方法。從“

10、八五”開始，我國著手重點從事典型易燃煤層最短自燃發(fā)火期的研究，其途徑:一是用煤堆氧化實驗裝置在模擬條件下測定并解算發(fā)火期;二是測定煤的吸氧速度、氧化反應速度，以熱傳導及熱平衡原理推算最短自燃發(fā)火期，并結(jié)合地質(zhì)、開采、通風等影響因素修正確定發(fā)火期【2】。通過研制煤層自燃發(fā)火模擬裝置，建立了煤的活化能的計算方法和煤自燃發(fā)火環(huán)境條件的傳熱、傳質(zhì)數(shù)學模型，并提出了描述煤自燃發(fā)火的全新指標碳、氫、氧解指數(shù)。煤自燃發(fā)火的早期預測預報方法主要有氣體分析法、測溫法、光電法、電離法、煙霧法、磁力預測法等。近年來，隨著氣味傳感器的問世，又逐步形成了氣味分析法。我國煤礦礦井火災預測預報主要采用氣體分析法和測溫法，并

11、以氣體分析法為主。3 煤層自燃發(fā)火危險性處理方法3.1 氣體分析法氣體分析法是以煤自燃發(fā)火過程中的氣體產(chǎn)物規(guī)律來預測預報煤自燃發(fā)火的過程。氣體分析法在過去相當長的時間內(nèi)采用的是單一CO指標，但研究表明，CO指標與煤礦自燃發(fā)火過程的分段性對應關系差，受現(xiàn)場影響因素干擾較大，因此現(xiàn)階段逐步發(fā)展為以CO、PH、鏈烷比、烯烷比等為主要指標的綜合預測預報體系。氣體分析法在20世紀70年代前，大多數(shù)采用人工取樣講行分析。3.2 氣味檢測法2005年，日本等國研制成功一種氣味傳感器，并將這傳感器用于日本太平洋煤礦井下煤自燃發(fā)火，取得了初步成效，開辟了煤自燃發(fā)火預測預報氣法的新領域。我國煤炭科學研究總院撫順分

12、院與海道大學、日本能源中心、日本太平洋煤礦合作，礦務局老虎臺煤礦以氣味檢測法為中心開展了煤發(fā)火綜合防治技術(shù)的研究，研究結(jié)果表明傳感器能捕捉煤低溫氧化初期釋放氣味微弱時煤溫比CO提前2030。氣味檢測法不但能檢測出煤化初期釋放氣味的微弱變化，借助于人工神經(jīng)網(wǎng)分析，還能識別不同物質(zhì)(如膠帶、坑木、煤炭)燃燒時所釋放的氣味。4 煤層自燃發(fā)火危險性預測法4.1 外因火災防治我國煤礦外因火災中以膠帶輸送機火災最為嚴重。近年來，隨著我國煤礦生產(chǎn)機械化程度的不斷提高，膠帶輸送機在煤礦運輸中所占的比例越來越大，膠帶輸送機發(fā)生火災的危險性也相應增加，其災害程度也呈日益嚴重的趨勢。我國先后研制出多種膠帶輸送機火災

13、檢測和自動滅火裝置【3】，但僅是對其重點發(fā)火危險部位35個點進行監(jiān)測，而且不能準確定位。另外，其對溫度的監(jiān)測也只是定溫感測(通常為70左右)，不能實時地反映異常點的溫度。如DFH型、DMH型,KHJ- 1型、MPZ- 1型礦用膠帶輸送機自動滅火裝置等都屬于此類。九五期間，我國煤炭科學研究總院撫順分院開發(fā)研制成功了膠帶輸送機火災監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由地面總站、井下基站和井下檢測分站、測溫電纜等組成，每臺分站可檢測112個測點，每個基站可管理14個分站，總站可以同時監(jiān)測井下8臺基站的數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)最大測點數(shù)為12 544個。4.2 內(nèi)應火災防治內(nèi)因火災防治技術(shù)的基本出發(fā)點是消除或破壞煤自燃發(fā)火的3個基本條件。由于出發(fā)點不同，相應的技術(shù)措施也不同。如堵漏風防滅火技術(shù)是降低煤自燃氧化的供氧量;阻化防滅火技術(shù)是通過阻化物質(zhì)改變煤本身的自燃氧化性能，延緩和徹底阻止煤自燃發(fā)火的進程。另外，從煤自燃發(fā)火期的角度出發(fā)，加快工作面的推進速度，縮短采空區(qū)浮煤在氧化自燃區(qū)域(通常指氧化自燃帶)內(nèi)停留的時間，使其在最短自燃發(fā)火期內(nèi)推移到窒息帶之內(nèi)，這也是礦井生產(chǎn)中通常采用而且十分有效的防火措施。5 總結(jié)縱觀礦井火災的防治歷史，隨著我國礦井防滅火技術(shù)與工藝的迅速進步，防滅火材料與設備的不斷