滕东煤矿半孤岛工作面防灭火技术研究本科生毕业论文.doc

山东科技大学学士学位论文 摘要毕业设计（论文）题 目 滕东煤矿半孤岛工作面防灭火 技术研究 毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘 要我国煤炭自燃火灾十分严重, 在开采煤层中大约有50%的矿井存在自然发火危险，据统计我国煤矿自燃火灾约占矿井火灾的70%。近年来我国广泛采用综采放顶煤开采技术，使开采效率大幅提高，但这种采煤方法采空区遗留残煤多、冒落高度大、漏风严重，使得自燃火灾发生频繁。本文首先细致分析了煤炭自燃发火的基本理论，包括自然发火的影响因素、早期识别与预防以及其防治技术；再结合滕东煤矿概况及其半孤岛工作面自然发火情况找出火灾隐患点并且采取一定合理的防灭火措施；最后，通过对工作面的温度和相关火灾指标气体的监测判断所采取的防治措施是否起到了作用。在现场采取注浆、注胶、设隔离墙等防灭火措施前后，分别经温度传感器和取样束管获得有关温度和火灾指标气体的数据，再利用Excel软件绘制出温度和煤炭自燃的标志性气体的浓度变化曲线，经分析发现与所研究工作面相邻的采空区的指标气体CO浓度的平均值由97.5ppm降低到20.5ppm，乙烯值恒为0，平均温度降低了4；另一方面所研究的工作面的CO和乙烯一直为0。综上说明本技术方案在半孤岛工作面防灭火方面取得了良好的效果，具有重要的实际应用价值。关键词： 煤矿，半孤岛，火灾，防治VIIIABSTRACTThe situation of our countrys coal spontaneous combustion fire is very serious. There are almost 50% of the existing mines in mining coal seam, which are in the spontaneous combustion danger. According to statistics, Chinese coal spontaneous combustion fire accounted for about 70% of the mine fire. In recent years, fully mechanized caving mining technology is widely used in China, and it makes the mining efficiency greatly improved. However, this method leads to the accumulation of residual coal in goaf, the higher of the badly bleeding, and makes air leakage serious, the spontaneous combustion fire happen frequently.Firstlt, the article carefully analyses the basic theory of the coal spontaneous combustion, including the influencing factors of the natural combustion, early recognition and prevention and its control technology; Then combining the fundamental state of TengDong coal mine and the spontaneous combustion conditions of the semi-isolated island, we can find the hidden fire danger point and take some reasonable measures to control the fire; Finally, according to the monitoring of the working temperature and related fire gas, we can judge whether the prevention measures work.During the period of grouting, plastic injection and setting up the wall in the field, we can acquire some dates of tempeture and related fire gas by the temperature sensor and the samplebeam tube. Then using Excel software to map out the temperature and the concentration curve of index gas of the coal spontaneous combustion.Through the diagrams and tables ,the analysis finds that the average concentration of carbon monoxide as the indicator gas of the goaf adjacent to the research face, reduces from 97.5 ppm to 20.5 ppm, the concentrationof ethylene is always 0 and the mean temperature decreases 4.On the other hand, the concentration of carbon monoxide and ethylene of the research fae is always 0. In summary, the statistical results can illustrate that the technical solutions achieves good results in semi-isolated island face, and has important practical applications.Keywords：Coal mine, Semi-isolated island ,Fire,Control山东科技大学学士学位论文 目录目 录1 绪 论11.1 课题的提出11.2 国内外研究现状21.3 研究思路与方法42煤炭自然发火基本理论62.1煤炭自然发火影响因素62.2煤炭自然发火早期识别与预防122.3煤炭自然发火防治技术192.4 本章小结313滕东煤矿半孤岛工作面自然发火防治技术323.1半孤岛工作面自然发火特点323.2滕东煤矿概况333.3 3下105半孤岛工作面自然发火防治技术433.4 本章小结544 应用效果分析554.1 温度监测记录554.2 指标气体监测记录594.3 本章小结695 主要结论70参考文献72致谢74附录75山东科技大学学士学位论文 绪论1 绪 论1.1 课题的提出矿井火灾是指矿井井下或地面井口附近、威胁矿井安全生产、形成灾害的一切非控制燃烧，是煤炭生产中的主要自然灾害之一1。中国的煤炭储备主要集中在北方的干旱地带上，煤炭产区主要有新疆、陕西、内蒙古等地区，煤炭储备量约5.1万亿吨，约占全国煤炭资源总量的91.12%。在总的矿井火灾总数中，外因火灾占比重一般为10%左右，但危害很大，剩余的90%为内因火灾，内因火灾多由煤炭自燃引起。我国煤炭自燃火灾于分严重, 在开采煤层中大约有50%的矿井存在自然发火危险，据统计我国煤矿自燃火灾约占矿井火灾的70%，一些自然发火严重的矿区,如充州抚顺鹤岗窑街义马淮南六枝等其自然发火占矿井火灾次数的90%以上。近年来我国广泛采用综采放顶煤开采技术，使开采效率大幅提高。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。煤炭作为我国的主要能源，在国民经济能源结构中占据很重要的位置。矿井火灾是煤矿重大灾害之一，一方面矿井火灾不仅烧掉大量的资源、材料和生产设备，而且由于要封闭火区，严重破坏了煤矿正常的生产秩序；另一方面燃烧消耗了风流中的氧气，使风流中的氧气体积分数下降，同时产生大量的热能、有毒气体和粉尘，严重污染环境。矿井火灾的发生又是矿井瓦斯与煤尘爆炸的火源之一，我国矿井近年来发生的瓦斯爆炸的诱发原因其中之一就是煤炭自燃火灾。而煤层自燃火灾防治是一项复杂的系统工程, 它不仅要求矿井有合理的开拓系统和开采方法、合理的矿井采区和工作面通风系统可靠的专项防治措施和管理制度, 还必须掌握相应的防灭火技术、具有完善的防灭火系统及装备,才能得以保障矿井的安全生产。因此，本文主要研究煤矿火灾的辨识和控制技术，这对于煤矿的安全生产和安全管理工作具有于分重要的意义。通过对煤矿所存在的火灾隐患进行细致地分析，研究相应的控制技术。并根据所研究出的控制技术，对煤矿生产现场所存在的火灾隐患进行迅速地分析以及进行有效地预防和控制，确保煤矿生产的安全、有序、高效进行，实现企业的产业目标，创造经济效益，促进社会发展。此项研究对我国煤矿生产企业在生产活动中进行有效的安全管理，防治火灾，提高生产效率，具有非常重要的实践意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究现状煤炭自燃是我国煤矿开采过程中的主要自然灾害之一，不仅威胁井下作业人员的生命安全，而且影响生产的正常进行、冻结大量煤炭资源、造成采矿设备的损失。据统计，我国统配和重点煤矿中具有自然发火危险的矿井约占47%。另据不完全统计和实践表明，矿井自然发火占发火总数的94%，其中采空区自燃占内因火灾的60%。尽管当前矿井防灭火技术有了很大的发展，但是仍然难以杜绝煤炭自燃火灾事故的发生。在矿山火灾的分类辨识方面，我国的研究人员根据发生的地点不同, 可分为地面火灾和井下火灾；按一次火灾所造成的人员伤亡、受灾户数和财物损失金额, 可划分为特大火灾、重大火灾和一般火灾；根据火灾发生的原因, 可分为外因火灾和内因火灾。外因火灾是指由于外来热源, 如明火、爆破、瓦斯煤尘爆炸、机械摩擦、电路短路等原因造成的火灾；内因火灾是指由于煤炭或其他易燃物在一定的条件和环境下自身发生自身氧化积热，发生燃烧引起的火灾。在矿山火灾的预控方面，主要有以下措施和方法：1.煤炭自燃早期识别与预报：（1) 指标气体分析法。煤炭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。（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。此方法可以直观地了解煤层的温度及其发火程度，对火灾预报有重要的意义。（3)示踪气体法。利用等热稳定性较好的示踪气体测定采空区漏风量的技术已经成功应用。（4)测氛法探测火源位置。2.内因火灾的预防及适用条件：(1)开拓开采技术措施。其中包括合理的进行巷道布置、坚持正规开采和合理的开采顺序和减少煤体破碎；(2)防止漏风；(3)均压防灭火。其中又包括开区均压和闭区均压；（4）预防性灌浆；（5）阻化剂；（6）惰性气体；（7）凝胶；（8）三相泡沫。3.矿内灭火。（1）直接灭火。其中包括水灭火、泡沫灭火、水淹灭火、挖除火源、注浆灭火；（2）风流控制和隔绝灭火。风流控制的方法有短路法、调压法、全矿反风、局部反风。常用密闭来隔绝灭火。1.2.2 国外研究现状70年代末，德、英、法、波、原苏联等国先后研究并推广应用了采空区巷旁充填材料、工艺及系列设备。英国的TekPacking高水速凝充填料，相应的井下制浆泵输送设备及采空区巷旁袋装充填工艺；原苏联东方研究所的洗煤厂尾矿地面制浆泵送下井，混合速凝水泥充填工艺；日本、波兰的粉煤灰、水泥地面制浆泵压下井，采空区巷旁袋装充填工艺；英国的轻质发泡水泥浆充填及发泡水泥砌块隔墙堵漏风等。国外最先采用氮气防灭火是在西德进行，1974年西德首先采用大量气体注氮防灭火，其后法国、英国、波兰、苏联等主要产煤国也都先后采用了氮气防灭火方法。国外（如德国、英国）已将其列为扑救井下火灾的一种标准方法，德国在80年代研制了移动式制氮装置，这些装置可快速运到任何地点的矿井使用。近年来德国、英国、法国地面移动式制氮设备的产氮量达1200，产氮量在5000的设备在研发中。惰泡防灭火是70年代兴起的防灭火技术，进入80年代以来，前苏、法等主要产煤国家开发了惰气泡沫压注技术防治采空区浮煤自燃，取得了较为显著的成效，该技术能起到降温，减少漏风，降低采空区氧浓度等作用。但惰泡在碎煤中压注，发泡性能很差，起泡倍数低，若仅起阻化剂作用，则成本太高，且有效率太低。对己形成高温的浮煤，仅依靠惰泡隔氧灭火，需注泡量很大，且一旦停止注泡很易复燃。1.3 研究思路与方法本文主要借助于毕业实习，通过广泛收集和整理资料、听从专业人员的讲解、联系实习实践并广泛参考相关文献，在指导老师的悉心指导下，综合运用自己所学的专业知识，采用理论与实践相结合的研究思路，对本课题进行研究。依据相关资料和实习经历，并研究各种预控技术，及时预防和控制火灾事故的发生，尽量降低火灾事故所带来的损失，保护生命和财产的安全，确保煤矿企业安全、有序、高效的进行生产活动。论文的研究技术路线图如图1.1所示：图1.1 技术路线图腾东煤矿概况半孤岛工作面自然发火特点3下105工作面自然发火防治技术确保3下105工作面安全高效回采半孤岛工作面防灭火技术研究煤炭自然发火影响因素煤炭自然发火早期识别与预防煤炭自然发火防治技术温度检测指标气体检测应用效果分析52山东科技大学学士学位论文 煤炭自然发火基本理论2煤炭自然发火基本理论矿井火灾事故，特别是自然发火事故，对煤矿安全生产的危害在某种意义上来说并不亚于瓦斯、煤尘爆炸事故。煤炭自然发火与外因火灾相比，具有发生、发展缓慢并有规律的演变过程，可在他的初期发现。但是，由于它大多数发生在人们难以达到的采空区、破裂的煤柱之内，所以，有时人们即使发现了自然发火征兆，也不容易找到真正的火源点；加之在自然发火初期，矿内空气温度、气体成分和湿度的变化都比较小，就更难以发现；一旦发现其外部征兆，煤炭自燃已发展到后期。所以，自燃火灾对煤矿安全生产和矿工的生命的危害性更大。2.1煤炭自然发火影响因素自燃火灾形成的过程是许多因素综合作用的结果，但煤层的自燃性能是起决定性作用的因素，其它因素起加剧和增加危险程度的作用。2.1.1 影响煤炭自燃的内在因素影响煤炭自燃的主要内在因素是煤的自燃性能，煤的自燃性能主要受下列因素影响2：（1)煤的变质程度。煤的变质过程伴随着煤分子结构的变化，煤化程度越高，煤体内含有的活性结构越少，所以煤的变质程度是影响煤炭自燃倾向性的决定性因素。就整体而言，煤的自燃倾向性随煤的变质程度增高而降低，即自燃倾向性从褐煤、长焰煤、烟煤、焦煤至无烟煤逐渐减小。例如：D.Chandra和Y. V.S.Prasad (1999)采用交叉点温度法对煤化程度的影响作用研究表明，随着煤化作用增大，煤的自燃性逐渐减弱。彭本信，Ogunsola(1991)及戴中蜀(1999)等学者的研究发现随着煤化程度提高，煤的氧化放热量是按照褐煤长焰煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤的趋势呈有规律的变化。因而许多研究者以煤变质程度来判断自燃趋势。局部而言，煤层自燃倾向性与煤的变质程度之间表现出复杂的关系，即同一煤化程度的煤在不同的地区和不同的矿井，其自燃倾向性可能有较大的差异。（2)煤的粒度、孔隙特征和破碎程度。完整的煤体一般不会发生自燃，一旦受压破裂，呈破碎状态存在，其自燃性能显著提高，这是因为破碎的煤炭不仅与氧气接触的表面积增大，而且着火温度也明显降低。有人研究，当煤粒度小于1mm时氧化速率与粒度无关，并认为孔径大于10nm的孔在煤氧化中起重要作用。根据波兰的试验，当烟煤的粒度直径为1.52mm时，其着火点温度大多在330360；粒度直径小于1mm时，着火点温度可能降低到190220。因此，可以说，煤的自燃性随着其孔隙率、破碎度的增加而上升。这也是煤矿井下自燃多发在粉煤及碎煤集中的地方的原因。如采空区周围边缘地带，在垮塌的煤壁和受压破裂的煤柱等地方。高桑功等(1977) 研究认为：煤的破碎性通常用硬球指数表示，硬球指数即是试验煤样与标准煤样在同一外力的作用下，其暴露的表面积之比值。粒度越细，比表面积成指数的增大，粉碎后煤的传热性能大幅减弱，而氧化条件却变得有利，以氧化蓄热量表示自燃性时，氧化蓄热量与比表面积S的关系可表示为：=K，随着煤粒度不同，煤粉碎前后之氧蓄热量为： （2.1）Schroder、松朴茂雄研究表明煤粒越小，自燃倾向胜越大：Oreshko认为煤的低温氧化速率与煤孔隙的容积有关，而不是内表面积。Schmidt3认为氧化速率与内煤粒外表面积的立方根成正比；Carpenter和Sergeant (1996)研究发现当煤粒径低于某个临界粒径(一般为138387um)时，氧化速率基本与粒径无关：Karsner(1981)的研究表明当粒径在0.84-2.78mm时氧化速率与粒径无关；Bouwman(1996)指出大孔在煤的氧化行为中占支配地位，空气的渗透为扩散控制；Kaji（1985)通过对不同变质程度的煤在30250的氧化行为进行研究后，指出当煤粒度100 埃的孔在煤氧化中起主要作用；A. Kucuk4（2003)等通过对土耳其褐煤实验研究，得出混合粒度煤样的氧化速率大于单一粒度煤样的氧化速率。（3)煤岩成分。煤岩成分对煤的自燃倾向性表现出一定的影响，但不是决定性的因素。煤岩成分一般分为丝煤、暗煤、亮煤和镜煤四种。各种单一的煤岩成分具有不同的氧化活性，其氧化能力按镜煤亮煤暗煤丝煤的顺序递减。具有纤维构造而表面吸附能力很高的丝煤在常温下吸氧能力极强，着火点低（仅为190270），可以起到“引火物”的作用，含丝煤越多，自燃倾向性就越强。镜煤与亮煤脆性大，易破碎，而且灰分小，在其次生的裂隙中常常充填有黄铁矿，开采中易碎为微细的颗粒，细微状的煤粒或黄铁矿都有较高的自燃氧化性能，因此它的氧化接触面积大，着火温度较低，故镜煤与亮煤在丝煤吸附氧化升温的促使诱导下很容易自燃。（4)煤中的瓦斯含量。煤中瓦斯存在和放散影响吸氧和氧化过程进行，它类似用惰性气体稀释空气对氧化发生的影响。实验表明，吸氧仅发生在煤中瓦斯含量小于某一数值的条件下，如果煤中含有较多的瓦斯，那么其吸氧减弱。但也有人认为，煤吸附瓦斯与吸附氧的机理不同，因此影响不大。若煤层中含有较多的瓦斯，由于瓦斯占据了煤的孔隙空间和内表面，降低了煤的吸氧量，所以其自燃危险性较小。有的研究表明，当煤层中的剩余瓦斯含量大于5时，自燃难以发生；瓦斯涌出速度高时，很难发生煤的氧化，但是瓦斯涌出速度小于0.040.05时，瓦斯涌出对煤的氧化过程没有影响。（5)水分。煤中的水分是影响其氧化程度的重要因素，在煤的自热阶段，由于水分的生成和蒸发必然要消耗大量的热。煤体中外在水分没有全部蒸发之前很难上升到100，这就是水分大的煤炭难以自燃的原因。但是，煤中的水分又能充填于煤体微小的孔隙中，把氮气、二氧化碳、甲烷等气体排除，当干燥以后对煤的吸附起活化作用。水分的催化作用随煤温的增高而增大。所以，地面煤堆在雨雪之后容易发生自燃，井下灌溉灭火，疏干之后自燃现象更为强烈。另外，对于有黄铁矿的煤层，水分是促使黄铁矿分解不可缺少的条件。从这方面看，水分又有利于煤炭自燃的发生。（6)煤中硫和其他矿物质。煤中硫有三种存在方式：硫化铁即黄铁矿、有机硫以及硫酸盐。对煤自燃起主导作用的是黄铁矿。黄铁矿的比热容小，它与煤吸附相同的氧量而温度增值比煤大3倍。黄铁矿在低温氧化时产生硫酸铁以及硫酸亚铁，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其发生氧化，在煤中含黄铁矿越多就越容易自燃。我国许多高硫矿区如贵州的六枝，四川的芙蓉和中梁山，江西的萍乡、英岗岭，湖南的杨梅山均属于自燃比较严重的矿区。统计资料表明，含硫大于3%的煤层均为自燃发火的煤层，其中包括无烟煤。Herman (1994)综合使用XRD，SEM，EDXA和Mossbauer波谱等手段考察了煤中矿物质在低温氧化过程中的变化，指出含Ca矿物对煤的低温氧化起催化作用，还有的学者认为菱铁矿等含二价铁离子的矿物对自燃也有较大影响，尤其是在Co、Mn等离子的催化作用下，它们更容易氧化并有利于过氧化物的产生。因此，煤中物质放热性的强弱与煤中无机矿物的成份、含量密切相关，也与氧含量和煤层含水量有关。上述各种因素在煤炭自燃过程中起着重要的作用。但是，煤炭自然发火，并不是从它一暴漏于空气中就自燃，而是需要经过一定的时间，需要一定的蓄热环境，使它的温度不断上升，这在很大程度上还取决于外在条件，单纯的内在条件不能决定矿井是否自然发火以及它的严重程度。2.1.2 影响煤炭自燃的外在因素煤炭自燃倾向性是煤的一种自然属性。实验证明，它取决于煤在常温下的氧化能力，是煤层发生自燃的基本条件。然而在生产中，一个煤层或矿井自然发火危险程度并不完全取决于煤的自燃倾向性，还受煤层的地质赋存、开拓、开采和通风条件的制约。（1)开采技术5事实表明，矿井的开拓方式、采区巷道布置、回采方法和回采工艺、通风系统和技术管理等开采技术和管理水平，对自然发火起决定性影响。许多开采同一煤田、相同煤层的不同矿井，甚至同一矿井不同的开采时期，在煤的性质、煤层赋存条件基本相同的矿井，但由于以上因素的差异，造成自然发火的次数明显不同。开采技术对自然发火的影响主要表现在以下几个方面：1)开拓方式。实践经验表明，开拓布置对自然发火煤层的矿井影响很大。要求巷道系统简单，采用石门、沿巷开拓、少留煤柱、较少对煤体的切割，这对消除发火隐患是积极地、有利的。2)采煤方法。采煤方法对发火的影响主要表现在回采率的高低、回采时间的长短及顶板管理和煤层切割等方面。如高落式、刀柱式，长壁式采煤法留煤皮假顶以及回采率较低的水力采煤法对防火均不利。3)通风条件。通风对自燃的主要影响主要表现在采空区、煤柱、煤壁裂隙的漏风。漏风使这些地点煤氧化生热，生热多少和生热能否积聚取决于漏风风速的大小。当风速过小时，漏风供氧量很小，氧化生热小，不易自热和自燃；当漏风风流过大时，供氧充足，氧气生成的热量可被风流带走，同样不能形成热量积聚，不会发展成为自燃火灾。只有当漏风既有较充分的供氧条件，同时氧化生成的热不易带走，热量积聚起来，自燃才能成为可能。对应于实际中主要是通过漏风和扩散供氧，因此，对于开采自燃煤层的矿井，要求低风压通风(采空区风压不宜于超过200Pa，矿井风压不得超过3000Pa)，待超过时及时封闭。有的学者研究过引起煤炭自燃的风速值范围，认为风速0.40.8时最容易引起自燃，并将其成为易自燃风速；另一些学者认为易自燃风速为0.100.24对于采空区，有人认为当其单位面积上漏风量大于1.2或小于0.06都不会自燃，最危险的漏风量是0.40.8 。（2)地质因素主要有：1）倾角：煤层倾角较大时，特别是急倾斜煤层，由于采煤方法等原因往往造成较多丢煤，且采空区封闭困难，所以其自燃危险性较大。2）煤层厚度：实践证明，煤层的厚度越大，自然发火的危险性越大。统计数据表明，有80%的自燃火灾发生在厚煤层中。究其原因，主要有下面几点：第一，厚煤层回采率低，遗留大量浮煤和煤柱，随着放顶煤开采技术的推广应用，这个问题更为突出；第二，矿山压力较大，煤柱、煤壁易被压裂而漏风；第三，回采时间较长，一般均超过煤层的自然发火期；第四，分层开采时，上部分层采空区的浮煤氧化产生的热量难以通过下部煤层散发。所以，厚煤层是自然发火危险性最大的煤层，开采有自然倾向性厚煤层的矿井，应特别重视内因火灾的防治工作。3）地质构造：有地质构造的地区，自燃危险性加剧。有褶曲、断层和岩浆岩侵入等地质构造破坏区域，煤层自然发火危险性较大。其主要原因是由于这些地区煤体破碎，有大量裂隙存在；岩浆岩侵入区的煤层受到干馏，烟的孔隙率增加、强度降低，其自燃危险性也较大。4）开采深度：煤层赋存太浅或太深都会增加自然发火的危险性。煤层埋藏深度较大，煤体的原始温度越高，煤中所含水分则较少，因此自燃危险性较大；但开采深度过小时又容易形成与地表沟通的裂隙，也会在采空区中形成浮煤自燃。2.2煤炭自然发火早期识别与预防2.2.1煤炭自燃危险性预测研究(1)自燃倾向性实验预测法6煤自燃倾向性是指煤层开采之前，其自然发火的可能程度，所有煤种均具有自燃倾向性，只是不同煤种、不同环境条件下的自燃倾向性呈现不同。为了准确的判定煤层的自然发火的危险程度而采用自燃倾向向性预测法，进而采取相应的防灭火措施，其主要是根据实验方法来测定内在自燃性，划分煤层自然发火的等级。 在二十世纪八十年代之后，美国矿业局7研究出利用绝热炉这种实验装置测定煤炭的最小自热温度，进而评估煤的自燃倾向性；加拿大8采用静态恒温法、可燃性法、绝热法和动态法去研究煤的自燃倾向性；土耳其9采用非恒温动态法来测试自燃临界温度和一氧化碳产生率，进而预测自燃倾向性；南非10采用由计算机自动控制的绝热量热法来预测自燃倾向性的。 在我国，对自燃倾向性鉴定方法的研究五十年代初期即开始研究起来，曾经先后研究过克氏法、着火点温度降低值法、静态容量吸氧法及双氧水法。但由于以上方法存在着缺点和各种客观原因，我国一直用着火点温度降低值法(即固态氧化剂法)来划分煤自燃倾向性。但这种方法存在着以下缺点：1）由于该方法使用联苯胺和汞等化学试剂，有毒性；2）对部分煤样无法分类；3）仪器装置和测量系统的落后。因此，为了建立更完善的新的煤样自燃倾向性鉴定方法，我国在六十年代初曾经进行过静态吸氧法和双氧水法的研究，但后来研究工作结束后并没有得到推广应用。到了九十年代后，因为色谱动态吸氧法测定系统先进，操作简单，吸氧的大小可由色谱仪进行计算，提高工作效率，开始推广使用色谱动态吸氧法。但该方法只能测试可逆的物理吸附和脱附量，而且因为伴随着化学吸附和反应，难以计算氧消耗量；另外，煤的吸附性能同时也因为煤岩组份、破碎煤体孔隙结构、粒度的组成、水的含量等多种因素的不同而不同，而煤样的自燃性是受多种因素所影响的。因此，该方法还有许多不完善之处。 在实际开采条件下煤的自然发火现象与现有自燃倾向性测试方法相差甚远。化学试剂这种办法是首先要求对煤进行化学处理，混以固态氧化剂，最后人为加热。这种方法是在人为强制下使煤和氧气发生化学反应。与在现场条件下，暴露于空气与低温下条件下的煤（2030以下）与缓慢地发生反应放热，逐渐的积聚引起煤自然发火的现象是不一样的，因此这种方法无法真实的反映在实际条件下煤的自燃倾向性。而动态和静态吸氧法，在反应过程方面是相似的，但是实验研究和测试的方法与现场实际是不同的。现场的煤氧反应是在环境温度、空气流速和氧浓度在不断变化的条件下进行的。并且煤氧反应是十分复杂的，物理作用可逆，而化学作用正好相反，是不可逆的。由于静态吸氧法无法模拟出煤氧复合反应的动态变化，而色谱动态吸氧法这种方法不能研究煤氧作用的化学吸附与反应。因此，无论静态还是动态吸氧法对煤自燃倾向性的考察与现场实际是相差很远的。（2)综合评判预测法综合评判预测法是采用对煤自然发火相关的各种内外影响因素进行综合评分的方法，其指导思想是：首先对煤的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，对影响煤自然发火危险程度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值及其分类。由于问题的复杂性，人们在给外在因素进行评分时带有一定程度的主观臆断，而且各个采煤国家仅是根据本国自身的具体情况制定相应的评判方法。但该方法是一种较为全面的预测煤层自然发火危险程度的方法，因此，前苏联、美国、波兰等主要产煤大国都在探索研究该类方法的应用，并取得了一些效果。尤其是波兰已取得进展，它把复杂的外界因素归纳为地质条件、开采条件、通风条件等七个方面因素，用S表示，再和煤自燃倾向性指标SZ(带灰份指标)相加，即得矿井自然发火危险程度指标。 由于煤矿开采的实际条件及其复杂，难于把影响煤层自燃危险程度的各种因素尽可能地加以兼顾且各种因素存在许多不确定性，难以用经典数学的方法定量化，因此，为预测实际开采条件下煤层的自燃危险性，可以根据影响煤层自燃危险程度的内外因素、煤的自燃倾向性、地质赋存条件、通风条件、开采技术因素和预防措施等，进行主观判断，分析评分，然后应用模糊数学理论，逐步聚类分析，根据标准模式，计算聚类中心，对开采煤层自燃危险程度进行综合评判预测也可以应用改进的Bp网络模型，采用自适应变步长法和改进模拟退火法等措施加快Bp网络的收敛速度，来准确有效地预测开采煤层的自燃危险性11。近年来，王省身、蒋军成、王德明、王俊、赵向军、李文平等人采用神经网络的方法预测煤层自燃危险程度12，虽然他们采用的神经网络结构各不相同，但均是采用影响开采煤层自燃危险性的三个主要因素，即煤炭自身的自燃倾向性，开采煤层的地质赋存条件和开拓条件、通风技术条件，作为预测指标，再对预测指标作进一步细分，来预测煤自燃的危险程度。施式亮等用防火系数作为预测指标，建立了人工神经网络的时间序列煤自然发火预测模型，来判断自然发火程度。天水承、李红霞应用煤自燃倾向性、煤层厚度、煤层倾角、煤的固性系数及开采参数运用模糊聚类方法对自然发火危险性进行了分类。侯媛彬提出一种基于粗糙集神经网络的煤自燃预测方法13。该方法针对综放面采空区，在已测到的漏风强度Q和煤体温度T的基础上，利用Rough Set（RS)的约简理论对测量数据约简。在次基础上构建了一种基于粗糙集的神经网络，然后利用该方法预测最小浮煤厚度。实测数据验证表明，该方法比常规预测方法简便且精度高。该方法为基于网络的远程煤矿安全生产监测控制系统奠定了良好的基础。以上这些方法都是利用大量的统计资料，分析煤自燃主要因素的影响程度，粗略预测煤层自然发火危险程度，对发火期以及可能发火的区域则无法进行预测，所以该方法只能定性不能定量。（3)经验统计预测法经验统计预测法是建立在已发生自燃火灾事故统计资料基础上，分析预测巷道松散煤体实际开采条件下的自燃危险程度，根据巷道自燃事故的统计资料分析，巷道自燃多发生在冒顶区、地质构造带、沿空测、停采线附近，随着综放无煤柱技术的推广，由于沿空巷道沿底板一次掘进，巷道服务时间长，相邻采空区留有大量浮煤，且已氧化升温，因此，巷道沿空测自然发火几率较大。这种方法只能根据巷道实际情况和自然发火统计资料，粗略判断巷道可能的发火区域和高温点位置。该方法是基于大量统计资料，并在分析火灾原因的基础上形成的，具有相当程度的可信度，但其难以对不同发火类型的自燃进行预测，且在时间统计上存在较大的偏差，仅能粗略的判断自燃危险区域范围14。2.2.2煤层自然发火预测预报技术煤层自然发火预报技术是指在煤层开采后，根据煤自燃进程中的温度、气体等变化特征，判识自燃状态，对自然发火进行识别并预警的技术。它是矿井火灾预防与处理的基础，是矿井煤层火灾防治的关键，占有极其重要的地位15。（1）指标气体分析法煤炭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有差别。50年代开始，我国煤矿在学习苏联经验的基础上，开始应用检测CO的方法来发现自燃火灾，其主要检测技术为波罗克曼分析仪。进入60年代，开始使用色谱仪对井下煤自燃气体进行检测。但是使用的气体仍然采用CO以及其派生气体，气体的分析开始试采用红外技术。1985年到1995年期间，我国煤矿自燃火灾预测预报技术和手段取得了飞速的发展，在气体指标方面开始使用CO，1617三个综合指标。国内外相关的气体指标如下表2.1 各国煤自燃指标气体15表2.1所示：国家名称指标气体主要指标气体辅助指标气体中国CO、CO/、/俄罗斯CO/美国CO