煤矿火灾概论第1第2章.ppt

煤矿火灾防治,安全工程学院主讲：方宗武TEL:139 5229 7920,课程目的与任务一、总体要求掌握煤矿井下火灾产生、发展过程；预测预报方法及防治技术；掌握煤矿灾变时期的风流紊乱形式及通风管理知识。二、具体要求理解煤炭自燃倾向性及自燃发火期的概念及煤炭自燃的发生与发展过程。掌握内因火灾与外因火灾的防治方法与措施。掌握内因火灾与外因火灾的预测预报方法。了解地下火灾时期的风流紊乱的原因及其防治。了解灾变时期的通风及主要通风机管理措施。掌握地下火灾时期的扑救与管理知识。,课程教学安排,学习内容第一章 矿井火灾概述矿井火灾发生的三要素、火灾的分类及其特征。第二章 煤的自燃1、煤自燃学说：黄铁矿学说、细菌导因学说、酚基导因学说与煤氧复合学说。2、煤的自燃发展过程：潜伏期、自热期与自燃期。3、煤的自燃倾向性鉴定及分类，煤层自燃发火期。第三章 矿井内因火灾的预防矿井内因火灾预防与治理的主要技术措施：开采技术措施、预防性灌浆、阻化剂防火、均压防火、惰气防火等及防火灌浆设计。第四章 矿井外因火灾的预防由地下采用各种材料所引发的火灾的预防。,第五章 地下火灾的早期发现地下内、外因火灾的早期预测预报方法。第六章 火灾时期的风流紊乱及其防治地下火灾时期常见的三种风流紊乱形式：旁测支路风流的逆转，主干风路风流的逆退及火烟的回流。火风压的生成与计算，风流紊乱的控制与区域性反风。第七章 地下灭火直接灭火法，封闭灭火与联合灭火法，火区的管理与启封。第八章火灾时期的主要通风机管理地下火灾时期对主要通风机的影响，火灾时期主要通风机的调节与管理。,参考书,矿井灾害防治理论与技术中矿版，王省身，1986.11。矿井火灾防治中矿大版，王省身，1989.9。中国煤矿通风安全工程图集中矿大版，1995。煤矿安全规程煤矿设计手册,第一章 矿井火灾概述,第一节 概 述 第二节 火灾发生的三要素第三节 矿井火灾分类及其特征,什么是矿井火灾？是指发生在矿井地面或井下、威胁矿井安全生产、形成灾害的一切非控制燃烧。,第一节 概 述,火火的文明灾火的危害,1976年8月13日河南王庄矿掘进头电缆放炮短路起火，未及时处理，造成93人死亡！,火灾往往会造成煤尘瓦斯爆炸的恶性事故，相反煤尘瓦斯爆炸也容易引起火灾。,1908年西德德拉堡矿瓦斯爆炸引起火灾，在处理火灾时因风流逆转，造成348人死亡，仅36人幸免。,1956年比利时喀什尔矿提升井筒液压阻车器损坏，矿车从罐笼中掉下，砸坏了电缆、压风管、液压推车器的油管等。电缆短路电弧火花点燃了油管喷出的油料，经压风吹送，火势迅猛发展，大量浓烟进入井下。采用离心式通风机，无反风道不能反风，不得已采取地面灌水灭火措施。井下274人死亡262人，不到两小时，全矿报废。,我国安全事故概况,2004年：全国各类事故 803,571 起，死亡 136,755 人；全国煤矿死亡事故3,639起，死亡 6,027 人。2005年：全国各类事故727,945起，死亡 126,760人；全国煤矿死亡事故3,341起，死亡 5,986人。2006年全国各类事故627,158起，死亡 112,822 人；全国煤矿死亡事故2,945起，死亡 4,746 人。,煤矿百万吨死亡率（人/百万吨）,煤矿火灾事故统计说明目前煤矿火灾的特点：1、矿山火灾多发生在县、乡办小井2、矿山火灾造成人员伤亡的多为外因火灾3、矿山火灾发生的原因多为管理不善,2004年部分矿井火灾事故2004年01月21日 湖北省松滋市谭子洞煤矿火灾事故12人死亡，其中包括1名为了抢救 被困矿工不幸遇难的副矿长。斜井机电火灾2004年02月05日 青海省海北藏族自治州铁迈煤矿因发生火灾事故，造成人死亡。电器火灾2004年03月04日 新疆喀拉吐孜矿区泽普县煤矿基建井发生火灾，有6名矿工遇难。空压机起火2004年04月09日 河北邯郸市武安市两座矿井相通的煤矿发生火灾，13人死亡，其中 包括6名下井抢救人员。越界开采老空自燃，瓦斯爆炸 2004年04月23日 河南禹州苌庄乡梨园沟村福顺煤矿发生井下火灾，8人死亡，4人失 踪。空压机起火2004年05月18日 山西朔州潘家窑火灾事故15人死亡变电室起火2004年07月03日 云南省富源县后所镇兴云煤矿发生火灾和瓦斯爆炸，7名矿工遇难。2004年08月04日 山西省霍州市赤峪煤矿劳动服务部煤矿主立井井底电缆着火，19人 死亡2004年12月10日 吉林省万宝煤矿火灾事故已造成10人遇难1人失踪。高压电缆爆裂 2004年12月11日 乌鲁木齐市东山区鑫明煤矿发生重大火灾事故造成9人死亡、1人受 伤。自燃，瓦斯爆炸 2004年12月13日 湖南湘潭县谭家山镇新立煤矿发生井下火灾死亡18人空压机起火起 火并引燃电缆2004年12月26日 河北武安市上团城乡高村的祥和北岭煤矿发生特大井下火灾事故，26名矿工遇难。自燃，瓦斯爆炸 2005年12月24日贵州省盘县盘南响水煤矿火灾，煤层独头掘进瓦斯突出，遇火燃烧。,2008年全国火灾事故统计结果,（统计不含森林、草原、军队、矿井地下火灾）全年共发生火灾：13.3万起；死亡：1385人，受伤684人，直接财产损失15亿元；与去年相比：损失：上升39.3%，起数、亡人和伤人：分别下降16.2%、2.9%和21.6%。,中华人民共和国矿山安全法第二十七条 矿长必须经过考核，具备安全专业知识，具有领导安全生产和处理矿山事故的能力。矿山企业安全工作人员必须具备必要的安全专业知识和矿山安全工作经验。,第四十一条 矿长不具备安全专业知识的，安全生产的特种作业人员未取得操作资格证书上岗作业的，由劳动行政主管部门责令限期改正；逾期不改正的，提请县级以上人民政府决定责令停产，调整配备合格人员后，方可恢复生产。,对于矿山火灾，领导者应熟悉：1、矿山火灾的分类、发生原因及影响因素2、矿山火灾的预测预报与预防措施3、矿山火灾的扑救方法4、火灾时期的通风技术5、矿山火灾的日常管理,三个问题是：1、火灾是如何发生的？其内容主要是研究矿井火灾的类型及其产生的原因、条件以及各类火灾发生过程和特点，这是防灭火的理论基础；2、如何防止火灾发生？包括火源预测、火灾预防和预报技术；3、火灾发生后如何进行及时而有效的控制和处理。,防灭火研究的内容,煤矿火灾防治是一项系统工程，其理论与技术的研究内容应围绕一个目标和三个问题。,一个目标：防止矿井火灾发生，对于已发生的火灾要防止其扩大并最大限度地减小火灾中的人员伤亡和经济损失。,第二节 火灾发生的三要素,可燃物热源氧气,三者必须同时具备,在研究矿井火灾的发生与扑灭的技术过程都要从这三个方面着眼考虑问题。,可燃物：煤、木材、皮带、电缆、油料、炸药、机电设备等，千里煤海，是取之不尽，用之不完的可燃物。热源煤的自燃、瓦斯、煤尘燃烧与爆炸、放炮作业、机械摩擦生热、电流短路火花、电气设备运转不良产生的过热、吸烟、烧焊以及其它明火都可能是引火的热源 氧气任何燃烧在缺氧的条件下是不可能进行的，O2小于3%任何燃烧都不可能。煤矿安全规程规定：井下氧气浓度不得低于20%。在氧浓度为12%时瓦斯失去爆炸性，浓度在14以下，蜡烛也要熄灭。,第三节 矿井火灾分类及其特征,1）地面火灾凡是发生在矿井工业广场范围内地面上的火灾称之为地面火灾。2）井下火灾 凡是发生在井下的火灾，发生在井口附近，直接影响井下生产，威胁到井下工人安全的地面火灾，也称为井下火灾。3）内因火灾 由可燃物氧化自燃引起的火灾。4）外因火灾 由外来热源引起的火灾。,一、矿井火灾分类根据火灾发生的地点与起火原因分类：,井口附近火灾例如：1950年鸡西滴道四井，在进风斜井口利用火炉预热空气，引燃了堆积在井架下面的木废罐道。由于风机不能反风（反风门冻结），高温烟流进入井下，导致35人死亡。,1）上行风流火灾上行风流是指沿倾斜或垂直井巷、回采工作面自下而上流动的风流，即风流从标高的低点向高点流动。发生在这种风流中的火灾，称为上行风流火灾。,一、矿井火灾分类井下火灾按其发火地点对矿井通风的影响又可分为三类：,2）下行风流火灾 下行风流是指沿着倾斜或垂直井巷、回采工作面(如进风井，进风下山以及下行通风的工作面)自上而下流动的风流，即风流由标高的高点向低点流动。,3）进风流火灾 发生在进风井、进风大巷或采区进风风路内的火灾，称为进风流火灾。,二、各类火灾的特点,地面与井下火灾的区别？内因火灾与外因火灾的区别？,地面火灾与井下火灾的区别：1、地面火灾很远就能看到，而井下火灾很难发现。井下巷道星罗棋布，有时火源就在前方几米也不知道。2、地面可以从四面八方扑救，而井下只能在火源的上风头进行扑救。3地面供氧充足，燃烧完全，燃烧时产生的气体主要是CO2；井下反之，由于缺氧燃烧不完全，产生大量的有毒有害气体：如：CxHy、CO、CO2、NO、NO2、H2S、SO2等，还有一种3-4苯并比的气体，能导致肺癌，它是附着在烟尘上的有机微粒。4地面火灾可燃物有限，燃烧时间短，大兴安岭火灾也只燃烧了一个多月。而井下火灾，尤其是煤炭的自燃，燃烧时间长。几月、几年甚至几十年上百年。四川天府煤矿、甘肃窑街矿务局有从清朝就开始自燃的火区；大同矿务局有从明朝就开始自燃的火区。新疆煤炭火灾是西游记火焰山的出处。,内因火灾与外因火灾区别：1内因火灾都有预兆：由于内因火灾是可燃物氧化发生发热而导致的，因此，在煤氧化时必然要发出大量的气体，这样就给予们提供了早期预测火灾的可能性，现在主要是以测CO的变化来预测预防火灾。而外因火灾是突发性的，不知道什么地方、什么时候会发生，而且常常发生在人们意想不到的地方，使人措手不及更易造成恶性重大事故。2内因火灾多数发生在采空区内、煤柱内，火源隐蔽，不易发现，有时已经闻到了火灾气体味，就是找不到火源点。3内因火灾是煤的氧化而自燃的，因此有一个或长或短的氧化发展过程，也正因如此，往往人们麻痹大意，认为等几天尚可处理，但往往易出事，外因火灾则发展迅猛。4内因火灾是由小到大的发展缓慢：首先是火源中心，然后慢慢地扩大，有时火源就在前方几米也不知道。外因火灾一开始就猛烈。,三、其它分类方法1、发火地点 井筒火灾、巷道火灾、煤柱火灾、采面火灾、采空区火灾、峒室火灾等。2、燃烧物 机电设备火灾(皮带、电缆、变压器、开关、风筒等)、火药燃烧火灾、油料火灾、坑木火灾、瓦斯燃烧火灾、煤尘燃烧火灾以及煤的自燃火灾。3、引火性质 原生火灾：次生火灾：指由原生火灾而引起的火灾。在原生火灾的燃烧过程中，含有尚未燃烬可燃物的高温烟流，在排烟的通道上，一旦与风流汇合，获得氧气的供给很可能再次燃烧。特别是汇合点位于干燥的木支护区，更易发生次生火灾而扩大火区范围。,四、中国矿井自然灾害情况1）矿井数量全国现有各类煤矿约2.8万处，其中45户安全重点监控企业有414处，其他国有重点煤矿322处；地方国有煤矿2176处；乡镇煤矿2.45万处。2）原煤产量2004年，全国原煤产量19.56亿吨。其中，45户安全重点监控企业产量5.02亿吨，占全国煤矿产量的25.66%；其他国有重点煤矿产量4.17亿吨，占全国煤矿产量的21.3%；地方国有煤矿产量2.95亿吨，占全国煤矿产量的15.08%；乡镇煤矿产量7.42亿吨，占全国煤矿产量的37.94%（见图1）。3）自燃发火危险矿井国有重点煤矿中有288处煤矿的煤层具有自燃发火危险，占47.29%；45户安全重点监控企业有269处煤矿的煤层具有自燃发火危险，占64.6%。4）高温矿井约有70多处矿井工作面气温超过26，最高达37，主要分布在新汶、沈阳、平顶山、徐州、丰城、淮南等矿区。5）瓦斯矿井国有重点煤矿中，有高瓦斯矿井152处、煤与瓦斯突出矿井154处，高瓦斯、突出矿井数量约占49.8%，煤炭产量约占42%。45户安全重点监控企业中，有高瓦斯、突出矿井250处，其矿井数量和产量分别占60.2%、60.6%，2004年瓦斯涌出量为66亿方。,原煤产量所占比例,第二章 煤的自燃,第一节 煤的自燃学说第二节 煤的自然发火过程 第三节 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类第四节 煤层自燃危险程度及自然发火期,第一节 煤的自燃学说,1）黄铁矿作用学说最早试图打开煤炭自燃之迷的学说之一，它在十七世纪提出并很快得到了很大的发展。该学说认为：黄铁矿吸氧后体积膨胀，挤碎了煤块，增大了裂隙，同时黄铁矿吸氧后有水时要发生放热反应，热量聚积，以致煤的燃烧。,2）细菌作用学说煤炭自燃的起因是细菌求生活动的过程，这种活动能助长煤中有机物的氧化发酵生热，而导致煤的自燃。,3）酚基作用学说酚基作用学说认为：煤的有机化合物中，以酚基最易受到氧化，所以最初是酚基类氧化发热而导致其它有机物的氧化发热。,4）煤氧复合学说煤中含有一种易于被空气低温氧化的活性物质，这种活性物质的多少，取决于煤的变质程度的高低，变质程度越高，活性物质就越少。煤接触氧后，活性物质在低温下与氧化合，放出微热，热量积聚而导致煤的自燃。,关于煤的自燃问题，从十七世纪即已开始探索，但是迄今仍然未能得到圆满的解答。煤的氧化理论已经得到了科学的证实，对此目前不存在任何异议。然而对以下两点还存在着争论：煤的自燃前期过程是怎样开始的?它的温度是怎样提高到发生化学氧化反应必不可少的温度60的?,黄铁矿(FeS2)作用学说最早由英国人(Plott与Berzelius)于十七世纪提出，十九世纪下半叶曾广为流传并很快得到了很大的发展。该学说认为：黄铁矿吸氧后体积膨胀，挤碎了煤块，增大了裂隙，同时黄铁矿吸氧后有水时要发生放热反应，热量聚积，以致煤的燃烧。FeS2+2H2O+7O2=2FeSO4+2H2SO4+热（615.82大卡）12FeSO4+6H2O+3O2=4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3+热FeS2+Fe2(SO4)3+2H2O+3O2=3FeSO4+2H2SO4+热 FeSO4硫酸亚铁；Fe2(SO4)3硫酸铁；Fe(OH)3氢氧化铁；H2SO4硫酸。黄铁矿每吸收1毫升的氧要放出卡的热。,黄铁矿作用学说,1）煤炭自燃的起因是细菌求生活动的过程，这种活动能助长煤中有机物的氧化发酵生热，而导致煤的自燃。2）该学说系由英国人帕特尔(PotterMC)于1927年提出。认为在细菌的作用下，煤在发酵过程中放出一定热量对煤的自燃起了决定性的作用。3）后来(1934年)有的学者认为煤的自燃是细菌与黄铁矿共同作用的结果。4）1951年波兰学者杜博依斯(DuboisR)等人在考查泥煤的自热与自燃时指出：当微生物极度增长时，一般都伴有一个生化的放热过程。在30以下是亲氧的真菌和放线菌起主导作用。使泥煤的自热提高到60-70是由于放线菌作用的结果。在60-65时，亲氧真菌死亡，嗜热细菌开始发展，在72-75时所有的生化过程均将消亡。5）英国人温米尔与格瑞哈姆(Graham.JJ)曾作过如下实验，将具有自燃倾向性的煤置放在温度为100的真空烘箱中，经20小时烘烤，应该说一切茵类均已死亡，但事后测试其自燃倾向性一如既往。6）1956年苏联学者札娃尔齐通过实验后指出：在煤的自燃现象中，细菌不起任何作用。他认为煤的自燃是化学基链反应过程，而不是细菌作用。,细菌导因学说,1940年苏联学者特龙诺夫(.B.Tpoo)提出：煤的自热是由于煤体内不饱和的酚基化合物强烈地吸附空气中的氧，同时放出一定量的热量造成的。这个学说提出的基点是建立在对各种煤体中的有机化合物进行实验后，发现酚基类是最易氧化的。不仅在纯氧中可以氧化，而且与其它氧化剂接触时也可以发生作用。所以他认为正是空气中的氧与煤体内的酚基类化合物作用而导致自燃。,酚基作用学说,1）1870年瑞克特(RachtanH)经过实验得出：一昼夜里每g煤的吸氧量为，而褐煤为0.12ml。2）1945年姜内斯(Jones G.R)提出：在空气中，在常温下烟煤的吸氧量可达0.4m1/g。3）1951年苏联学者维索沃夫斯基等人提出：煤的自燃正是氧化过程自身加速的最后阶段，并非任何一种煤的氧化都能导致自燃，只有在稳定条件下，在低温、绝热条件下，氧化过程的自身加速才能导致自燃。这种氧化反应的特点是分子的基链反应，也就是每一个参加反应的团粒或者说在链上的原子团首先产生一个或多个新的活化团粒（活化链），然后，又引起相邻团粒活化并参加反应。这个过程在低温条件下，从开始要持续地进行一段时间，这就是人们称之为的“煤的自燃潜伏期”。煤的低温氧化特点是只在其表面进行，化学组分无任何变化。他们通过实验还发现，烟煤低温氧化的结果使着火点降低，以致活化易于点燃。4）六十年代抚顺煤研所曾以煤的吸氧量作为区别煤的自燃倾向性大小的指标。通过大量煤样分析，确定了100g煤样在30的条件下经96h吸氧氧化：吸氧量小于200m1时属于不自燃的，超过300ml时属于易自燃的煤。,煤氧复合作用学说,第二节 煤炭氧化过程,1）准备期（潜伏期）煤在低温下吸附空气中的氧，在煤的表面生成不稳定的初级氧化物羟基OH、羧基COOH，煤温与环境温度不变，煤重增加，着火点降低，化学活性增加。,2）自热期 自热前期：煤温上升，不稳定的初级氧化物进一步生成H2O、CO2、CO及CxHy。自热后期：当温度达到60-80的临界温度时，氧化速度加剧。,3）燃烧期（自燃期）煤温达到着火温度（无烟煤400、烟煤320-380、褐煤300）开始燃烧。,4）冷却风化煤在氧化过程中，如有良好的冷却散热条件以至温度不能上升，则发生风化。风化后的煤不再发生自燃。,煤的氧化自热过程说明：,为什么有的煤能自燃，有的煤不会自燃？如：山西阳泉、河南焦作的煤不易燃；陕西铜川、辽宁抚顺、甘肃窑街等的煤易燃。煤炭自燃与否取决于煤本身的物理化学性质和外部的散热条件。因此煤炭的自燃与否主要取决于两个因素：内因因素：指煤本身的自燃倾向性，煤本身的氧化能力和物理化学特征。煤要自燃，首先必须要有自燃倾向性，即要有自燃的能力。外因因素：指煤在氧化过程中的通风供氧和热交换的条件。,因此，煤炭自燃必须同时满足四个条件：1）煤本身要有自燃倾向性；（有自燃倾向性的煤呈破碎堆积）2）要有连续的供氧条件；3）热量易于积聚；4）足够的氧化时间。,第三节 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类,3.1影响煤炭自燃倾向性的因素,1）煤的变质程度2）煤的水分3）煤岩成分4）煤的含硫量5）煤的粒度、孔隙度与脆性,1、煤的变质程度,几个矿务局不同煤种的自燃情况,煤的变质程度越低越易自燃。自燃能力：褐煤烟煤无烟煤,挥发份：将煤加热到850时，煤中挥发出的气体所占煤本身重量的比例。变质程度越低挥发份越高，一般：褐煤40%；烟煤=10-40；无烟煤10%。,2、煤的水分,煤的水分：化合水（结晶水）与游离水。,游离水：成煤过程中由于大气降水（雨、雪、冰、雹）、地上水系、地下水系等渗透到煤体中使煤体所含有的水分。游离水又分为内在水分与外在水分。,化合水：成煤过程中植物本身所含有的水分也随之变成煤的结晶水。,内在水分:吸附或凝结在煤颗粒内部毛细孔中的水分。,外在水分：附着在煤的裂隙或颗粒表面的水分。,外在水分：温度在40以上时就能除去；内在水分：温度在100以上时蒸发；结晶水：温度在200以上时解析。因此，影响煤炭自燃的水分为外在水分。1kg的水变成同温度的水蒸气要吸收595千卡的热。,问题：_,既然水能带走大量的热量，也可用水来灭火，那么是不是煤中的水分越多就越不易自燃自燃呢？,我们说这种说法不确切，或者说不完全。当然水能带走大量热量，如果煤中还含有大量的水分，煤温就不会高于100。但是，煤中的外在水分是有限的，除非是淋水很大的矿井或是发火后用水淹灭的火区，煤层非常湿润，氧化发热才能被水的蒸发控制在常温而不致自燃。一般煤的外在水分的蒸发时不足以控制煤温不升高的，它只能起到带走部分热量的作用。另一方面煤中含水量多，则煤质松软，裂隙孔隙因水的蒸发使吸氧表面积增大，吸氧量加强，煤更易自燃。如钢铁在水中更易生锈。如果用水淹灭火区，恢复生产后更易自燃。其原因是：水能驱除经氧化后的煤中的N2、CO2等惰性气体使之复燃。实验证明：煤经过一次水洗后吸氧量增加3cm3/g 煤经过二次水洗后吸氧量增加5cm3/g 煤经过三次水洗后吸氧量增加11cm3/g,3、煤岩成分,煤岩成分：镜煤、亮煤、暗煤、丝煤。,镜煤：脆、硬、贝壳状断口、光亮。次生裂隙多，易充填黄铁矿。亮煤：脆、硬、亮。次生裂隙多，易充填黄铁矿。暗煤：坚硬、比重大，裂隙少、不易燃。丝煤：丝绢状、松脆、染指、易燃。丝煤在15时氧化能力比其它煤种大1.5倍；50时大5倍。因此，丝煤是煤炭氧化自燃的引火源。,4、煤的含硫量,煤的含硫量：有机硫、无机硫,有机硫：在成煤过程中植物本身所含有的硫也随之成为煤的晶体。无机硫：在成煤过程中外界硫份的侵入。存在形式主要是硫酸盐类。主要有：黄铁矿 FeS2 磁黄铁矿 Fe7S8 石 膏 CaSO42H2O 绿 矾 FeSO47H2O陆相沉积多为低硫煤（如四川的三叠纪煤）海相沉积多为高硫煤（如四川、广西晚二叠系煤）煤中含硫量超过5%为高硫煤矿井（我国有60多个，如：贵州六枝、江西萍乡、重庆中梁山、湖南杨梅山、宁夏石炭井等）影响煤炭自燃的主要是硫酸盐类，含硫越多越易自燃。,5、煤的粒度、孔隙度与脆性,煤的粒度：煤的粒度越小越易自燃，粒度越小煤的表面积越大，吸氧量越大，煤破碎后着火点温度下降。当煤的粒度为时，着火点温度330-360。当煤的粒度为1.0mm时，着火点温度190-220。,孔隙度与脆性：孔隙度越大、越脆越易自燃。,鉴定煤的自燃倾向性对于掌握自燃火灾的发生规律，有针对性地采取防火措施具有重要意义。我国煤矿安全规程（第209条）第228条规定：煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃、不易自燃三类。新建矿井的所有煤层的自燃倾向性由地质勘探部门提供煤样和资料送国家授权单位作出鉴定，鉴定结果报省（自治区、直辖市）煤矿安全监察机构及煤炭管理部门备案。生产矿井延深新水平时，必须对所有煤层的自燃倾向性进行鉴定。开采容易自燃和自燃煤层的矿井，必须采取综合预防煤层自然发火的措施。目前国内外测定煤自燃倾向性的方法很多，常用的有：1）吸氧量测定法 2）着火温度降低值测定法 3）氧化速度测定法(又称双氧水法)4）差热分析法 5）重量测定法等 我国曾试用过前三种方法。目前规定采用的煤炭自燃倾向性鉴定方法是煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法。,3.2 煤的自燃倾向性鉴定,1、吸氧量测定法,1）原理 在一定温度下，煤的吸氧量越大越易氧化自燃。（每克煤每吸收1ml氧气能放出卡的热）2）步骤（1）将煤样研碎，用40-80号筛子分筛（粒度为，80号筛子表示在1cm长度上平均分部80个网眼。1cm2有6400个）；（2）将煤样在60下恒温脱气3小时，得到干燥煤样；（3）利用量管测量煤样体积；（4）将量管中的煤样压入试样瓶中，在60下吸氧4小时，测定吸氧量。同时记录相应的气温；（5）同样测出30时的吸氧量；（6）计算与30时的吸氧量差V；（7）分类指标如表；V差为负值时煤不易燃。,2、着火温度降低值测定法,1）原理 煤经过表面氧化处理后着火点温度必然降低，且煤的自燃倾向性越大，着火点温度值降低的幅度越大。因此，可用氧化前后着火温度差T作为表示煤的自燃倾向性的指标。2）步骤 这种方法需测三种煤样(原煤样、还原煤祥和氧化煤样)的着火温度，即Tor、Tr和To（1）将煤样破碎到粒度在0.15mm以下；（2）将煤样和亚硝酸钠(NaNO2)以1：0.75(重量比)的配比制成原煤样；（3）将煤样、亚硝酸钠、联苯胺(NH2COH4NH2)以1：0.75：0.025(重量比)的配比制成还原煤样：（4）取1mg煤样与浓度为30的双氧水(H2O2)0.5m1混合密封，放置于暗处氧化24h，然后再暴露于空气中2h，使双氧水蒸发，最后置放于温度为50的真空干燥箱内，经干燥后的煤样与亚硝酸钠(NaNO2)按1：0.75(重量比)配制得到氧化煤样。,（5）将配制好的三种煤样各取2份，每份为0.175mg，分别装 入6支试管中(直径8 mm，长100mm)，装入鉴定仪中，保 持一定温升速率。（6）当试样发生爆炸反应时，记录其反应温度。（7）计算还原煤样与氧化煤样的着火温度差值T=Tr-T。，作为煤炭自燃倾向性的鉴定指标。（8）用上述测定数据根据下式确定煤的氧化程度(C)：取样地点煤炭C值越大，则表明自燃越接近发生。国内有的矿区曾根据C值预报燃火灾的发生。并据此固定火源点的位置。,根据值T值对煤的自燃倾向性分类表,注：表中Vr一可燃基(无水无灰基)挥发份()。评价煤质时为排除水份、灰份变化的影响，须将分析煤样挥发份(Vf)换算为可燃物的基准挥发份，即可燃基挥发份。0r可燃基02含量；Cr可燃基C含量；Wf分析煤样的水份。,3、氧化速度测定法（双氧水法）,原理：以煤的氧化速度和发热量作为衡量自燃倾向性的指标。双氧水H2O2是一种强氧化剂，加入煤中能加速其氧化速度。在绝热条件下可以作出如图所示曲线。其自燃倾向性ABC。但这种方法不适用于高硫煤矿井。,4、色谱吸氧鉴定法,（MTT 7071997：中华人民共和国煤炭工业部19971230批准）方法1.1 煤的自燃倾向性（coal spontaneous combustion tendency）煤在常温下氧化能力的内在属性。1.2 流动色谱吸氧法（chromatographic method of fluid oxygen adsorption）应用热导法双气路气相色谱分析检测技术，测定煤对流态氧的吸附能力，以吸氧量表征煤的氧化自燃性能的方法。1.3 煤的吸氧量（quantity of oxygen adsorption of coal）煤在常温、常压下，每克干煤吸附流态氧的量(是判断煤层自燃倾向性的主要指标)。1.4煤样的预处理 制备好的煤样称取1g装入标准样品管中，通以氮气(流量30cm3min)，在柱箱温度为105的条件下处理1.5h。,2、仪器和辅助设备2.1 仪器设备 煤自燃性测定仪。2.2 辅助设备及其他材料 a)分析天平：精度00001g；b)煤样粉碎机；c)标准分析筛；d)专用标准样品管(结构见附录C)；e)钢瓶氮气和氧气：纯度要求均为9999以上。,3、测定前的准备工作3.1 煤样的采取 按GB 482规定采取煤层煤样，同时应符合附录A的要求。3.2 煤样的制备 按GBT 474有关规定，同时应符合附录B的要求。3.3 煤样的管理 送鉴原煤样和制备的分析煤样均应封存保管，待鉴定报告发出半年后方可作丢弃或其他处理。3.4 进行下列参数测定 a)煤的工业分析按GBT 212分析。b)煤中全硫测定按GBT 214测定。c)煤的真比重测定按GBT 217标准进行。,3.5 仪器常数的测定 在与吸氧量测定的条件一致的条件下(见后6条)，用样品管以旁侧气路扣除死体积的方法测定仪器常数。仪器常数K按式(1)计算：,式中：K仪器常数，minmVs；a氧的分压与大气压之比；Vs样品管的体积，cm3；S0与样品管体积Vs相对应的峰面积，mVs；Rc载气流速，cm3min；P0实验条件下的大气压，Pa；T实验条件下的柱箱温度，K。3.6 煤样的预处理 制备好的煤样称取1.0000g装入标准样品管中，通以氮气(流量30 cm3min)，在柱箱温度为105的条件下处理1.5h。,(1),4.吸氧量的测定与计算 本方法采用仪器常数法测定煤的吸氧量。将处理好的煤样，在柱箱温度为30，热导温度为80100，载气氮流量为300.5cm3min，吸附气氧流量为200.5cm3min的条件下，吸附氧气20min后，测定脱附峰面积S1；将煤样倒出，在相同的条件下，同一样品管空管吸附氧气5min，测定脱附峰面积S2；将S1、S2及其他测试条件实测参数代入式(1)计算吸氧量值。,式中：Vd煤的吸氧量，cm3g干煤；K仪器常数，minmVs；Rc1实管载气流量，cm3min；Rc2空管载气流量，cm3min1实管时氧的分压与大气压之比；2空管时氧分压与大气压之比；S1实管脱附峰面积，mVs；S2空管脱附峰面积，mVs；G煤样重量，g；dTRD煤的真比重；Vs样品管体积(标准态)，cm3；WQ煤样全水分，。,5 煤自燃倾向性等级分类 以每克干煤在常温(30)、常压(1.0133104Pa)下的吸氧量作为分类的主指标，煤的自燃倾向性等级按表1、表2分类。6 允许误差 煤吸氧量测定结果的允许平行误差不得超过表3的规定：,表2 高硫煤、无烟煤1）自燃倾向性分类表,表1 褐煤、烟煤类自燃倾向性分类表,表3 煤吸氧量测定的平行实验误差,A1 总则 本采样方法适用于色谱吸氧鉴定法煤样的采取。采样时应遵循如下规定：A2 设计矿井前，或延深水平，或开采新区之前，即对所有开采煤层和分层的采煤工作面或掘进工作面采取有代表性的原始煤样。A3 采样地点符合下述情况之一时应分别加采煤样，并描述采样地点的具体情况：A3.1 地质构造复杂、破坏严重(如有褶曲、断层等造成破坏带及岩浆侵入等情况)的地带；A3.2 煤岩成分在煤层中分布状态明显，如镜煤和亮煤集中存在，并含有丝炭的地点；A3.3 煤层中富含黄铁矿的地点。A4 采取矸石堆样品或在露天矿采样时，应按有关规定布置采样点，采取有代表性的煤样，开采台阶较高时要在有代表性的区段上采样。,5、煤层自燃倾向性鉴定采样方法,A5 采样时，先把煤层表面受氧化的部分剥去，再将采样点前面的底板清理干净，铺上帆布或塑料布，然后沿工作面垂直方向划两条线，两线之间宽度为100150mm，在两线之间采下厚度为50mm的煤作为初采煤样。A6 把采下的初采煤样打碎到2030mm大的粒度，混合均匀，依次按锥堆四分法，缩分到1kg左右，作为原煤样装入铁筒(或较厚的塑料袋)中，封严后送试验室或寄运。A7 新采煤层或分层首次采样进行自燃倾向性鉴定时，必需在同一煤层或分层的不同地点采取23个煤样进行鉴定。A8 地质勘探钻孔取煤芯样时：A8.1 从钻孔中取出煤芯，立即将夹石、泥皮和煤芯研磨烧焦部分等清除，必要时将煤芯用水清洗，但不要泡在水中。A8.2 将清理好的煤芯立即装入铁筒(或厚塑料袋)中，封严送试验室或寄运。A8.3 所取煤芯同样应具有代表性，并注明煤层、厚度和倾角等条件。A9 每个煤样必需备有两张标签，分别放在装煤样的容器(务必用塑料袋包好，以防受潮)中和贴在容器外，标签按要求填写，字迹要清楚。,5、煤层自燃倾向性鉴定采样方法,A10 标签：a)煤样编号(送样单位样品号)；b)局、矿名称；c)煤层名称；d)煤种(按国家分类标准)；e)煤层厚度；f)煤层倾角；g)采煤方法；h)自燃发火期(经验发火期)；i)采样地点；j)采样日期、采样人。,5、煤层自燃倾向性鉴定采样方法,B1 收到煤样后，进行送样标签核对、试验室编号登记。B2 送检煤样水分大时，应在室温下干燥后将全部煤样打至10mm以下进行缩分，取100150g作为分析用煤样，装入250mm广口瓶中，贴好标签，其余煤样按原包装密封后封存。B3 务必使100150g分析用煤样全部粉碎至0.15mm以下，并要求0.100.15mm应占70以上。B4 粉碎后的煤样(在广口瓶内密封保存)在30天内完成各项测定，发出鉴定报告。B5 送检煤样及分析煤样在分析报告发出后保存6个月。,6、煤层自燃倾向性鉴定煤样制备的补充规定,专用标准样品管结构示意图,第四节 煤层自燃危险程度及自然发火期,如前所述，煤炭的自燃与否，主要取决于煤炭本身的自燃倾向性，煤本身的物理化学性质和外部的漏风供氧和热交换的条件。因此，煤的自燃取决于两个因素：一个是内因因素，即煤炭自燃倾向性；一个是外因因素，即煤炭氧化过程中的连续供氧和蓄热的条件。内因的影响因素是先天的因素，是在成煤之前或在成煤的过程中就已经存在了的。如前面所述：煤的变质程度、煤的水分、煤岩成分、煤的含硫量、煤的粒度、孔隙度与脆性等。外因的影响因素则是后天的因素，主要包括：地质变动、煤层赋存条件、开拓开采条件和通风条件等的影响。实验证明，一个煤层或矿井自然发火的危险程度并不完全取决于煤的自燃倾向性，在一定程度上还受煤层的地质赋存条件、开拓、开采和通风条件的影响。一个弱自燃倾向性的矿井，如果不重视安全工作，采掘混乱，四处漏风，则煤炭自燃发火的几率可能要比一个强自燃倾向性的矿井大。因此。影响煤炭自燃的外因因素也是不可忽视的。,4.1 影响煤炭自燃的外因因素1）煤层地质赋存条件2）地质构造及破坏程度3）围岩性质4）采掘技术因素5）通风条件,1、煤层地质赋存条件,煤层地质赋存条件：煤层厚度、倾角、埋藏深度。,煤层厚度：煤层厚度越大越易自燃。厚煤层受开采条件影响分层多、回采率低、开采时间长、多次切割煤层造成破碎漏风。国内：80%的自燃发生在厚煤层中。鹤岗：86%的煤炭自燃发生在5m以上的煤层中。西德：鲁尔矿区80%的产量来源于2m以下的煤层，50%的自燃发生在厚煤层中。俄罗斯：库兹巴斯地区88%的煤炭自燃发生在5m以上的煤层中。,倾角：倾角越大越易自燃。受急倾斜采煤方法的限制导致煤层切割多、破碎、漏风大。俄罗斯库兹涅茨地区75%的煤炭自燃发生在40-90度的煤层中。,埋藏深度：埋藏深度越深越易自燃。地温与通风压力的影响。,2、地质构造及破坏程度,1）在地质构造破坏带，由于地应力的作用，围岩与煤层裂隙多、松软，煤层吸氧面积增大；2）在岩浆侵入地区煤层受到干馏，易自燃。3）四川芙蓉局统计：23次巷道掘进自燃火灾中，12次是过断层时发生的。,3、围岩性质,煤层顶底板的围岩性质：坚硬顶板压力大，煤易破碎。坚硬顶板采空区不易冒落压实，形成较大的漏风通道。如大同矿务局,4、采掘技术因素,1）巷道布置全煤巷道的布置方式煤柱多、浪费资源、切割煤层多、回采率低易自燃。应采用岩石大巷岩石上山岩石集中巷联络石门的布置方式。2）采煤方法应采用走向长臂式采煤方法，全部垮落法或充填法管理顶板。采用无煤柱开采、老空复采等。老式采煤法：房柱式、仓储式、高落式、垛式及水采等易自燃。目标：最小的煤层暴露面；最大的煤炭回采率；最快的煤炭回采速度；最易于封闭的采空区；,5、通风条件,控制漏风是防止煤层自燃的关键！煤层最利于自燃的漏风条件：1m3的粉煤供风1.9m3/h。采空区单位面积上的漏风量大于1.2m3/min.m2或小于0.06m3/min.m2不易自燃。防止漏风的措施：1、加强密闭的质量；2、减少煤层切割；3、控制主要通风机压力，不超过300mmH2o(3000 Pa)；4、采用注浆、凝胶、均压等措施。,4.2 煤层自然发火期,煤矿安全规程执行说明47条规定：1、煤层中出现下列情况之一者，该煤层定为自然发火煤层：1）煤炭自燃引起明火；2）煤炭自燃发生烟雾；3）煤炭自燃发生煤油味；4）采空区测取的CO浓度超过矿井 实际统计的临界指标。2、巷道中煤层自然发火期：应以自然发火地点在揭露煤之日起至发生自然发火时为止的时间计算，一般以月为单位。3、回采工作面煤层自然发火期：应以工作面开切眼之日起至发生自然发火时为止的时间计算，一般以月为单位。,4.2 煤层自然发火期,煤炭自燃倾向性、自然发火危险程度、煤层自然发火期三者关系？1）煤炭自燃倾向性是煤层的自然属性，是煤本身的氧化能力和物理化学特征，即煤层自燃的能力。2）自然发火危险程度包含了内、外因的因素，表征煤层可能发生自然发火危险程度的大小。3）煤层自然发火期是自然发火危险程度在时间上的量度。,