陕西陕煤铜川矿业有限公司下石节煤矿易自燃厚煤层防火预测预报技术分析及应用

陕西陕煤铜川矿业有限公司下石节煤矿易自燃厚煤层防火
预测预报技术分析研究及应用
关键词：易自燃厚煤层防火预测预报研究
中图分类号： td 文献标识码： a 文章编号：
一、矿井概况
下石节煤矿隶属陕西煤业集团铜川矿业公司，主采4-2#煤层，平均厚度11m，最厚可达34m，属高瓦斯、油气并存的自燃发火煤层，发火期一般为3-6个月，最短28天；煤尘爆炸性指数为44.37%，我矿主要运输、回风井筒布置在煤层中，煤柱间距30米，主井筒受采动动压较大，近几年通过采空区矸石充填封闭及高强度支护，虽取得了一定效果，因我矿现采取前进开采方法，加之矿井生产接续紧迫，主井筒开拓延伸后，受采动动压将会更大，随之矿井防火压力非常大，目前我矿老巷、采空区封闭后，煤层发火预测方法主要采取人工检查测温法和色谱仪化验分析气体指标分析法作为参考，煤层巷道预测预报技术的分析研究及应用为我矿井安全生产提供保障依据，是一剂预防煤层自燃发火的良方。

二、煤层自燃防火预测预报方法
目前我国针对煤层自燃发火预测预报方法主要通过指标性气体和测温法来判断煤层自燃，我矿08年购置了两台红外热像仪，提高了判断发火点位置准确性，同色谱仪化验气体指标对比，能及时发现氧化自燃区覆盖面积，便于采取有利措施及时处理，大大提高了矿井防火效率。

1、一氧化碳指标气体分析法
自燃指标气体是指能预测和反映其自燃发火状态的某种气体，这种气体的产率随煤温的上升而发生规律性的变化。

煤在氧化升温过程中气体的释放因煤种、煤岩性质、地质条件等内外因素的不同而有差别。

煤层发火过程中，将产生一系列反映煤炭氧化和燃烧程度的指标气体，如co、co2、c2h6、c2h4、c3h8、c2h2等，随着煤温的升高，其产生量将发生显著变化，可以利用指标气体产生量及其变化率和相互间的关系，来进行煤层火灾的早期预报。

目前，国内外煤矿主要使用的自然发火指标气体如下表。

各国自燃发火指标气体
实际情况下，指标气体贯穿于整个煤自燃发火过程中，利用现有的检测技术和手段，co一般在常温情况下就可测定出来；烷烃（乙烷、丙烷）的检出温度比co稍晚，一般在临界温度左右，而且在不同煤种中有不同的显现规律；烯烃气体较co和烷烃气体检出的晚，乙烯在100℃左右才能被测出，是煤自然发火进程是否加速氧化阶段的标志气体，在开始产生的浓度上略高于炔烃气体；炔烃气体出现的时间最晚，只有在较高温度段才出现，与前两者之间有一个明显的温度差和时间差，是煤自然发火步入激烈氧化阶段（也即燃烧阶段）的产物。

根据煤炭自燃的机理，煤在空气中氧化会释放出co和co2，但
由于空气中本身存在一定量的co2，目前国内外普遍采用co作为煤层火灾预报的主要指标气体，这首先是因为煤在低温氧化过程中，co的生成量与煤温之间有十分密切的关系，随着煤温的升高，co 浓度的变化量最明显，所以，采用co作为指标气体比较灵敏；其次是因为煤层中一般不含有co，井下爆破工作中所产生的co能很快被风流所稀释和排除；再次是co检测比较容易、方便。

可以肯定地说，只要井下空气中出现co，并且持续增加，井下存在自燃现象（或高温点）就确定无疑。

co指标的灵敏性好，但是，由于其涌出温度范围宽，从煤的低温氧化阶段直至着火燃烧阶段都能产生co，何时发出预报才能做到准确、适时，就成为很大的难题。

就现场应用来说，考虑到现场的特定环境，特别是煤的自燃大部分发生在采空区或煤柱中，漏风条件的影响极大，使检测到的co浓度与煤温之间的关系不明确，且由于出现co的煤温变化范围较大，在常温时就能产生，使得预报自燃变的复杂，不易确切判定煤的氧化阶段，产生误报和漏报。

我矿井下的现场实也证明，井下煤体中在低温下也能检测出一氧化碳，而且有时数值较大，这可能是在生产过程中煤体发生磨擦断裂，增加了煤体的表面活性所致。

因此，作为自然发火早期预报气体，它需要根据各矿的具体条件，加强观测与分析判断，并与其它气体指标相结合，来预报煤炭自燃。

2、测温法
测温法是指利用温度传感器对被监测地点进行温度监测以发现
煤层发火危险程度的预报方法。

此法可直观的了解煤层的温度及其发火程度，对早期预报有重要的意义。

现有预报发火测温法为：1）直接用检测到的温度进行预报；2）根据温度的变化特性对煤所处环境和条件对煤层发火的可能性进
行预报。

我矿现主要采用的测温仪器有：温度计、红外线、红外热像仪等。

同时为连续观测采空区的温度变化，铺设束管色谱仪分析对监测地点进行实时监控。

3、发火危险区域监测点的布置原则
在煤层火灾的监测中，监测点的布置至关重要，监测点布置应按照以下原则进行：
1）预计易发火区域
按矿井生产环境及煤层发火条件，把各危险区域作为监测对象，即根据发火的时间和空间特性分析布置；
2）布置在高负压区
从全负压角度考虑，只要漏风风流经过高温火点，各泄漏通道以负压最高处最易反映发火区域的真实情况；
3）具有稳定的漏风量
如果进行相对量监测，漏风量不稳定，监测仪上所反映的数值无法表达发火过程中真实情况，即使对绝对量进行监测，由于微小风量测算困难，也会造成很大误差。

因此，监测过程中如无特殊需要，尽量不改变通风系统，改变后则要及时调整测点，各参数量重
新对比整理；
4）测点应避开温差自然风压的影响
如图：井下测点布置原则
测点布置图
当易燃点受下行风流风压作用时，测点按常规应布置在b处。

但当易燃点温度逐渐升高，由于存在标高差异，温差自然风压逐渐增大，此值如果大于全风压时，b点气体成分将无法反映易燃点的真实情况。

假设在高温点两测a、b之间无分支风流，由h1=h—h2，h1为提供漏风风流风压；h2为ab间所具有的自然风压；h为高温影响下的自然风压。

当h10时，b点无法观测灾区气体情况，在这种情况下，应在预计高温点a、b两侧均设侧点，前期可用b测，后期则改用a点进行监测。

4、煤层巷道松散煤体发火预测方法
巷道松散煤体发火预测预报主要是根据煤氧化放热时引起的气体、温度等参数的变化规律，并根据自然发火有关参数，煤在实际条件下的自燃过程，掌握巷道松散煤体的氧化自热情况、自燃征兆，对巷道自燃危险性进预测，并准确地确定出巷道火源或高温点位置，从而为制定防治巷道煤炭自燃火灾措施提供依据，提前采取措施，保证正常生产。

巷道自然发火预测主要分为掘进和生产两个时期。

观测参数主
要包括掘进和生产期间巷道的风量、温度、气体浓度，及松散煤体内部气体成分、温度等。

三、煤层自燃发火征兆分析对比
08-12年我矿井下煤层巷道出现发火征兆共5次，主要发火点分布在建造通风设施前后压差较大的高负压通风区域，煤体裂隙发育，长期漏风氧化蓄热，处理措施主要是以刷帮、喷浆、注浆为主。

下石节煤矿近年煤层巷道自燃发火分析表
四、发火预测预报方法应用
依据我矿近年来煤层自燃发火区域分布情况，主要针对我矿井下自燃区域进行了划分，重点区域进行监控，发现异常，采取措施处理。

1、煤层巷道自燃发火观测点分布
根据巷道煤层所处位置、松散煤体堆积形态、漏风量、散热条件等自燃环境特点，按煤巷自燃区域的危险程度，将巷道煤层自燃危险区域分为三类，巷道内的观测点仅需布置在这些地点即可。

1）容易自燃区域
①煤层巷道高冒区或顶煤离层区；
②煤层巷道联络横川通风设施压差较大区域（负压侧）；
③煤层巷道立体布置交叉点区域。

2）易自燃区域
①煤层巷道硐室及溜煤眼；
②煤巷顶部破碎区；
③工作面回采期间煤巷超前巷道严重变形动压区。

3）可能自燃区域
煤巷上、中、下帮部煤体破碎松散区；
2、日常观测
我矿针对以上自燃发火区域制定巡回交叉检查制度，每天安排防火队采用红外测温仪对巷道冒顶区域、立体交叉巷道、压差较大的联络横川负压侧及巷道煤体破碎区域进行扫描，测定煤体表面温度，测点温度较大时，检查气体（co）对比，。

一旦发现异常，立即采取措施进行处理，同时对该处每班至少进行三次测定煤体温度。

在巷道下风侧（回风侧）布置测点，定期检测co、o2和ch4气体情况，预报自燃情况。

正常情况下，每班人工检测一次；每天取样进行一次色谱分析。

一旦发现异常，必须立即对异常地点进行处理，且同时对巷道下风侧测点每班至少检测二次，并定期（每天至少一次）取气样送地面进行气相色谱分析。

五、结论
总之，我矿防火工作是安全管理中的重中之重，针对我矿实际生产及防火需求，煤层巷道防火预测预报技术的分析研究及应用，预防煤层巷道自燃发火可做到超前预防，将灾害消灭在萌芽状态，为我矿井生产提供第一道安全屏障，切实起到了重要作用。