浅析矿井开采煤炭自燃发火产生的原因及对策

赵军

摘 要:煤矿井下自然发火是煤矿开采的一个主要灾害,要保证煤矿的安全生产,全面了解煤矿井下自然发火产生的原因和条件,积极采取策略,预防自然发火灾害是摆在我们当前的一个主要任务。本文从煤矿井下煤自然发火的规律,理论联系实际,为煤矿开采过程中防灭火提供理论和技术支持,确保煤矿安全生产。

关键词:煤矿自燃发火原因和条件对策

中图分类号:TD752 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(b)-0071-01

煤矿井下自然发火是煤矿开采的一个主要灾害,我国煤矿发生的火灾中,自燃发火约占矿井火灾的七成以上。要保证煤矿的安全生产,全面了解煤矿井下自然发火产生的条件,积极采取策略,预防自然发火灾害是摆在我们当前的一个主要任务。

1煤矿井下自然发火产生的原因和条件

在煤矿开采过程中,随着开采深度的增加,煤炭自身的温度逐渐提高,水份逐渐减少,矿压逐渐增大,瓦斯的涌出量不断增大,风量和风流变化较大。采煤的工艺水平由原先的分层式开采到放顶式开采,这就需要加大通风量,风量的增大,加快了浮煤的氧化速度与氧化程度,为煤层的自燃发火提供了条件。

煤炭自燃发火前的预兆:煤温、气温连续上升,风流中伴有煤油、松节油味;空气相对湿度增加。巷道出现雾气,支架、煤壁顶板上有水珠;空气中一氧化碳和二氧化碳,其相对含量连续上升。流经自燃地点的空气含量减少。

具体分析,首先煤炭自身的特性,有一定自燃倾向性,受压破碎且堆积至一定厚度时,煤与氧气的结合能力强,氧化放热量较大,氧化过程进展较快,容易发生自燃。

其次,含氧量较高的风流持续稳定的流经破碎的煤体时,煤的氧化自燃过程才能够不断地发展下去,才有可能最终发生煤自燃现象。流经煤体风流的含氧量对煤自燃的成长过程有主要的影响,一般分为以下几种情形:

(1)风流中的氧气浓度小于5%时,因氧气量不足,煤炭自燃现象不会轻易发生。

(2)风流中的氧气浓度大于5%而小于15%时,若积聚一定的热量,煤将可能由迟缓氧化慢慢发展到自燃。

(3)风流中的氧气浓度大于15%时,因为漏风严重,煤氧化发生的热量往往较难蓄积,较难发生煤自燃。而且,只有在通风供氧前提持续且不变的情形下,煤氧化自燃的过程才能够持续进行并最终可能造成煤自燃灾难,短时间非持续的通风供氧前提下,不会引起煤自燃。

再次,煤氧化产生的热量能否积聚也是煤自燃的前提,风流速度影响着热量的积聚,若风速过小,供氧量不足,煤不易氧化自燃;若风速过大,热量不易积聚,煤氧化升温过程难以持续稳定地发展下去,同样不易发生自燃。一般认为风速为0.1～0.24m/min时,煤最轻易发生自燃。相关学者还从漏风量角度对煤的氧化蓄热情形进行了剖析,认为漏风量持续为0.4～0.8m/min时易导致自然发火。

最后,煤自燃是煤氧化放热过程持续一定时间之后的结果,所以持续一定的时间也是煤自燃的前提。

煤自燃受多种因素的共同影响的结果,具有必然性与偶然性。对于煤矿井下来说,采空区、停采线、进风巷道、回风巷道和通风设施等地点附近,自然发火频率相对较大。在煤矿日常防灭火工作中,应加强对这些地点的有效监控,做到及时发现险情,及时处理,把事故隐患消灭在萌芽状态,保证井下采煤的安全。

2预防煤矿井下自然发火的对策

煤矿井下自燃有它的规律和产生的条件,要想预防自然发火,我们就要破坏它的规律,消除自然发火的条件,这其中就有巷道的合理布置;煤炭开采顺序的调整,减少矿井下氧气含量,通风系统的合理设置,均压、漏风检测与堵漏防热技术等。

(1)采取合理有效的开采方法,正确布置巷道,对煤层发生自燃发火有一定的控制,从源头治理,煤矿从开采设计到煤矿开采的施工管理,都要认真研究煤层发生自燃发火这一课题,在保证煤矿生产的同时要兼顾防止煤炭自然发火,要考虑对巷道进行合理的布置。

(2)提高煤矿的回采率,加快回采的推进速度,可以提高煤炭的开采产量,减少煤炭的堆积量,同时降低煤体水分的散失,煤炭在氧化带内停留的时间短,煤炭自然发火之前就进入窒息带,就不会发生自燃发火,这样能够有效防治煤矿井下自然发火。

(3)煤矿矿井中泥浆的浓度湿度对防灭火有一定的效果,泥浆浓度越高,对防火灭火的效果越好,同时要及时更换更新注浆系统,确保井下的自然发火防治措施落实到位。

(4)降低矿井下氧气含量,可以有效抑制煤炭等可燃物的隐燃和复燃。可以向矿井采空区持续注入氮气,并使注入的氮气渗透到采空区、冒落区、裂隙带等非作业地区,形成保护罩,切除煤自燃氧气的供给。

(5)利用注射高压水,煤体吸收了大量的水分之后,煤质会变软变酥,增加了煤炭的可放性,避免了存放煤炭时产生的大量煤尘,在一定程度上消除了煤尘自燃现象。

(6)利用红外线探测技术应用于防灭火工作中,通过测定场强的变化,及早探测到自燃的隐患地点,有利于及时采取措施进行预防,为煤矿生产提供了安全保障。

原有的探测方法(包括气体监测)都是在煤体吸氧自热出现自燃隐患以后才有效,在此之前无法探测到自燃隐患。一旦发现有害气体(CO),煤体已经处于自热化学反应的阶段,很快就可能造成煤层自燃发火,在时间上给防止自燃发火工作带来了难度。红外线探测是一项早期预测预报的技术,尤其是在煤体吸氧活化阶段就可以探测到隐患地点。

矿井火灾是一大突出灾害,尤其是近几年,重大火灾事故还时有发生,给煤炭企业带来难以估量的负面影响,特别是有损于煤炭行业的社会形象,也严重制约着煤炭企业的经济效益。煤矿自然发火是煤矿安全生产的重要隐患,只要煤矿企业坚持“以防为主,防灭结合”的基本原则,把各项措施都落实到位,把安全施工管理放在首位,就能够切实有效地预防煤层自然发火。