矿井火灾防治理论与技术.ppt

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1、2023/2/21,矿井火灾防治理论与技术,主讲教师：程磊/副教授，博士河南理工大学 安全科学与工程学院Tel:13703896128Email:,2023/2/21,参 考 文 献,王显政 煤矿安全新技术余明高 煤矿火灾防治理论与技术王德明 矿井火灾学 煤矿安全规程 矿井防灭火规范 中华人民共和国国家标准,2023/2/21,凡失去控制并对财产和人身造成损失的燃烧现象都为火灾（由公安部、劳动部、国家统计局制定颁布的火灾统计管理规定中定义）。广义地说，凡是超出有效范围的燃烧称为火灾。火灾是工伤事故类别中的一类事故。在消防工作中有火灾和火警之分，两者都是超出有效范围的燃烧，当人员和财产损失较小时

2、称为火警。矿井火灾定义：指发生在矿井井下或地面井口附近，威胁矿井安全生产、形成灾害性的一切非控制燃烧。,4,1、矿井火灾定义及危害,自燃火灾隐患：矿井某一区域出现如下预兆之一时，即存在自燃火灾隐患：风流中出现一氧化碳，其发生量呈上升趋势；风流中出现二氧化碳，其发生量呈上升趋势；煤岩空气和水温升高，并超过正常温度；风流中氧含量降低，其消耗量呈上升趋势。自燃火灾（自然发火）：矿井某一区域出现如下现象之一时，即定为发生自燃火灾：由于自燃出现火炭、火焰、烟雾等现象；由于自燃出现空气、煤炭、围岩及其它介质温度升高，并超过70，其风流中出现CO，且有上升趋势。,5,1、矿井火灾定义及危害,火区：井下火灾无

3、法直接扑灭而予以封闭的区域，称为火区。矿井火灾重大事故：防灭火规范第4条：由内因或外因火源引起的井下火灾，统称矿井火灾事故。凡矿井火灾造成以下后果之一者，即定为矿井火灾重大事故。造成人员伤亡；造成一万元的物资（包括资源）损失；造成生产中断8小时以上；造成封闭工作面或采区冻结煤量。凡发生矿井火灾事故，均必须进行事故统计与分析，并按规定向上级呈报事故报告。,6,1、矿井火灾定义及危害,矿井火灾危害：简单总结为：生成有毒气体、高温和窒息性烟雾，造成人员中毒死亡与烧伤（95%以上为中毒死亡）；条件具备可产生火风压，造成风流逆转，扩大影响范围；成为瓦斯、（瓦斯）煤尘爆炸的火源；烧掉、冻结或呆滞大量煤炭资

4、源，影响正常生产秩序；烧坏或封闭设备材料，造成经济损失；救灾耗费人、财、物，安全风险大。,7,1、矿井火灾定义及危害,8,CO浓度对人的影响：CO本身无毒性，所谓中毒是人体中的血红蛋白（符号Hb）通过肺与CO结合时生成碳氧血红蛋白（COHb），妨碍了Hb向体内运送氧的机能，因而造成体内缺氧，形成内部窒息，同时血液中的coHb 妨碍O2Hb的解离，从而形成中毒作用。其结合力比氧强210300倍。,1、矿井火灾定义及危害,9,CO浓度对人的影响：分为急性中毒（轻度、中度、重度）；慢性中毒（超过最高允许浓度若干倍）。,1、矿井火灾定义及危害,2023/2/21,1、矿井火灾定义及危害,2023/2/

5、21,1998年9月6日，安徽淮北局朱仙庄煤矿井下掘进巷道顶部煤自燃，引起大火，导致12名矿工死亡（其中包括副矿长、总工程师各1名）、3人受重伤。2000年11月4日，江西丰城局坪湖煤矿井下的皮带机因摩擦引起大火，导致33名矿工被困井下。此次事故造成13死亡、1人失踪，19人受伤。其中5人重伤。,近年来发生的一些典型矿井火灾事故,1、矿井火灾定义及危害,2023/2/21,2002年12月8日，吉林万宝煤矿（省属国有地方煤矿）绞车房火灾事故，造成井下30名矿工遇难。2002年10月29日广西南宁市二塘煤矿（国有地方）井下4采区变电所变压器着火，引燃相邻木支架，火区长度70米。当时井下共有作业人

6、员35人，其中30遇难。,1、矿井火灾定义及危害,2、陈家山煤矿瓦斯爆炸事故(典型事故),1事故时间：2004年11月28日7时6分。2事故类别：瓦斯爆炸。3事故性质：责任事故。4爆源点：陈家山煤矿415综放工作面下隅角支架尾梁后侧区域。5.伤亡人数：造成166人死亡，45人受伤，直接经济损失4165.91万元。6.发生多次爆炸：在抢险救灾过程中于12月2日凌晨3时25分、6时15分、7时45分和10时53分，又相继发生了4次爆炸，但未伤人。,2、陈家山煤矿瓦斯爆炸事故(典型事故),2004年11月23日10:2010:30 415上隅角起爆松动顶煤，上隅角采空区发生瓦斯爆燃，83#89#架后

7、溜槽处发现明火，并有大量青烟。2004年11月24日12:10上隅角再次发生瓦斯爆燃，工作面烟雾很大。12:14发现53#架的尾梁下部着火，采用洒水灭火，12:36明火扑灭；决定只割煤不放顶煤，加快推进速度。2004年11月28日07时10分井下四泵房安检员韩朝云汇报听到爆炸声、巷道烟雾大，安子沟抽放泵站电话汇报，其风井防爆门被摧毁，有黑烟冒出；事故死亡166人，受伤45人。2004年12月2日3:25、6:15、7:45、10:53相继发生4次爆炸，没有造成人员伤亡。,415 面 爆 源 点,415运顺,415回风巷,415高位巷,1号联络巷,四总回,四皮下,四轨下,415灌浆巷,415工作

8、面,2、陈家山煤矿瓦斯爆炸事故(典型事故),415下隅角局部剖面图,415运巷,1号联巷与415运巷的交叉口,转载机头,顶 煤,工作面采面煤壁位置,工作面后梁位置,1号联络巷,炮眼位置,炮眼,瓦斯通过裂隙流动,工作面位置,思 考,1、采煤工作面瓦斯爆燃如何发生的？2、如何防范采煤工作面瓦斯爆燃？,矿井火灾预防是一项系统工程，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：防止煤矿火灾发生，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。三个问题：（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

9、论基础；（2）如何防止火灾发生？包括火源预测、火灾预防和防治技术；（3）火灾发生后如何进行及时而有效的控制和处理。,3、矿井防灭火研究的内容,2023/2/21,4、矿井火灾发生三要素,2023/2/21,氧浓度3的空气，任何可燃物的燃烧都不能维持，氧浓度12,瓦斯失去爆炸性,4、矿井火灾发生三要素,2023/2/21,（1）可燃物：矿井火灾发生的物质基础。在煤矿里经常遇到的可燃物有：煤、坑木、编织物，炸药、可燃性气体、各种油料等。（2）引然源：足以引起燃烧的热源。如：煤的自燃、静电火花、摩擦热源或火花、电流短路火花等。（3）助燃剂：燃烧过程中与可燃物发生化学反应，维持燃烧过程继续。常见助燃剂

10、有氧气。火灾发生的必要条件是什么？火灾发生的充分必要条件是什么？,4、矿井火灾发生三要素,2023/2/21,5、矿井火灾分类及特征,2023/2/21,矿井火灾与分类,B 类火灾,D 类火灾,C 类火灾,A 类火灾,按可燃物的性质,5、矿井火灾分类及特征,2023/2/21,矿井火灾与分类,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。,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)自上而流动的风流，即风流由标高的高点向低点流动。发生在这种风流中的火灾，称为下行风流火灾。在下行风流中发生火灾时，火风压的作用方向与矿井主扇风压的

11、作用方向相反。,进风流火灾,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。当上行风流中发生火灾时；因热力作用而产生的火风压，其作用方向与风流方向一致，亦即与矿井主扇风压作用方向一致。,上行风流火灾,按发火地点及对矿井通风的影响,5、矿井火灾分类及特征,其他分类方法 还有按火源特性，可分为原生火灾与再生火灾；按可燃物状态分类，可分为阴燃火灾与和明火火灾；按发火地点的不同分类，可分为井筒火灾、巷道火灾、采面火灾、煤柱火灾、采空区火灾、硐室火灾；按燃烧物的不同分类，可分为机电设备火灾、火药燃烧火灾、油料火灾、坑木火

12、灾、瓦斯燃烧火灾、煤炭自燃火灾等。,2023/2/21,5、矿井火灾分类及特征,2023/2/21,在世界各采煤国家中，我国是矿井火灾发生比较严重的国家之一。据统计，在593个国有重点煤矿中，自然发火危险矿井占51.3%，煤自燃氧化形成的自然发火现象近4000次，形成火灾次数高达360次，在矿井火灾中，煤炭自然发火占90%以上。煤巷高冒区、煤巷巷帮、采空区、上下隅角、地质构造破碎带、煤柱和开切眼及停采线等都是自燃火灾的多发场所。据统计，自然发火发生在采空区、巷道及其它地点的分别占60%、29%和11%。工作面搬家和不正常推进以及工作面过地质构造带或破碎带都是煤自燃发生频率较高时期。,6、矿井火

13、灾现状及防治技术,2023/2/21,50年代，开始研究并推广黄泥灌浆防灭火技术,60-70年代，开始研究并推广阻化剂防火、均压通风、高倍数泡沫灭火等技术,80-90年代，开始研究并推广矿井自然发火预测预报系统、惰气防灭火、快速高效堵漏风、胶带机火灾防治等技术,90年代至今，开始研究并推广以综放面综合防灭保障体系为代表的防灭火技术,6、矿井火灾现状及防治技术,2.1 煤的自燃学说,1）黄铁矿作用学说 黄铁矿作用学说是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

14、，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。,2.2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羧基OH、羟基COOH，煤温与环境

15、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。,为什么有的煤能自燃，有的煤不会自燃，如：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

16、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。,2.3 煤的自燃倾向性鉴定方法与分类,2.4 煤炭自燃倾向性影响因素,影响煤炭自燃倾向性的因素（内因因素）主要有：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,影响煤炭自燃的外因因素：影响煤炭自燃的外因因素主要有：1）煤层地质赋存条件2）地质构造

17、的破坏程度3）围岩性质4）采掘技术因素5）通风条件,2.4 煤炭自燃倾向性影响因素,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。目前常用的测试方法有：1）煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法 2）着火温度降低值测定法,2

18、.5 煤的自燃倾向性鉴定,煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法,1）煤的自燃倾向性 煤在常温下氧化能力的内在属性.2）流动色谱吸氧法 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。3）步骤（1）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）吸氧量的测定 将处理好的煤样，在柱箱温度为30，热导温度为80-100，载气氮流量为300.5cm3min，吸附氧气流量为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

19、管吸附氧气5min，测定脱附峰面积S2；根据S1、S2计算吸氧量值。,(3)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。(4)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,专用标准样品管结构示意图,ZRJ-1型流态色谱吸氧仪器,2.6 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

20、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。而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，乱采乱伐，四处漏风，则煤炭自燃发火的几率可能要比

21、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。,4.2 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。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：煤炭自燃倾向性是煤层的自然属性，是煤本身

22、的氧化能力和物理化学特征，即煤层自燃的能力。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。煤层自然发火期是自然发火危险程度在时间上的量度。,2.6 煤层自燃危险程度及自然发火期,3 防止煤炭自燃的开采技术措施,防止煤炭自燃的措施很多，如预防性灌浆、阻化剂、均压、凝胶、注惰气等。但最重要的方法还是要有正确的开拓开采方法，合理的开拓系统与采煤方法对于防止煤炭自燃起着决定性的作用。20世纪六、七十年代，时兴将巷道布置在煤中：煤层大巷、煤层上山、煤层集中巷等。因煤软易掘，投入小、见效快。采煤方法则采用：房柱式、高落式、垛式、仓储式等老法采煤。挑肥拣瘦，大量丢失余煤，煤炭

23、的堆积导致火灾频频不断打乱了生产次序，欲速这不达。如：甘肃窑街二、三号井，在开采初期，几十米的厚煤层采用清一色的煤巷布置采煤方法为高落式、煤皮假顶，回采率仅30-40%。投采的3-4年间矿井火灾频频发生，生产处于采采停停、停停采采的被动局面。煤巷布置方式，在薄煤层、单一中厚煤层、不自然煤层中是可行的，但维护费也高。若布置在自燃倾向性严重的煤层、厚煤层、煤层群中，将得不偿失，可能会被火烧得焦头烂额、夜不安宁。因此，正确地选择开拓开采方法是很重要的，对于厚煤层、自然发火严重的煤层矿井，尤应如此。,3.1 合理的巷道布置系统,为了防止煤层自然，对开拓开采的要求是：正确的开拓方式，合理的采煤方法，就是

24、增强矿井的先天防火能力。开拓开采应做到：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。,1）采用岩石巷道 尽量减少切割煤层，以最小的煤层切割量获得最大的煤炭回采率。因此对厚煤层、多煤层群矿井的开拓开采布置应采用：岩石水平大巷岩石上山岩石集中平巷联络石门。尽量少掘辅助性巷道。,2）区段巷道垂直布置,区段布置方式：（1）内错式布置（2）外错式布置（3）重叠式布置,应采用走向长臂式采煤，全部垮落法管理顶板的采煤方法，杜绝房柱式、高落式、垛式、仓储式等老法采煤。要做到：(1）少丢煤或不丢煤，尽量减少可燃物；（2）控制矿山压力，减少煤柱破坏；（3）合理布置采区；（4）加快回

25、采速度；（5）减少巷道维护时间；（6）坚持正常的采序。（由外向里、由上向下、由前向后）。,3.2 合理的采煤方法,3.3 控制矿山压力、减少煤体破碎,由于受采掘的影响，破坏了煤岩体内原有的内力平衡状态，从而要引起应力的再分布，也就形成了应力的集中。如图所示。由于集中应力的影响，使巷道壁压裂、压碎、变形等，从而引起漏风和造成蓄热的环境。如孤岛煤柱的集中应力很大，很易自燃。要将巷道布置在集中应力的卸压带内。控制矿山压力的另一方法是：减少受矿压影响的巷道的服务年限，在未压裂压碎巷道时就开采完毕。,3.4 合理的通风系统,火灾三要素是同时具备：可燃物、热源、供氧；自燃四要素是同时具备：自燃倾向性、蓄热

26、环境、供氧、氧化时间。因此，无论是火灾或是自然，都要有良好的通风供氧条件。合理的通风系统就是要尽量减少向采空区、煤柱等的漏风供氧条件。合理的通风系统是指：通风网络合理、通风构筑物布置合理、通风压力分布合理。1）通风网络合理 指通风网络的结构、通风动力与网络的匹配合理。通风网络要简单，采用并联通风。2）通风构筑物布置合理 通风构筑物布置应以不引起采空区或火区进、回风密闭两侧风压增高为原则。3）通风压力分布合理 通风压力合理分配：3：3：4或3：2：5。回风阻力不要超过50%，总压力不要超过3000Pa(300mmH2O),无煤柱开采是六十年代开始，七十年代发展成熟的一项技术，无煤柱开采方法不仅巳

27、经获得了良好的经济技术效果，而且在防止煤柱自然发火方面，在不少矿区也巳取得成效。鹤岗新一矿统计，区段煤柱发火占总发火次数的55.6，可是自75年试行无煤柱开采的地区安全回采五年多无自然发火事故。枣庄柴里煤矿在开采自燃较为严重的特厚煤中也试行了无煤柱开采，获得了沿空掘巷有助于防止自燃的结论。取消煤柱，消除了自然发火的根源，这是无煤柱开采能够有助于防止自燃的关键所在。在特厚煤层的开采中，将水平大巷、采区上山、区段集中运输和回风巷均布置在煤层底板岩石里，采用垮越回采，取消水平大巷煤柱，采区上(下)山煤柱，采用沿空留巷或掘巷，取消区段煤柱，采区区间煤柱，采用倾斜长壁仰斜推进、间隔跳采等措施，并辅以巷旁

28、隔离、采空区灌浆、停采线局部区域灌浆充填、及时封闭、均压通风等措施，则采空区自然发火是可以完全控制的。无煤柱开采存在的问题：1）采空区有害气体的涌出；2）发生火灾后不易封闭。,3.5 推广无煤柱开采,1）矿井应采用“由外向里”的开采方式 过去的一些矿井，由于过分的强调快出煤、早出煤的要求，以致在中央并列式通风系统，开采易自燃的厚煤层矿井，主付井筒贯通之后，就在靠近卫业广场煤柱边缘市置工作面采煤。随着回采的推进和扩展，大片采空区遗留在通风的高负压区段，漏风很难杜绝，以致自燃火灾频频发生，生产十分被动。因此，在中央并列式通风的矿井，开采易燃煤层时最好采用由边界后退的开采顺序。,3.6 坚持正常的回

29、采顺序,厚煤层开采，应先采上分层后采下分层。煤层群开采，有的矿井单纯追求近期效益，常常是先吃“肥肉”后啃“骨头”，就是说违背正常的自上而下依次开采的顺序，先采厚煤层，后采薄及中厚煤层，以致破坏了上下邻近煤层的完整性，为日后开采防止自然发火制造了困难。,2）煤层应采用“由上向下”的开采方式,厚煤层由上向下开采,煤层群由前向后开采,4）工作面应采用后退式 更有甚者，一个工作面沿走向提腰斩断，分成二个工作面，同时开采。一前一后，产量成倍增长。但是巷道难以维护，前部工作面采空区漏风严重，后部工作面无风，采空区内遗留孤岛煤柱。这就为自然发火创造了条件。,3）区段应采用“由上向下”的开采方式上山采区正常的

30、回采顺序应该是先采上区段，后采下区段，下山采区价恰相反。然而由于采掘失调，生产工作面接替紧张，又单纯追求快出煤，以致在有的矿井出现反其道而行的现象。其结果是上(下)山巷道维护在采空区内，断面受压缩小，通风阻力增大，采空区漏风严重，自然发火频繁。,区段“由上向下”开采,工作面应采用后退式,工作面沿走向提腰斩断,7、防止漏风,漏风是导致煤炭氧化自燃的根源，井下条件千变万化，不能做到杜绝漏风，只能说是控制漏风、减少漏风使其达不到自燃条件。一般情况下，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,都不会引起自燃。1m3碎煤最利于自燃的供氧条件为1.9m3/h。漏

31、风量大，虽然氧化快，但热量不能集聚，氧化的发热很快被空气带走。漏风量小，氧不足，氧化条件不忍受或很微弱，不致引起热量的集聚。当漏风量为0.4-0.81.2m3/min.m2时，是最好的氧化条件，又能充分氧化，热量又不致于会很快带走，能集聚发热致燃烧。把漏风量控制在0.06 m3/min.m2以下，也是一件困难的事，花了九牛二虎之力，可能漏风量减少得还很少。因此，有的煤矿漏风减不下就增加漏风大于1.2 m3/min.m2这样虽使热量不易积聚而能防止自燃，但是在经济上不合理，浪费电能N=hQ。可以采用均压防灭火等其他方法来防火。,1）要防止漏风，首先通风系统就要合理，进回风流量尽量少直接经过采空区

32、，进回风巷两端的压差要尽量小而防止漏风。如图所示，前进式回采时，采用b的通风方式，而不应采用a，加大了漏风，后退式回采时，采用d的通风方式，而不采用c，会在上隅角形成无风区。,后退式回采时的通风方式,前进式回采时的通风方式,1、测定参数：温度、气体成分2、测定仪器：温度：AD590恒流源温度传感器、热电偶、导线、测温仪表。气体成分：束管、气相色谱仪、抽气泵、球心。3、测点布置：全面布置法、局部布置法。4、取样：每日一次取样，同时记录回采工作面进度。5、分析：气体成分、温度曲线、O2曲线、CO曲线、采空区自燃“三带”图。6、采空区自燃“三带”划分依据：依据：以氧气浓度为主，温度变化曲线为辅，参考

33、其他气体变化曲线与采空区流速模拟分析。,4.1 煤自燃“三带”测定,（1）采空区煤炭氧化自燃三带 采用走向长臂式采煤方法，全部垮落法管理顶板时，采空区煤氧化自燃存在“三带”,“三带”位置随工作面推进前移，自燃带前移速度越慢、宽度越大越易自燃。加快自燃带前移速度的唯一方法是加快工作面回采速度。控制自燃带宽度的措施是降低工作面两端的压差。,第一带：不自燃带。这个带氧气充足，漏风流速大，有氧化但无蓄热条件，氧化的热量被漏风带走。不燃带的宽度一般为工作面煤壁至采空区的1-15m范围内。,第二带：自燃带。从不自燃带向采空区的1-120m范围内，因采空区上覆岩层的冒落与逐渐压实，漏风减少到既有充足的供氧条

34、件，又有良好的蓄热环境，故煤炭最易于自燃。,第三带：窒息带。在自燃带之后，冒落的岩石不断被压实，漏风微弱氧气浓度下降到6-8%以下的窒息浓度。在自燃带已自燃的煤炭到了窒息带也因氧气浓度的减少而窒息熄灭。,（2）采空区煤炭氧化自燃“三带”划分,划分采空区的，目前尚无具体的统一指标参数，但总的来说有两种划分方法：根据采空区漏风流速划分 这种方法主要通过实验室模型实验，模拟采场的实际条件来进行。而现场实际测定则由于采空区设点的困难，测量仪器精度，采空区风流方向的不可预见性等的影响而尚无法进行。根据国内外学者对采场漏风的研究认为采空区“三带”的范围根据采空区流速划分一般为：不燃带的流速：大于0.24

35、m/min；自燃带的流速：0.24-0.1 m/min；窒息带的流速：小于0.1 m/min。,氧气根据浓度划分 这种方法在现场实测中常用，按氧气浓度划分一般为：不燃带的氧气浓度：大于18%-19%；自燃带的氧气浓度：5%18%-19%；窒息带的氧气浓度：小于5%。,4.2 预防性灌浆,煤矿安全规程第二百三十二条规定：开采容易自燃和自燃的煤层时，必须对采空区、突出和冒落孔洞等空隙采取预防性灌浆或全部充填、喷洒阻化剂、注阻化泥浆、注凝胶、注惰性气体、均压等措施，编制相应的防灭火设计，防止自然发火。在矿井设计、延伸、新水平、新采区设计时，应同时设计相应的预防性灌浆系统。预防性灌浆的作用（1）预防性

36、灌浆：预防性灌浆：将水与浆材作适当配合制成浆液，借助输浆设备送到可能发生自燃发火的地点，防止煤炭的自燃。泥浆起到三个作用：1）包裹煤体，隔绝煤与空气的接触，防止氧化；2）加强采空区的致密性，防止漏风；3）冷却已发热的煤体与围岩，降低温度。,1）加入少量水能够成浆；泥浆加入水后要能溶解成浆，不能形成团团块块或夹杂大量矸石，否则易堵管和灌浆不均匀。2）泥浆的渗透性要好；泥浆注入井下后要能够渗透，很快将媒体包裹起来。否则等于白注。3）不含可燃物或助燃物；泥浆本身要不含可燃物，如黄铁矿、硫酸盐类等。4）泥浆要易于脱水；注浆必须脱水 5）泥土粒度要求；不大于2mm，细小粉粒（粒度小于1mm）要占75%以

37、上。6）主要物理指标：A 比重：2.42.8；塑性指数：914；胶体混合物：2530%；含沙量：2530%。7）泥土要便于开采、运输与制备。主要从经济上考虑。,（2）灌浆材料的选择,（3）浆液的制备与运输,1）矸石页岩灌浆：矸石页岩采石场粒度筛选运输设备多极破碎机（球式、鳄式）泥浆搅拌池泵站管道入井。2）粉煤灰灌浆：发电厂运输设备储灰池搅拌池泵站管道入井。3）黄泥灌浆：水力取土、自然成浆：高压水枪取土输浆沟过滤筛管道入井。人工或机械取土，搅拌成浆：采土场矿车运输储土场搅拌池泵站管道入井。4）泥浆的土水比：1：2-5 泥浆的土水比是一个要参数。表示：泥浆中固体材料与水的体积比。主要取决于土质的情

38、况，同时又与泥浆的输送距离、灌浆的方法、煤层的倾角和气候条件的变化有关。5）泥浆的输送倍线：泥浆的输送倍线为：地面灌浆站至井下灌浆地点的管线长度与垂高之比，N=L/H。在2-10之间。,（4）灌浆量的确定,灌浆量的确定，各矿务局都有自己的一套计算方法，都有自己的经验，总的说来主要是根据灌浆区的容积、采煤方法及地质条件等因素来确定。这里介绍一种常用的方法。1）灌浆用土量Qt 按采空区灌浆量计算 预防性灌浆量主要取决于灌浆形式,灌浆区的容积,采煤方法等因素。采前预灌、采后封闭停采线灌浆都是以充满灌浆空间为准。随采随灌的用土量(Qs)可按下式计算。Qt1=K.m.L.H.C 式中：Qt1灌浆用土量，

39、m3；m煤层开采厚度，m；L灌浆区的走向长度，m；H灌浆区的倾斜长度，m；C煤炭回收率，；K灌浆系数，即泥浆的固体材料体积与需要灌浆的采空区空间容积之比。在K值中反映了顶板冒落岩石的松散系数，泥浆收缩系数和跑浆系数等综合影响。,m.L.H.C表示灌浆区所采出的煤量，此方法即根据灌浆区所采出煤量得多少来确定灌浆量的大小。按日灌浆量计算 按灌浆区日灌浆所需用土量计算公式为：Qt2=K.G/1或 Qt2=K.m.l.H.C式中：Qt2日灌浆所需用土量，m3；G矿井日产量，t；1煤炭容重，t/m3；l工作面日进度，m。矿井日用土量 矿井实际每日所需采土量为：Qt=aQt2式中：Qt灌日用土量，m3 a

40、取土系数，考虑土壤含有一定的杂质和开采、运输过程中的损失，a取1.1；,2）灌浆用水量Qw 灌浆用水量(Qw)可按下式计算：Qw=Kw.Qt.式中：Qw灌浆用水量，m3；Kw冲洗管路用水量的备用系数，一般取1.1 O-1.25；水土比，一般取2-5。,3）日灌浆量Qj 每日的灌浆量可按下式计算：Qj=（Qt2+Qw）u 式中：Qj日灌浆量，m3；u泥浆制成率，如表所示。,则小时灌浆量可按下式计算：Qjh=Qj/n.t m3/h式中：n每日灌浆班数,班；t每班纯灌浆小时数。h/班。,4）其他计算方法（1）根据采空区所留浮煤量的多少确定灌浆用土量 Qti=S.T.K2.a m3式中：S采空区倾斜面

41、积，m2；T残留浮煤厚度，m；K2浮煤量与用土量值比，一般取0.3-0.5；a泥浆流失系数，取1.03-1.1。（2）根据采空区体积大小确定灌浆用土量 Qti=m.H.L.K m3式中：m.H.L采空区体积，m3。K灌浆系数，一般取0.15,（5）灌浆的方法1）采前预灌2）随采随灌3）采后灌浆,（6）灌浆后的排水措施,黄泥灌浆后的脱水与排水十分重要，如果泥浆不能及时脱水，或是大量的水泥被堵截在采空区，将是非常危险的，在掘进和回采下分层时，很易发生溃浆事故。一般情况下灌浆后泥浆都能脱水，一部分水经由裂隙渗出。另一部分由巷道内的钻孔泄出，一般情况下灌浆水不必处理，停灌后十天左右即可渗透干净，但个别

42、地方仍出现局部积水。因此，在煤层内掘进分层巷道时，对有可能积水地区仍应采取边掘边探的方法，及时放出积水。1）随采随灌，一部分泥浆将可能由采空区流入工作面下部运输巷道。解决方法：在运输巷道内挖掘排水沟；一定要将水全部排出，以防泥水大量存积于采空区造成突水事故。,2）灌浆后大量泥水很快流入工作面下口 说明在采空区可能形成了泥浆的通道。解决方法：（1）在工作面下口靠近放顶线的运输巷道内构筑滤浆密闭，使泥浆滞留于采空区。而放出泥浆水。（采用酥桔、芦苇等）（2）增加泥浆浓度 增加泥浆浓度，在泥浆中加砂或锯末堵塞漏浆通道。（3）采用间断性灌浆 间断灌浆就是要使泥浆能充分脱水凝固以堵塞堵塞漏浆通道。,（7）

43、防止溃浆事故,防止溃浆事故在预防性灌浆中，是非常重要的环节。如果灌浆质量不好，泥浆不能脱水，大量泥浆存积于采空区，很易造成溃浆事故。吉林辽源矿务局西安矿事故 造成溃浆事故的原因：1）泥浆脱水性不好，不能及时沉淀，大量积聚于采空区运输巷；2）滤浆密闭构筑不好，积水不能排出；3）有地表水或地下水源经由塌陷区或其他裂隙进入灌浆区。由于上述种种原因导致在采空区内聚集里大量的泥浆，随着顶板的下沉，压力加大。在受采掘影响时，如果原有密闭或煤柱强度不够或采掘的沟通，大量的泥浆就会突然涌出造成人员伤亡事故。,防止溃浆事故要做到：1）要经常观察水情 灌了多少浆，流出了多少水，要做好记录。如果排出的水量太少，说明

44、在采空区有大量积水，应立即停止灌浆，采取放水措施。或作好记号，在下分层掘进或回采时进行打钻探放水工作。2）设置滤浆密闭 在工作面下口靠近放顶线的运输巷道内构筑滤浆密闭，使泥水分开，泥浆留于采空区，水要排出。3）堵塞裂隙、灌浆钻孔等通道 如果灌浆区与地表塌陷区、裂隙区、灌浆钻孔等有通道时，必须堵塞，以免地表水、地下水、大气降水等通过这些通道进入灌浆区而造成溃浆透水事故。4）在灌浆区下作业时要先探后采掘 灌浆区下作业，一定要先打钻孔探查采空区是否有积水，特别是在有了突水征兆时，更要加倍小心，先探后采掘。窑街矿务局是自然发火严重的老矿，在采用黄泥灌浆中，交了学费，总结了教训，取得了经验。将防止溃浆事

45、故总结为八个字：“探、放、排、引、堵、截、滤、泄”。,探 在回采下分层时，对于上分层或上部煤层灌过浆的区域，如果有突水 征兆时，或上分层灌浆后排出的水量远小于灌浆量时，一定要打钻空探水。放 探查倒有积水存积时，要打大直径钻孔进行放水。排 积水放出后，如不能自动流到大巷水仓，用潜水泵排水。引 积水从掘进工作面和采煤工作面排出后，利用大巷水沟将积水引至井 底水仓。堵 砌堵水墙堵水，暂时存储，逐渐引放。截 堵截灌浆区和其他水体的通道。滤 构筑滤浆密闭，将泥水分开。泄 如果再随采随灌时，虽构筑了滤浆密闭，但积水仍然不能较好的排出，则需要掘专用水沟泄出积水。八个字比较全面地总结了该矿区治理灌浆水的经验，

46、保证了安全生产，值得许多矿区借鉴。,（8）灌浆站的主要设施,灌浆站的主要设施包括：集泥池、泥浆搅拌池、泥浆搅拌机、储土场等1）集泥池 水力取土时，为了方便泥浆泵的吸、送浆，可就地取材，砌筑一个池或用水枪冲刷一个坑。集泥池的大小，根据水枪的冲土能力和水泵的吸泥能力确定。一般以10min的水枪冲土能力或10min的水泵的吸泥能力选大者作为集泥池的体积。池深一般5-6m，设5-10%的坡度。2）泥浆搅拌池 一般按2h灌浆量计算，向出口方向设2-5%坡度，长20m，宽1m，高1m。3）泥浆搅拌机 有行走式和固定式两种。4）储土场 按10天的储土量设计。,（9）预防性灌浆设计,1、预防性灌浆设计依据及基

47、础资料1）煤层赋存条件（1）了解煤层厚度、倾角、埋藏深度选择灌浆方式、土水比（2）了解老窑情况，确定是否采用采前预灌；（3）了解地质情况，断层、裂隙等，是否有采空区与地质构造带沟通，是否与其他水体相连，防止溃浆事故。2）煤炭自然发火情况 煤的碳化程度、煤岩成分、含硫量、自然发火倾向性及自然发火期选择灌浆方式、土水比；3）灌浆材料基本情况 各种浆材的质量、数量、开采条件及采土场与井口位置关系图；（1）根据浆材的质量、数量合理选择灌浆材料；（2）根据开采条件及采土场与井口位置关系合理选择灌浆方法；（3）选择合理的土水比。,4）矿井开拓开采方式和采区布置图（1）灌浆管路设计依据；（2）计算输送倍线；

48、（3）计算是否需要泥浆泵加压灌浆。5）灌浆站的工作制度（1）计算日灌浆量、时灌浆量；（2）选择灌浆设备。2、预防性灌浆设计步骤1）灌浆系统选择 根据浆材的资料，泥土的开采条件，矿井的开拓开采系统，采区巷道布置方式合理地选择灌浆系统。2）灌浆材料的选择 水土丰富，采用黄泥灌浆，否则采用其他泥浆代用材料，要从经济上考虑。3）地面制浆工艺流程 选择灌浆材料后，根据浆材的情况以及选定的灌浆方法，设计地面浆液制备系统。,3、井下灌浆方法的确定及灌浆参数选择计算1）根据煤层自然发火情况、地质资料、老窑情况等选择灌浆方法；2）根据已知的基础资料合理地选择灌浆参数：土水比、灌浆系数、取土系数等；3）根据已选择

49、参数计算：（1）灌浆用土量m3 Qt1=K.m.L.H.C Qt2=K.G/1或 Qt2=K.m.l.H.C Qt=aQt2（2）灌浆用水量m3 Qw=Kw.Qt.（3）灌浆量m3 Qj=（Qt2+Qw）u Qjh=Qj/n.t m3/h（4）泥浆容重t/m3 j=（w+t)u/2,4、灌浆管道（管壁、壁厚）及泥浆泵选型计算1）灌浆管道计算（1）主要灌浆干管直径计算 根据泥浆流速确定，对泥浆流速的要求是：能够保证泥浆中固体颗粒在输送过程中能够顺利流动而不要沉淀在管 中，以致发生堵管事故。临界流速：保证泥浆中固体颗粒在输送过程中能够顺利流动而不沉淀或 生堵管的最小平均流速。他与土壤的质量、含砂量

50、、比重、土水比等因 素有关，可通过查表得出。根据临界流速计算管径后再反过来验算实际流速，使之略大于临界流速 以保证泥浆的输送和获得最经济的管径。管径计算：式中：Qj小时灌浆量m3/h；v0临界流速m/s；查表选择直径d校验实际流速 v=4Qj/3600d2 要求 vv0,（2）管材确定 地面灌浆管一般采用铸铁管，井下根据灌浆压力确定：压力小于10-16at，大于16at选用无缝钢管。（3）管壁计算垂直管道：,式中：管壁厚度，mm；d管内径，mm；RZ许用应力，无缝钢管800kg/cm2；铸铁管200kg/cm2；普通钢管600kg/cm2；P管内压力kg/cm2，P=0.11jH；j 泥浆容重