矿井灾害防治理论与技术矿井火灾及其防治.ppt

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1、矿井灾害防治理论与矿井灾害防治理论与技术矿井火灾及其防技术矿井火灾及其防治治 矿井火灾及其防治第一节第一节 概述概述第二节第二节 自燃火灾及煤炭自燃自燃火灾及煤炭自燃第三节第三节 预防煤炭自燃火灾预防煤炭自燃火灾第四节第四节 预防外因火灾预防外因火灾第五节第五节 矿井灭火矿井灭火第六节第六节 火区管理与启封火区管理与启封 矿井瓦斯及其防治本章的主要内容：本章的主要内容：发生火灾的基本要素、矿井火灾的危害、矿井火灾统计发生火灾的基本要素、矿井火灾的危害、矿井火灾统计分析、分析、外因火灾防治的技术途径、矿井火灾的防治对外因火灾防治的技术途径、矿井火灾的防治对策、矿井火灾处理、火区管理策、矿井火灾处

2、理、火区管理本章的本章的难难点：点：煤炭自燃及自燃火灾的预防、火风压煤炭自燃及自燃火灾的预防、火风压教学教学难难点：点：外因火灾防治的技术途径外因火灾防治的技术途径第一节 概述矿井火灾矿井火灾矿井火灾矿井火灾是指发生在矿井井下或地面井口附近、威胁矿是指发生在矿井井下或地面井口附近、威胁矿井安全生产、形成灾害的一切井安全生产、形成灾害的一切 非控制燃烧非控制燃烧。是煤矿生产中的主要自然灾害之一。是煤矿生产中的主要自然灾害之一。矿井火灾的发生和发展不仅会烧毁大量的煤炭资源和设矿井火灾的发生和发展不仅会烧毁大量的煤炭资源和设备，而且产生大量的高温烟流和有害气体，危及井下工备，而且产生大量的高温烟流和

3、有害气体，危及井下工作人员的生命安全，有时还诱发瓦斯、煤尘爆炸，进一作人员的生命安全，有时还诱发瓦斯、煤尘爆炸，进一步扩大其灾难性。步扩大其灾难性。第一节 概述矿井火灾矿井火灾矿井火灾是煤矿最主要灾害之一，每一场火灾的发生，矿井火灾是煤矿最主要灾害之一，每一场火灾的发生，轻则影响生产，重则可能烧毁煤炭资源和矿井设备，更为轻则影响生产，重则可能烧毁煤炭资源和矿井设备，更为严重时则可能引燃瓦斯煤尘爆炸或火烟毒化矿井，酿成人严重时则可能引燃瓦斯煤尘爆炸或火烟毒化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。员伤亡的重大恶性事故。据统计，扑灭一场中等火灾也要付出数以万计的直接灭据统计，扑灭一场中等火灾也要付出数以

4、万计的直接灭火费用。重大恶性火灾事故造成政治、经济以及资源上的火费用。重大恶性火灾事故造成政治、经济以及资源上的损失往往是难以估量的，对矿工情感上的伤害也非短期可损失往往是难以估量的，对矿工情感上的伤害也非短期可以消除。尽管当前矿井防灭火技术有了很大发展，但是仍以消除。尽管当前矿井防灭火技术有了很大发展，但是仍然难以杜绝矿井火灾的发生，因此，必须作好矿井的防火然难以杜绝矿井火灾的发生，因此，必须作好矿井的防火灭火工作，以保证生产的安全进行。灭火工作，以保证生产的安全进行。第一节 概述矿井火灾矿井火灾我国是一个矿井火灾事故多发的国家。我国是一个矿井火灾事故多发的国家。仅仅2000年一年，全国国有

5、煤矿的年一年，全国国有煤矿的425对矿井统计，就共对矿井统计，就共发生各种火灾事故发生各种火灾事故168起，其中外因火灾起，其中外因火灾14起，内因火灾起，内因火灾154起，冻结煤量起，冻结煤量4217 Mt，封闭采区或工作面，封闭采区或工作面59个，发火个，发火率为率为0.318次次/Mt。第一节 概述矿井火灾矿井火灾2010年煤矿事故严重度的统计年煤矿事故严重度的统计矿井封闭达矿井封闭达10001000多万多万m m3 3，火区范围广（，火区范围广（300300多万多万 m m3 3）A 烟雾冲出井口B.井口密闭摧毁C 井口风门倒塌D.风机房炸上天第一节 概述引起火灾的基本要素引起火灾的基

6、本要素热源具有一定温度和足够热量的热源才能引起火灾。在矿井中煤的自燃、爆破作业、机械摩檫、电流短路、吸烟、烧焊等，都有可能成为引火的热源。可燃物可燃物可燃物的存在是火灾发生的物质基础。可燃物的存在是火灾发生的物质基础。u在矿井中，煤本身就是一个大量且普遍存在的可燃物。另外，坑在矿井中，煤本身就是一个大量且普遍存在的可燃物。另外，坑木、各类机电设备、各种油料、炸药等都具有可燃性。木、各类机电设备、各种油料、炸药等都具有可燃性。氧气氧气氧气氧气燃燃燃燃烧烧烧烧是是是是剧剧剧剧烈的氧化反烈的氧化反烈的氧化反烈的氧化反应应应应。任有可燃物尽管有任有可燃物尽管有任有可燃物尽管有任有可燃物尽管有热热热热源

7、点燃，但缺乏足源点燃，但缺乏足源点燃，但缺乏足源点燃，但缺乏足够够够够氧气氧气氧气氧气时时时时，燃，燃，燃，燃烧烧烧烧是不能持是不能持是不能持是不能持续续续续的，所以的，所以的，所以的，所以氧气供氧气供氧气供氧气供给给给给是是是是维维维维持燃持燃持燃持燃烧烧烧烧不可缺少的条件。不可缺少的条件。不可缺少的条件。不可缺少的条件。以上火灾发生的三要素必须是同时存在才会发生，相互结合、以上火灾发生的三要素必须是同时存在才会发生，相互结合、缺一不可。缺一不可。第一节 概述发生火灾的基本要素发生火灾的基本要素火灾发生的三要素必须是同时存在才会发生，相互结合、火灾发生的三要素必须是同时存在才会发生，相互结合

8、、缺一不可。缺一不可。第一节 概述矿井火灾的分类矿井火灾的分类根据引起矿并火灾的火源不同，通常可将矿井火灾分矿井火灾分成两大类：成两大类：u外部火源引起的矿井火灾，也叫外因火灾外因火灾；u由于煤炭自身的物理化学性质的内在因素引起的火灾，也叫内因火灾内因火灾。第一节 概述矿井火灾的分类矿井火灾的分类外因火灾外因火灾又称外源火灾，是指由于外来热源，如明火、放糊炮、电焊、气焊、在井下吸烟、人为纵火等原因造成的火灾。井下电气设备井下电气设备因使用不当或维修不及时而短路所产生的电弧火花也可引起矿井火灾；矿井瓦斯、煤尘的燃烧或爆炸亦可以引燃井下可燃物而形成矿井火灾。还有违章爆破还有违章爆破，如用明火或用动

9、力线爆破、火药变质、放糊炮等都可能引起矿井火灾。第一节 概述矿井火灾的分类矿井火灾的分类矿井内因火灾的特点：矿井内因火灾的特点：矿井内因火灾的特点：矿井内因火灾的特点：煤炭自燃发火有一个或长或短的煤炭自燃发火有一个或长或短的发展过程发展过程，易于易于早期早期发现；发现；但是，内因火源隐蔽，往往发生在人们难以进入的采但是，内因火源隐蔽，往往发生在人们难以进入的采空区或煤柱内，空区或煤柱内，要想真正找到火源确非易事；要想真正找到火源确非易事；要想真正找到火源确非易事；要想真正找到火源确非易事；因此，常常不能及时灭火，致使有的自然发火区可以因此，常常不能及时灭火，致使有的自然发火区可以持续持续持续持

10、续数月、数年乃至数十年而不灭。数月、数年乃至数十年而不灭。第一节 概述矿井火灾的分类矿井火灾的分类内因火灾内因火灾内因火灾内因火灾又称又称自然自然火灾，是指由于一些自燃物质火灾，是指由于一些自燃物质(主要是煤主要是煤)在一定条件或环境下在一定条件或环境下(如破碎后集中堆积，又如破碎后集中堆积，又有一定的风流供给有一定的风流供给)自身发生物理化学变化、积聚热量从自身发生物理化学变化、积聚热量从而导致着火而形成的火灾。而导致着火而形成的火灾。矿井内因火灾矿井内因火灾，大多发生在：，大多发生在：采空区遗留的煤柱采空区遗留的煤柱破裂的煤壁破裂的煤壁煤巷高冒处煤巷高冒处浮煤堆积的地点。浮煤堆积的地点。第

11、一节 概述矿井火灾的分类矿井火灾的分类矿井内因火灾的特点：矿井内因火灾的特点：矿井内因火灾的特点：矿井内因火灾的特点：煤炭自燃发火有一个或长或短的煤炭自燃发火有一个或长或短的发展过程发展过程，易于易于早期早期发现；发现；但是，内因火源隐蔽，往往发生在人们难以进入的采但是，内因火源隐蔽，往往发生在人们难以进入的采空区或煤柱内，空区或煤柱内，要想真正找到火源确非易事；要想真正找到火源确非易事；要想真正找到火源确非易事；要想真正找到火源确非易事；因此，常常不能及时灭火，致使有的自然发火区可以因此，常常不能及时灭火，致使有的自然发火区可以持续持续持续持续数月、数年乃至数十年而不灭。数月、数年乃至数十年

12、而不灭。第一节 概述矿井火灾的分类矿井火灾的分类根据发火根据发火地点地点地点地点不同，不同，矿井火灾又可分为：矿井火灾又可分为：矿井火灾又可分为：矿井火灾又可分为：井筒火灾井筒火灾井筒火灾井筒火灾巷道火灾巷道火灾巷道火灾巷道火灾采面火灾采面火灾采面火灾采面火灾煤柱火灾煤柱火灾煤柱火灾煤柱火灾采空区火灾采空区火灾采空区火灾采空区火灾硐室火灾硐室火灾硐室火灾硐室火灾第一节 概述矿井火灾的分类矿井火灾的分类由于由于燃烧物质燃烧物质燃烧物质燃烧物质的不同，的不同，矿井火灾又可分为：矿井火灾又可分为：矿井火灾又可分为：矿井火灾又可分为：机电设备火灾机电设备火灾机电设备火灾机电设备火灾火药燃烧火灾火药燃烧

13、火灾火药燃烧火灾火药燃烧火灾油料燃烧火灾油料燃烧火灾油料燃烧火灾油料燃烧火灾坑木燃烧火灾坑木燃烧火灾坑木燃烧火灾坑木燃烧火灾瓦斯燃烧火灾瓦斯燃烧火灾瓦斯燃烧火灾瓦斯燃烧火灾煤炭燃烧火灾煤炭燃烧火灾煤炭燃烧火灾煤炭燃烧火灾第一节 概述矿井火灾的分类矿井火灾的分类根据发火根据发火性质性质性质性质不同，不同，矿井火灾还可分为：矿井火灾还可分为：矿井火灾还可分为：矿井火灾还可分为：原生火灾原生火灾原生火灾原生火灾在原生火灾发展过程中，含有在原生火灾发展过程中，含有可燃物的可燃物的高温烟流高温烟流由于缺氧而未由于缺氧而未能完全燃烧，在排烟的道路上一能完全燃烧，在排烟的道路上一旦与风流汇合，很可能旦与风流

14、汇合，很可能再次燃烧。再次燃烧。再次燃烧。再次燃烧。次生或再生火灾次生或再生火灾次生或再生火灾次生或再生火灾次生火灾，是指由原生火灾而次生火灾，是指由原生火灾而引起的火灾。引起的火灾。第一节 概述火风压火风压1 1、火风压的概念、火风压的概念井下发生火灾时，由于高温烟流流经有标高差的井巷所产生的附加风压。矿井中发生火灾时，烟流主要沿着原来的风流方向移动，火灾波及的范围内空气温度升高，形成与自然风压相同的火风压。火风压可以使巷道内的风流逆转，使有毒有害气体波及到临近巷道，造成人员伤亡，还可以使通风系统混乱，造成瓦斯爆炸。第一节 概述火风压火风压2 2、控制火风压、控制火风压控制控制火风压，尽可能

15、使之减小。采用灭火，修筑临时防火密闭墙，加大供风量，利用火源近的巷道将烟直接引入总风道排至地面。图图1 1第一节 概述火风压火风压3 3、火风压的特性、火风压的特性、火风压的特性、火风压的特性（l）火风压火风压产生于烟流流过的有产生于烟流流过的有高差高差高差高差的倾斜或垂直巷道的倾斜或垂直巷道中；中；（2）火风压火风压的作用的作用相当于相当于在高温烟流流过的风路上安在高温烟流流过的风路上安设了一系列设了一系列辅助通风机辅助通风机辅助通风机辅助通风机；（3）火风压火风压火风压火风压的作用方向总是的作用方向总是向上向上向上向上。第一节 概述火风压火风压4 4、火风压的危害、火风压的危害、火风压的危

16、害、火风压的危害旁侧支路风流逆转旁侧支路风流逆转 主干风路烟流逆退主干风路烟流逆退第一节 概述火风压火风压4 4、火风压的危害、火风压的危害、火风压的危害、火风压的危害火烟滚退示意图火烟滚退示意图 第一节 概述矿井火灾的危害矿井火灾的危害矿井火灾是煤矿五大自然灾害之一。矿井火灾是煤矿五大自然灾害之一。井下发生火灾，不仅会造成煤炭资源损失、工程和设备破坏、导致生产中断，而且更为严重的是会直接威胁到矿工生命安全。据统计，全国煤矿矿井火灾事故以死亡人数统计计算，火灾只占1.52%1.52%，排在各类灾害的最后；在一次死亡3人以上的各类事故中，以死亡人数计算，火灾事故却占到3.72%3.72%，仅次于

17、瓦斯事故、顶板事故和水害事故，位居第四第四。1961年3月16日，抚顺矿务局胜利矿一次矿井火灾事故就有110110人人遇难。第一节 概述矿井火灾的危害具体表现在以下几个方面：矿井火灾的危害具体表现在以下几个方面：井下发生火灾后，产生大量的有害气体井下发生火灾后，产生大量的有害气体引起瓦斯、煤引起瓦斯、煤引起瓦斯、煤引起瓦斯、煤尘尘尘尘爆炸爆炸爆炸爆炸在有瓦斯、煤在有瓦斯、煤尘尘爆炸危爆炸危险险的的矿矿井，火灾不井，火灾不仅仅会直接会直接导导致瓦斯、煤致瓦斯、煤尘尘爆炸，爆炸，就是在就是在处处理火灾事故中也极易理火灾事故中也极易诱发诱发瓦斯、煤瓦斯、煤尘尘爆炸事故，从而爆炸事故，从而扩扩大灾情。

18、大灾情。产产产产生火生火生火生火风压风压风压风压u火火风压风压，指火灾，指火灾产产生的高温烟流流生的高温烟流流经经有高差的井巷所有高差的井巷所产产生的附加生的附加风压风压。u火火风压风压常会造成常会造成风风流紊乱，使某些井巷的流紊乱，使某些井巷的风风流方向流方向发发生逆生逆转现转现象，象，导导致受灾范致受灾范围扩围扩大，容大，容易使易使灭灭火人火人员员陷入火区。陷入火区。产产产产生再生火源生再生火源生再生火源生再生火源u炽热炽热含含挥发挥发性气体的烟流与相接巷道新性气体的烟流与相接巷道新鲜风鲜风流交流交汇汇后燃后燃烧烧，使火源下，使火源下风侧风侧可能出可能出现现若干再生若干再生火源，使煤炭火源

19、，使煤炭资资源大量被源大量被烧烧毁毁或或冻结冻结，损损坏机械坏机械设备设备。造成造成造成造成经济损经济损经济损经济损失失失失u包括在火灾包括在火灾过过程中程中烧烧毁毁的物的物质质、资资源、源、设备设备，在救灾，在救灾过过程中所消耗的器材、物程中所消耗的器材、物质质、人、人员员工工资资以及因火灾停以及因火灾停产产、减、减产带产带来的直接来的直接经济损经济损失，失，还还有因封有因封闭闭火区不能启封煤量所造成的火区不能启封煤量所造成的经济损经济损失，以及遇失，以及遇难难人人员员的的丧丧葬葬费费、家属、家属抚抚恤金、恤金、伤伤残人残人员员医医疗费疗费等等经济损经济损失。失。第一节 概述矿井火灾统计分析

20、矿井火灾统计分析1、全国煤矿矿井火灾事故uu合计死亡人数为：合计死亡人数为：434434人人uu占总死亡人数的：占总死亡人数的：1.71.72、全国煤、全国煤矿矿一次死亡一次死亡3人以上人以上矿矿井火灾事故井火灾事故发发生次数按企生次数按企业业性性质统计质统计所占所占比例比例为为：uu国有重点：国有重点：国有重点：国有重点：6.45%6.45%6.45%6.45%uu国有地方：国有地方：国有地方：国有地方：29.03%29.03%29.03%29.03%uu乡镇乡镇乡镇乡镇煤煤煤煤矿矿矿矿：64.52%64.52%64.52%64.52%3 3、全国煤、全国煤矿矿一次死亡一次死亡1010人以上

21、人以上矿矿井火灾事故井火灾事故发发生次数按企生次数按企业业性性质统计质统计所占所占比例比例为为：uu国有重点：国有重点：国有重点：国有重点：6.45%6.45%6.45%6.45%；uu国有地方：国有地方：国有地方：国有地方：29.03%29.03%29.03%29.03%uu乡镇乡镇乡镇乡镇煤煤煤煤矿矿矿矿：64.52%64.52%64.52%64.52%第二节 自燃火灾与煤炭自燃我国存在有煤炭自燃的矿井占矿井总数的我国存在有煤炭自燃的矿井占矿井总数的 56%，具有，具有自然发火危险的煤层占累计可采煤层数的自然发火危险的煤层占累计可采煤层数的 60%；煤炭自；煤炭自燃而引起的火灾占矿井火灾总

22、数的燃而引起的火灾占矿井火灾总数的 8590%。近年来我国广泛采用综采放顶煤开采技术，使生产效近年来我国广泛采用综采放顶煤开采技术，使生产效率大幅提高。但这种采煤方法采空区遗留残煤多、冒落率大幅提高。但这种采煤方法采空区遗留残煤多、冒落高度大、漏风严重，使得自然火灾发生频繁，常常价值高度大、漏风严重，使得自然火灾发生频繁，常常价值几千万元的综采装备被封闭在火区中，此外还使大量的几千万元的综采装备被封闭在火区中，此外还使大量的煤炭被火区冻结，造成巨大的经济损失。煤炭被火区冻结，造成巨大的经济损失。煤炭自燃已成为制约高产高效矿井安全生产与发展的煤炭自燃已成为制约高产高效矿井安全生产与发展的主要因素

23、之一。主要因素之一。第二节 自燃火灾与煤炭自燃自然发火的定义自然发火的定义 在理论上，自然发火是指有自燃倾向性的煤层被开采在理论上，自然发火是指有自燃倾向性的煤层被开采破碎后在常温下与空气接触，发生氧化，产生热量使其破碎后在常温下与空气接触，发生氧化，产生热量使其温度升高，出现发火和冒烟的现象叫自然发火温度升高，出现发火和冒烟的现象叫自然发火。名词解释：名词解释：自燃自燃=自然发火自然发火煤矿常见发生自燃的地点：煤矿常见发生自燃的地点：巷道煤围帮、采空区、其他；巷道煤围帮、采空区、其他；第二节 自燃火灾与煤炭自燃巷道围岩（煤）氧化与自燃问题巷道围岩（煤）氧化与自燃问题 松动圈煤长期受松动圈煤长

24、期受到氧化，容易发到氧化，容易发生自燃生自燃？巷道松动圈模型通风通风风流风流顶 板 岩 层松动圈放出CO气体！第二节 自燃火灾与煤炭自燃采空区遗留煤自燃问题采空区遗留煤自燃问题如堆积煤、煤仓、巷道三角点等如堆积煤、煤仓、巷道三角点等 第二节 自燃火灾与煤炭自燃自然发火自然发火在矿井防灭火规范中规定出现下列现象之一，即为自燃发火。煤因自燃出现明火、火炭或烟雾等现象；由于煤炭自热而使煤体、围岩或空气温度升高至7070 以上；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。第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤炭自然发火机理煤炭自然发火机理早在1862年，德国人

25、戈朗布曼（Grumbman）发表了第一篇关于煤炭自燃起因的文章。一百多年来，人们提出了若干学说来解释煤的自燃，如黄铁矿作用、细菌作用、酚基作用，煤氧复合作用等学说。黄铁矿作用学说认为煤的自燃是由于煤层中的黄铁矿(FeS2)与空气中的水份和氧相互作用、发生热反应而引起的。第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤炭自然发火机理煤炭自然发火机理细菌作用学说认为，在细菌作用下，煤在发酵过程中放出一定热量对煤自热起了决定性作用。酚基作用学说认为，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而造成的。煤氧复合作用学说认为，原始煤体自暴露于空气中后，与氧气结合，发生氧化并产生热量，当

26、具备适宜的储热条件，就开始升温，最终导致煤的自燃。第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤的自燃发火期煤的自燃发火期煤的煤的自然发火期自然发火期：对一定的煤，在具有供氧和蓄热环：对一定的煤，在具有供氧和蓄热环境的条件下，产生自然发火需要的时间，一般用境的条件下，产生自然发火需要的时间，一般用月月表示。表示。这里谈的时间这里谈的时间是煤炭暴露在有氧和可蓄热环境条件的是煤炭暴露在有氧和可蓄热环境条件的时间。时间。煤的自燃发火期是一个统计数据。包括：煤的自燃发火期是一个统计数据。包括：煤的自燃倾向性（内因），也反映了煤炭开采的外因煤的自燃倾向性（内因），也反映了煤炭开采的外因条件（漏风，管理，开采条件）。条件（

27、漏风，管理，开采条件）。第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤的自燃发火期煤的自燃发火期煤炭自燃发火是一渐变过程，要经过潜伏期、自热期潜伏期、自热期和燃烧期燃烧期三个阶段，因此，具有自燃倾向性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燃发火。这一时间间隔叫做煤层的自燃发火期自燃发火期，是煤层自燃危险在时间上的量度。自燃发火期愈短愈短的煤层，其自燃危险性愈大愈大。第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤的自燃发火期煤的自燃发火期煤的氧化自燃过程煤的氧化自燃过程其过程其过程如图所示。如图所示。潜伏期潜伏期自热期自热期自燃自燃 煤自燃发展过程示意图煤自燃发展过程示意图 第二节 自燃火灾与煤炭自燃发火期自热温度（

28、发火期自热温度（Self-heating temperature，SHT）自热温度自热温度也称临界温度，是能使煤自发燃烧的最低温也称临界温度，是能使煤自发燃烧的最低温度。度。一旦达到了该温度点，煤氧化的产热与煤所在环境的一旦达到了该温度点，煤氧化的产热与煤所在环境的散热就失去了平衡，即产热量将高于散热量，就会导致散热就失去了平衡，即产热量将高于散热量，就会导致煤与环境温度的上升，从而又加速了煤的氧化速度并又煤与环境温度的上升，从而又加速了煤的氧化速度并又产生更多的热量，直至煤自燃起来。产生更多的热量，直至煤自燃起来。煤的自热温度煤的自热温度与煤的产热能力和蓄热环境有关，对于与煤的产热能力和蓄热

29、环境有关，对于具有相同产热能力的煤，煤的自热温度也是不同的，主具有相同产热能力的煤，煤的自热温度也是不同的，主要取决于煤所在的散热环境。要取决于煤所在的散热环境。因此应注意即使是同一种煤，其因此应注意即使是同一种煤，其自热温度自热温度不是一个常不是一个常量，受散热（蓄热）环境影响很大。量，受散热（蓄热）环境影响很大。第二节 自燃火灾与煤炭自燃发火期自热温度（发火期自热温度（Self-heating temperature，SHT）自热期自热期的发展有可能使煤温上升到着火温度的发展有可能使煤温上升到着火温度(Ts)而导致而导致自燃。自燃。煤的煤的着火点温度着火点温度由于煤种不同而变化由于煤种不同

30、而变化无烟煤一般为无烟煤一般为400烟煤为烟煤为320380褐煤为褐煤为270350。第二节 自燃火灾与煤炭自燃从煤的氧化自燃过程可以看出，煤炭自燃必须具备以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：下三个条件：煤炭具有自燃的煤炭具有自燃的倾向性，并呈破碎状态堆积存在；，并呈破碎状态堆积存在；连续的通风连续的通风供氧维持煤的氧化过程不断地发展；煤的氧化过程不断地发展；煤氧化生成的煤氧化生成的热量能大量蓄积，难以及时散失。，难以及时散失。第二节 自燃火灾与煤炭自燃影响煤炭自然发火的因素影响煤炭自然发火的因素1、煤的变质程度煤的变质过程伴随着煤分子结构的变化，碳化程度越高，煤体内含

31、有的活性结构越少。煤的变质程度是煤自燃倾向性的决定性因素。现场的统计表明：褐煤最易自燃，无烟煤最不易自燃，烟煤介于二者之间。第二节 自燃火灾与煤炭自燃影响煤炭自然发火的因素影响煤炭自然发火的因素2、煤岩成分、煤岩成分煤岩成分煤岩成分一般分为丝煤、暗煤、亮煤和镜煤四种。一般分为丝煤、暗煤、亮煤和镜煤四种。不同的煤岩成分有着不同的氧化性。不同的煤岩成分有着不同的氧化性。在低温下，丝煤吸氧最多，但是，随着温度的升高，在低温下，丝煤吸氧最多，但是，随着温度的升高，镜煤吸附氧能力最强，其次是亮煤，暗煤最难于自燃。镜煤吸附氧能力最强，其次是亮煤，暗煤最难于自燃。镜煤与亮煤镜煤与亮煤脆性大，易破碎，而且灰分

32、少，在其次生脆性大，易破碎，而且灰分少，在其次生的裂隙中常伴有黄铁矿，开采中易碎裂为微细的颗粒，的裂隙中常伴有黄铁矿，开采中易碎裂为微细的颗粒，细微状的煤粒或黄铁矿都有较高的自燃氧化特性，因此细微状的煤粒或黄铁矿都有较高的自燃氧化特性，因此它的氧化接触面积大，着火温度低。它的氧化接触面积大，着火温度低。故故镜煤与亮煤镜煤与亮煤在丝煤吸附氧化升温的促使诱导下很容在丝煤吸附氧化升温的促使诱导下很容易自燃。易自燃。第二节 自燃火灾与煤炭自燃影响煤炭自然发火的因素影响煤炭自然发火的因素3、煤的含硫量、煤的含硫量硫在煤中有三种存在形式：硫化铁即硫在煤中有三种存在形式：硫化铁即黄铁矿黄铁矿(FeS2)、有

33、机硫有机硫以及以及硫酸盐硫酸盐。对煤自燃起主导作用的是对煤自燃起主导作用的是黄铁矿黄铁矿。黄铁矿黄铁矿的比热小，它与煤吸附相同的氧量而温度的增的比热小，它与煤吸附相同的氧量而温度的增值比煤大值比煤大3倍。倍。黄铁矿黄铁矿在低温氧化时产生硫酸铁和硫酸亚铁，体积增在低温氧化时产生硫酸铁和硫酸亚铁，体积增大，使煤体膨胀而变得松散，增大了氧化表面积，而大，使煤体膨胀而变得松散，增大了氧化表面积，而且其分解产物比煤的吸氧性更强，能将吸附的氧转让且其分解产物比煤的吸氧性更强，能将吸附的氧转让给煤粒使之发生氧化。给煤粒使之发生氧化。在煤中含在煤中含黄铁矿越多黄铁矿越多，就越，就越易易自燃。自燃。我国西南主要

34、矿区的统计资料表明，我国西南主要矿区的统计资料表明，含硫含硫3%以上的煤以上的煤层均为自然发火煤层。层均为自然发火煤层。第二节 自燃火灾与煤炭自燃影响煤炭自然发火的因素影响煤炭自然发火的因素4、煤的粒度、孔隙特性和破碎程度、煤的粒度、孔隙特性和破碎程度完整完整的煤体一般的煤体一般不会不会发生自燃，一旦受压破裂，呈破发生自燃，一旦受压破裂，呈破碎状态存在，其自燃性能显著提高。碎状态存在，其自燃性能显著提高。这是因为这是因为破碎的煤炭破碎的煤炭不仅与氧接触的表面积增大，而不仅与氧接触的表面积增大，而且着火温度也明显降低。且着火温度也明显降低。有人研究，当煤粒度小于有人研究，当煤粒度小于1mm时氧化

35、速率与粒径无关，时氧化速率与粒径无关，并认为孔径大于并认为孔径大于100的孔在煤氧化中起重要作用。的孔在煤氧化中起重要作用。根据根据波兰波兰的试验，当烟煤的粒度直径为的试验，当烟煤的粒度直径为1.52mm时，时，其着火点温度大多在其着火点温度大多在330360；粒度直径小于；粒度直径小于1mm以以下时，着火点温度可能降低到下时，着火点温度可能降低到190220。因此，煤的因此，煤的自燃性自燃性随着其孔隙率、破碎度的增加而上随着其孔隙率、破碎度的增加而上升。升。第二节 自燃火灾与煤炭自燃影响煤炭自然发火的因素影响煤炭自然发火的因素5、煤的瓦斯含量、煤的瓦斯含量瓦斯或者其它气体含量较高的煤，由于其

36、内表面含有瓦斯或者其它气体含量较高的煤，由于其内表面含有大量的吸附瓦斯，使煤与空气隔离，氧气不易与煤表面大量的吸附瓦斯，使煤与空气隔离，氧气不易与煤表面发生接触，也就不易与煤进行复合氧化，使煤炭自燃的发生接触，也就不易与煤进行复合氧化，使煤炭自燃的潜伏期加长。潜伏期加长。当煤中残余当煤中残余瓦斯量大于瓦斯量大于5 m3/t时时，煤往往，煤往往难以自燃难以自燃。但是随着瓦斯的放散，煤与氧就更易结合。但是随着瓦斯的放散，煤与氧就更易结合。第二节 自燃火灾与煤炭自燃影响煤炭自然发火的因素影响煤炭自然发火的因素6、水分、水分水分对煤炭自燃过程的影响有水分对煤炭自燃过程的影响有两个两个相互对立的过程。相

37、互对立的过程。首先，首先，煤炭中的煤炭中的水分水分在初期阶段会因为蒸发作用而散在初期阶段会因为蒸发作用而散失，因此，一部分热量就会以水分潜热的形式被水蒸失，因此，一部分热量就会以水分潜热的形式被水蒸气带走，这就有阻止煤体温度升高的趋势。气带走，这就有阻止煤体温度升高的趋势。另一方面，另一方面，煤体也会从空气中吸收水分。这就是所谓煤体也会从空气中吸收水分。这就是所谓的的吸收热吸收热（有时也叫湿润热）会促使煤的温度升高。（有时也叫湿润热）会促使煤的温度升高。水分对煤的总的作用就取决于这两种过程谁占主导地水分对煤的总的作用就取决于这两种过程谁占主导地位。位。第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤炭自燃倾向性煤

38、炭自燃倾向性煤炭自燃倾向性煤炭自燃倾向性是煤的一种自然属性，它取决于煤在是煤的一种自然属性，它取决于煤在常温下的氧化能力和发热能力，是煤发生自燃能力总的常温下的氧化能力和发热能力，是煤发生自燃能力总的量度。不同的煤，其自燃倾向性不同。量度。不同的煤，其自燃倾向性不同。掌握煤的自燃倾向性掌握煤的自燃倾向性非常重要。它是恰当地设计采煤非常重要。它是恰当地设计采煤方法，选择采区规模，合理设计矿井通风和风压条件的方法，选择采区规模，合理设计矿井通风和风压条件的重要依据之一，是采取适当措施存储的重要依据。重要依据之一，是采取适当措施存储的重要依据。我国将煤的自燃倾向性分为容易我国将煤的自燃倾向性分为容易

39、自燃自燃、自燃自燃、不易不易自自燃三类。燃三类。煤矿矿井必须根据煤自燃倾向性的分类等级而采取相煤矿矿井必须根据煤自燃倾向性的分类等级而采取相应的煤防治措施。应的煤防治措施。规程要求必须对新建矿井与生产矿井延深新水平规程要求必须对新建矿井与生产矿井延深新水平的所有煤层的自燃倾向性的所有煤层的自燃倾向性进行鉴定进行鉴定。第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤的自燃倾向性测定方法煤的自燃倾向性测定方法我国从我国从20世纪世纪50年代初期即开展对煤炭自燃倾向性的年代初期即开展对煤炭自燃倾向性的研究，先后采用了：研究，先后采用了：着火点温度降低值法、双氧水法及静态容量吸氧法进着火点温度降低值法、双氧水法及静态容量

40、吸氧法进行研究行研究在在90年代初，开始采用年代初，开始采用吸氧量法吸氧量法，即用双气路气相色，即用双气路气相色谱仪动态吸氧的方法。谱仪动态吸氧的方法。第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤的自燃倾向性测定方法（动态吸氧测定方法）煤的自燃倾向性测定方法（动态吸氧测定方法）30常压煤的吸氧量常压煤的吸氧量煤炭自燃倾向性分类表（褐煤、烟煤类煤炭自燃倾向性分类表（褐煤、烟煤类30常压煤的吸常压煤的吸氧量）氧量）I 容易自燃容易自燃0.8 cm3g-1II 自燃自燃 =0.410.79 cm3g-1III 不易自燃不易自燃0.40 cm3g-1煤炭自燃倾向性分类表（无烟煤）煤炭自燃倾向性分类表（无烟煤）I 容易

41、自燃容易自燃1.00 cm3g-1II 自燃自燃 =0.81-0.99 cm3g-1III 不易自燃不易自燃0.8 cm3g-1第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤炭自燃早期识别与预报煤炭自燃早期识别与预报煤炭自燃的发展有一个过程，如果能在自燃发展的初煤炭自燃的发展有一个过程，如果能在自燃发展的初期发现它，对于阻止其发展，避免酿成火灾，十分重要。期发现它，对于阻止其发展，避免酿成火灾，十分重要。前述的煤炭自燃发展过程中各种物理与化学变化，是前述的煤炭自燃发展过程中各种物理与化学变化，是早期识别和预报的根据。早期识别和预报的根据。识别的方法可归为：识别的方法可归为：（1）人的直接感觉；）人的直接感觉；（

42、2）测定矿内空气和围岩的温度；）测定矿内空气和围岩的温度；（3）测定矿内空气成分的变化；）测定矿内空气成分的变化；（4）物探测定方法。）物探测定方法。（5）气味法（）气味法（electric nose)第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤炭自燃早期识别与预报煤炭自燃早期识别与预报1、人的直接感觉、人的直接感觉利用人的感观进行探测是最简便的方法，虽然常带有利用人的感观进行探测是最简便的方法，虽然常带有一定的主观性，但是这种方法仍然比较可靠。一定的主观性，但是这种方法仍然比较可靠。嗅觉：嗅觉：煤油味、汽油味和轻微芳香气味的非饱和碳氢煤油味、汽油味和轻微芳香气味的非饱和碳氢化合物。化合物。视觉：视觉：煤氧化

43、产生的水蒸气，及其在附近煤岩体表面煤氧化产生的水蒸气，及其在附近煤岩体表面凝结成水珠凝结成水珠(俗称为俗称为“挂汗挂汗”)，在煤炭自燃的最后阶段出，在煤炭自燃的最后阶段出现的烟雾。现的烟雾。感感(触触)觉：觉：煤炭自燃或自热、可燃物燃烧会使环境温煤炭自燃或自热、可燃物燃烧会使环境温度升高，并可能使附近空气中的氧浓度降低，度升高，并可能使附近空气中的氧浓度降低，CO2等有等有害气体增加，所以当人们接近火源时，会有头痛、闷害气体增加，所以当人们接近火源时，会有头痛、闷热、精神疲乏等不适之感。热、精神疲乏等不适之感。第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤炭自燃早期识别与预报煤炭自燃早期识别与预报2、测定矿内空

44、气和围岩温度、测定矿内空气和围岩温度 直接测定直接测定是将测温传感器直接放入测温钻孔中或埋在采是将测温传感器直接放入测温钻孔中或埋在采空区内测定煤岩体温度，常采用的是热电偶和热敏电阻。空区内测定煤岩体温度，常采用的是热电偶和热敏电阻。间接测温方法间接测温方法主要有无线电测温仪、测气味法和红外辐主要有无线电测温仪、测气味法和红外辐射仪等方法。无线电测温方法是将含有热记录装置的无线射仪等方法。无线电测温方法是将含有热记录装置的无线电传感器埋入采空区，根据测得的热量发射出无线电信号。电传感器埋入采空区，根据测得的热量发射出无线电信号。气味剂法气味剂法是将含有低沸点和高蒸汽压并具有浓烈气味的是将含有低

45、沸点和高蒸汽压并具有浓烈气味的液态物质，如硫醇和紫罗兰酮等，将其封装在胶囊中，在液态物质，如硫醇和紫罗兰酮等，将其封装在胶囊中，在设定的高温下，胶囊破裂而发出气味。设定的高温下，胶囊破裂而发出气味。红外辐射测温则红外辐射测温则是通过测定巷道壁面的红外辐射能量而是通过测定巷道壁面的红外辐射能量而测定出煤壁表面温度。测定出煤壁表面温度。第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤炭自燃早期识别与预报煤炭自燃早期识别与预报2、测定矿内空气和围岩温度、测定矿内空气和围岩温度 测温法测温法操作简便，结果可靠，但也存在局限性操作简便，结果可靠，但也存在局限性直接测温由于采空区顶板的垮落或底板裂变易引起测温仪直接测温由于采

46、空区顶板的垮落或底板裂变易引起测温仪表和导线的破坏和折断，在用钢套管保护也易被损坏。表和导线的破坏和折断，在用钢套管保护也易被损坏。无线电传感器受采空区高湿恶劣环境影响难以成功应用无线电传感器受采空区高湿恶劣环境影响难以成功应用气味剂法因靠漏风传播气味，移动速度慢、分布区域小，气味剂法因靠漏风传播气味，移动速度慢、分布区域小，较难测取较难测取当火源离巷道表面较远时，红外辐射测温仪因接触不到热当火源离巷道表面较远时，红外辐射测温仪因接触不到热表面就无能为力表面就无能为力热测定面临的最大问题还在于：热测定面临的最大问题还在于：由于煤体的热传导能力非由于煤体的热传导能力非常弱，热量影响的范围很小常弱

47、，热量影响的范围很小，有时钻孔即使打到火源附近，有时钻孔即使打到火源附近1m，也觉察不到火源的存在，也觉察不到火源的存在第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤炭自燃早期识别与预报煤炭自燃早期识别与预报3、气体分析法、气体分析法煤炭自热过程中会产生煤炭自热过程中会产生CO、CO2、H2、H2O、烷烃等、烷烃等气体成份，故气体分析法被广泛地用于煤炭早期自燃火气体成份，故气体分析法被广泛地用于煤炭早期自燃火灾的预测。灾的预测。由于火灾气体中的主要成分是由于火灾气体中的主要成分是CO、CO2，自从，自从20世纪世纪初以来，这初以来，这两种气体两种气体的变化量一直被用作分析火灾发展的变化量一直被用作分析火灾发展变

48、化趋势的主要指标。变化趋势的主要指标。将这些变化值除以氧气的消耗量将这些变化值除以氧气的消耗量(O2)即可排除新鲜即可排除新鲜空气的稀释影响。空气的稀释影响。这些参数的比值已被广泛用来分析火灾的发展变化趋这些参数的比值已被广泛用来分析火灾的发展变化趋势。势。第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤炭自燃早期识别与预报煤炭自燃早期识别与预报3、气体分析法、气体分析法煤炭自燃指标气体和煤温的关系煤炭自燃指标气体和煤温的关系 Ethane 乙烷Ethylene 乙烯Propylene 丙烯第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤炭自燃早期识别与预报煤炭自燃早期识别与预报3、气体分析法、气体分析法氧气的减少量氧气的减少量(-

49、O2)将这些变化值除以氧气的消耗量将这些变化值除以氧气的消耗量(O2)即可排除新鲜即可排除新鲜空气的稀释影响。空气的稀释影响。这些参数的比值已被广泛用来分析火灾的发展变化趋势。这些参数的比值已被广泛用来分析火灾的发展变化趋势。判断火灾的重要参数是氧气的减少量，即判断火灾的重要参数是氧气的减少量，即-O2。-O2的测算基于的测算基于两个方面两个方面的假设的假设空气中的氧气含量为20.93，惰性气体含量79.04（0.3的CO2气体不包括在内），包含除氮气以外的其它惰性气体视为氮气。火区中的氮气没有被消耗，也没有被增加（除从空气中增加的氮气外）。如果氧气没有被消耗，那么 的比值应该为20.93/7

50、9.04=0.2648，该比值不受其它新加入气体的影响。对于在任何情况下O2和N2的量，可以算出原始O2的量为：0.2648 N2。因此，消耗的氧气量，或者说氧气的差值即可以得到：第二节 自燃火灾与煤炭自燃煤炭自燃早期识别与预报煤炭自燃早期识别与预报3、气体分析法、气体分析法氧气的减少量氧气的减少量(-O2)这些参数的比值已被广泛用来分析火灾的发展变化趋势。判断这些参数的比值已被广泛用来分析火灾的发展变化趋势。判断火灾的重要参数是氧气的减少量，即火灾的重要参数是氧气的减少量，即-O2。-O2的测算基于的测算基于两两个方面个方面的假设的假设火区中的氮气没有被火区中的氮气没有被消耗消耗，也没有被，