矿井灾害防治技术(第二章_火灾)

第二章 矿井火灾防治 目 录 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 基本概念和理论概述 开采技术预防自然发火 通风措施防治自然发火 介质法防灭自然发火 矿井火灾处理 复 习 题 问 题 思 考

第一节

基本概念和理论概述 主 要 内 容

一、矿井火灾发生的基本要素 二、矿井火灾的分类 三、煤炭自然发火 四、矿井火灾的危害 五、火风压 六、矿井火灾防治的技术途径

一、矿井火灾发生的基本要素 (1)可燃物。 (2)助燃剂(O2)。 (3)热源。 火灾的3个要素必须同时存在，且达到一定的 数量，才能引起矿井火灾，缺少任何一个要素，矿 井火灾就不可能发生。

二、矿井火灾的分类(1)根据不同引火热源，矿井火灾可分为外因火灾 和内因火灾。 (2)根据不同发火地点，矿井火灾分为井筒火灾、

巷道火灾、采煤工作面火灾、煤柱火灾、采空区火灾和硐室火灾。 (3)根据不同燃烧物，矿井火灾可分为机电设备火 灾、火药燃烧火灾、油料火灾、坑木火灾、瓦斯燃烧 火灾和煤炭自燃火灾。

三、煤炭自然发火1. 煤的氧化自燃过程 其过程如图2-1-1所示：1)潜伏期；2)自热期； 3)自燃期。在《矿井防灭火规范》中规定出现下列 现象之一，即为自然发火。

图2-1-1 煤自燃发展过程示意图

1)出现明火、火炭或烟雾等现象； 2)由于煤炭自热而使煤体、围岩或空气温度升高至 70℃ 以上； 3)由于煤炭自热而分解出CO、C2H4或其它指标气体， 在空气中的浓度超过预报指标，并呈逐渐上升趋势。 2.煤炭自燃的条件 从煤的氧化自燃过程可以看出，煤炭自燃必须具备 以下三个条件： 1)煤炭具有自燃的倾向性，并呈破碎状态堆积存在； 2)连续的通风供氧维持煤的氧化过程不断地发展； 3)煤氧化生成的热量能大量蓄积，难以及时散失。

3.煤的自然发火期 煤炭自然发火是一渐变过程，要经过潜伏期、 自热期和燃烧期三个阶段，因此，具有自燃倾向

性的煤层被揭露后，要经过一定的时间才会自然发火。这一时间间隔叫做煤层的自然发火期，是

煤层自燃危险在时间上的量度。自然发火期愈短的煤层，其自燃危险性愈大。

4.影响煤炭自然发火的因素 煤炭自然发火是一个复杂的物理化学过程，影 响煤炭自然发火的因素较多，概括起来主要有如下 几个方面： 1)煤的自燃倾向性 煤的自燃倾向性主要取决于以下几个方面： ①煤的变质程度；②煤的孔隙率和脆性； ③煤岩成分；④煤的水分； ⑤煤中硫和其他矿物质；⑥煤中的瓦斯含量。

煤的化学成分和碳化程度是影响煤自燃倾 向的重要因素。褐煤

最易自燃；烟煤、中 长焰煤和气煤较易自燃；无烟煤则很少自 燃。碳化程度低、含水分大的煤，水分蒸 发后易自燃；碳化程度高的煤，水分对自 燃的影响不明显。煤成分中的镜煤、丝煤 ，吸氧能力强，着火温度低，煤中含量越 多，越易自燃。实验室鉴定煤的自燃倾向 的方法很多，都是模拟煤的氧化过程，以 其氧化能力作为判定依据。

影响煤炭自燃的内因 煤的变质程度 各种牌号的煤都有发生自燃的可能 ，但在褐煤矿井，煤化程度低的一些煤层自燃发 火次数要多一点。烟煤矿井以开采煤化程度最低 的长焰煤和气煤的自燃危险性较大，贫煤则较少 。在煤化程度较高的无烟煤矿井自燃发火较少见 。所以可以认为，煤化程度较高的煤，自燃倾向 性越小。但决不能以煤化程度作为判定自燃倾向 性大小的唯一标志。因为生产实践证明，煤化程 度相同的煤有的具有自燃特性，有的却不自燃。

煤的水分 煤中的水分是影响其氧化进程的重要因 素，在煤的自热阶段，由于水分的生成与蒸发必 然要消耗大量的热。煤体中外在的水分没有全部 蒸发之前很难上升到100%,这就是水分大的煤炭 难以自燃的原因。但是，煤中的水分又能充填于 煤体微小的孔隙中，把氮气，二氧化碳，甲烷等 气体排除，当干燥以后对煤的吸附起活化作用。 水分的催化作用随煤温的增高而增大。所以地面 煤堆在雨雪之后容易发生自燃，井下灌浆灭火， 疏干之后自燃现象更为严重。

煤岩成分 煤的岩石化学成分有丝煤、暗煤 、亮煤和镜煤。它们有不同的氧化性，其 中丝煤含量越多，自燃倾向性就越强；相 反，暗煤含量越多，越不易自燃。 煤的含硫量 同牌号的煤中，含硫矿物越多 ，越易自燃。

煤的孔隙率和脆性 煤炭孔隙率越大，越易 自燃。这是因为孔隙率越大，氧气越易渗 入煤体内部。变质程度相同的煤，脆性越 大，越易自燃。因为煤的脆性大小与该种 煤炭是否易于破碎和形成煤粉有关。完整 的煤体一般不会发生自燃，一旦呈破碎状 态则使煤的吸氧表面积增大，着火点明显 降低，使其自燃性显著提高。

煤层瓦斯含量 瓦斯通常是以游离状态和吸 附状态存在于煤体中，这两种瓦斯是以压 力状态存在的，吸附瓦斯在煤体卸压、温 度上升等客观条件影响下，可以产生解吸 现象，吸附瓦斯转变成游离瓦斯，具有流 动性。因此，处于原始状态的瓦斯或以压 力状态存在的瓦斯对侵入煤体中的空气具 有抑制作用，是防止煤自燃的有利因素。

2)煤层的赋存地质条件 ①煤层越厚与倾角；②地质构造； ③煤层埋藏深度； ④围岩的性质。

①倾角。煤层倾角越大，自燃危险性就越大。因 为开采急倾斜煤层时，煤炭回收率低、采区煤柱 易被破坏、采空区不易封锁。②煤层厚度。煤是 不良导体，煤层越厚，越易积聚热量，所以，厚 煤层易发火。③地质构造。在有地质构造的地区 ，自燃危险性加剧。地质构造复杂的地区，包括 断层，褶皱发育地带，岩浆入侵地带，自燃发火 频繁。这是由于煤层受张力、挤力、裂隙大量发 生，煤体破碎，吸氧条件好造成的。

开采技术因素: ①开拓方式。实践经验表明，采 用石门，岩巷开拓，少切割煤层少留煤柱时，自 燃发火的危险性就降低了。厚煤层开采岩巷进入 采区，便于打钻注浆，有利于实现预防性或灭火 灌浆。②采煤方法。采煤方法对自燃发火的影响 主要表现在煤炭回收率的高低、回采时间的长短 上。丢煤越多，丢失的浮煤越集中，工作面的推 进速度愈慢愈益发现火灾。③通风条件。通风因 素的影响主要表现在采空区，煤柱和煤壁裂隙漏 风。漏风就是向这些地点供氧，促进煤的氧化自 燃。采空区面积大，漏风量相当可观，但风速有 限，散热作用低。

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