矿井火灾防治技术

浅谈矿井火灾防治技术

摘要：矿井火灾的防治工作主要包括三个方面：煤层自然发火危险性评价、煤层自然发火的预测预报和矿井火灾的防治技术。煤层自然发火危险性评价的目的是要在火灾发生之前对火灾发生的可能性做出科学性的评价，煤层自然发火的预测预报是在煤矿生产过程中对可能或已经发生的火灾进行监测和预测，而矿井火灾防治技术则是对即将发生或已经发生的火灾采取措施，阻止火灾的发生。

关键词：矿井火灾、防治技术、

中图分类号：td752

一、煤层自然发火危险性评价技术

（一）煤层自燃倾向性评价

煤自然倾向性是煤自然发火危险性评价的首要指标，它表征了煤层开拓之前自然发火的可能程度，反映了煤自身的物理化学性质与其自然发火特性之间的关联性。

世界各主要采煤国都依据本国的具体条件对煤自燃倾向性的鉴定方法和界定指标做了明确规定。我国在20世纪80年代以前，对煤自燃倾性的鉴定沿用前苏联的着火点温度法。该法由于受氧化剂、还原剂和煤之间的复杂作用的影响较大不能切实地反映煤低温自热氧化特性。

煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法及其专用仪器测定仪已在我国煤矿普遍推广和应用。

（二）、煤层开采时期的自燃危险性评价技术

煤层开采时期的自燃危险程度除取决于自身的自燃倾向外，还与煤层的赋存条件、采煤方法、顶板管理方法、开采方式、开采顺序、开采工艺、采场通风方式等外在因素有关。因此，多年来国际上许多国家都在寻求一种能综合判别煤自然发火危险程度的方法。目前国际上大多采用对各种内、外在影响因素综合评分的方法。其指导思想是：首先对煤自燃倾向性进行鉴定，评出其分值，然后在大量统计分析的基础上对影响煤自然发火的外在因素进行主观评判，给出分值。将两者综合相加就得出了相应条件下的煤自然发火的总分值，再按总分值对煤层开采时期的自燃凶险性进行分类。

（三）煤层最短自然女火期评价技术

煤层最短自然发火期预测一直是国内外煤矿安全技术研究领域

的重要方向之一。前苏联利用煤吸氧蓄热研究，提出民以煤吸氧速度常数为基础的检测工艺及其数据处理方法。从“八五”开始，我国着手重点从事典型易燃煤层最短自然发火期的研究，其途径为两条：一是用煤堆氧化实验装置在模拟条件下测定并解算发火期；二是测定煤的吸氧速度、氧化反应速度，以热传导及热平衡原理推算最短自然发火期，并结合地质、开采、通风等影响因素修正确定发火期。通过研制煤层自然发火模拟装置，建立了煤的活化能的计算方法和煤自然发火环境条件的传热、传质数学模型，并提出了描述煤发火的全新指标—碳、氢氧解指数。

二、煤自然发火预测预报技术

煤自然发火的早期预测预报方法主要有气体分析法、测温法、光电法、电离法、烟雾法、磁力预测法等。近年来，随着气味传感器的问世，又逐步形成了气味分析法。我国煤矿矿井火灾预测预报主要采用气体分析法和测温法，并以气体分析法为主。

（一）气体分析法

体分析法是以煤自然发火过程中的气体产物规律来预测预报煤自然发火的过程。气体分析法在过去相当长的时间内采用的是单一co指标，但研究表明，co指标与煤自然发火过程的分段性对应关系差，受现场影响因素干扰较大。

（二）气味检测法

近年来，日本等国研制成功一种气味传感器，并将这些气味传感器用于日本太平洋煤矿井下煤自然发火的早期预测，取得了初步成效，开辟了煤自然发火预测预报气味检测法的新领域。我国煤炭科学研究总院抚顺分院与日本北海道大学、日本能源中心、日本太平洋煤矿合作，在抚顺矿务局老虎台煤矿以气味检测法为中心开工展了煤矿自然发火综合防治技术的研究，就气味传感器对煤矿火灾气体单一组分的敏感性及其规律、气味传感器的敏感性与煤质的关系进行了较系统的研究。

气味检测法利用了一组不同类型（目前主要有5种类型）的气味传感器。气味传感器是一种结构与人类嗅觉鼻粘膜极为相似的人工合成双层薄膜，当薄膜吸附气味后，覆盖在振动器上的薄膜的重量增加，振动器的频率改变，频率变化大小可以用电信号输出，能够

测出量频率就能够确定吸附气味的总量。气味检测法不但能检测出煤低温氧化初期释放气味的微弱变化，借助于人工神经网络（ann）分析，还能识别不同物质（如胶带、坑木、煤炭、机油等）燃烧时所释放的气味。如果矿井火灾为上述这些物质混合燃烧，通过神经网络分析还能初步判别燃烧物质的比例，因此能实现对矿井外因火灾的监测与识别。

虽然气味检测法及其预测指标的研究取得了一定的研究成果，但在实际应用中，井下放炮的炮烟、胶带输送机和采煤机等大型机电设备的开停、放煤落煤以及通风系统的改变等都会对气味传感器的监测造成一定的影响，因此，气味检测法与矿井监测场所气体、气味的本底情况有密切关系，就其实用性而言，还有待于深入研究。（三）测温法

测温法也是煤自然发火监测的常用方法之一。测温法主要用于煤层巷道异常点温度的监测，常用方法有热电偶测法、红外测温法、激光测温法等。便由于受煤矿井下作业环境流动性、分散性、相对空间的受限及作业战线长的影响，温度监测不仅所需监测的点多，而且工作量巨大，采用热昌偶等温度传感器时，其成本昂贵，管理困梭，致使矿井火灾温度监测技术未能得到推广应用。

目前，我国已研制成功了测温电缆式矿井火灾温度在线实时监测系统，日本太平洋煤矿装备了热电偶温度传感器监测系统，这两种监测系统工程都可根据监测点温度的变化情况确定自然发火态势，并指导防灭火措施工队的制定与实施。

（四）磁力预测法

磁力预测法原理：铁磁性物质存在的区域温度发生变化时，其磁化率、磁场强度出随之发生相应变化，通过仪器测定磁场变化规律就可对自然发火进行预测预报。此方法只适于煤层顶底板有碰性物质或能撒布铁磁性物质的地方，其应用受到工艺和仪器灵敏度的限制。

从煤自然发火预测预报技术来看，应继续强化基础研究，深入探计煤自然发火的物理化学过程特性，建立煤自然发火机原理的热力学解释，从系统工程学角度，结合煤自然发火的内、外在因素，多层次、多科学地研究煤自然发火危险性动态预测模型，建立煤自然发火危险性预测方法和装备，实现我国矿井火灾的动态早期预测预报。

（三）矿井火灾防治中存在的问题

近年来我国矿井防灭火技术与装备的长足发展是毋庸置疑的，但还不能与目前矿井火灾现状相适应，仍需要继续不断地完善和提高，只有这样才能从根本上改变矿井防灭火工作的不利局面。目前我国矿井防灭火存在的问题主要表现在以下几个方面：

首先，用于火灾监测的传感器种类单一，稳定性差，精度不高，寿命短而且价格昂贵，极大地制约了火灾监测和预测预报技术的发展。

其次，煤自然发火期测定的实用技术尚未根本解决。虽然我国长期以来围绕煤自然发火期预测进行了大量的理论、实验和模拟等方