矿井通风与安全课矿井火灾防治.pptx

第2章火灾防治 1、矿井火灾分类及危害 2、外因火灾及其预防 3、煤炭自燃理论基础 4、火灾预测与预报 5、开采技术防火措施 6、灌浆与阻化剂防灭火 7、均压防灭火 8、惰性防灭火 9、火灾时期通风 10、矿井火灾处理与控制本章要求：了解矿井火灾特点、发生原因和分类方法；熟悉矿井外因火灾以及防治对策；掌握矿井煤炭自燃机理、自燃过程以及防治技术；掌握矿井火灾时期的风流紊乱形式、原因及控制原理；掌握矿井灭火原理及方法；熟悉火区管理与启封方法。第一节矿井火灾分类及危害矿井火灾的概念火灾的类型及特性矿井火灾的危害防灭火研究的内容返回一、矿井火灾的概念1、火灾火灾是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。2、矿井火灾矿井火灾是指发生在矿井井下或地面井口附近，威胁矿井安全生产，并形成灾害的一切非控制燃烧。矿井火灾有两方面的含义：发生在煤矿井下的火灾；发生在地面但威胁到井下安全或发生在煤矿企业生产范围之内的火灾，如井口附近、绞车房内、主要通风机房内的火灾。返回本节二、火灾的类型及特性1、按火灾发生的地点分类(1)地面火灾发生在矿井工业广场范围内地面上的火灾称为地面火灾。地面火灾可以发生在行政办公楼、福利楼、井口楼、选煤楼以及坑木场、贮煤场、矸石山等地点。地面火灾的特点：火灾外部征兆明显，易于发现，空气供给充分；燃烧完全，有毒气体发生量较少；地面空间宽阔，烟雾易于扩散，灭火工作回旋余地大。返回本节(2)井下火灾发生在井下的火灾以及发生在井口附近而威胁到井下安全，影响生产的火灾统称为井下火灾。井下火灾可以发生在井口楼、井筒、井底车场、机电硐室、爆炸材料库、进回风大巷、采区变电硐室、掘进和回采工作面以及采空区、煤柱等地点。井下火灾的特点：很难及时发现，井下空气供给有限，难以完全燃烧，有毒有害烟雾大量产生，随风流到处扩散，毒化矿井空气，威胁工人的生命安全，在瓦斯和煤尘爆炸危险矿井，还可能引起爆炸，酿成重大恶性事故。2、按引火热源分类(1)外因火灾外因火灾是外部高温热源(如放炮、烧焊、电流短路、明火等)引起可燃物质燃烧造成的火灾。发生的地点：井口房、井筒、井底车场、石门及机电硐室和有机电设备的巷道等地点。外因火灾的主要特点：发生突然、来势凶猛。外因火灾容易发现，早期的外因火灾较易扑灭。矿井外因火灾所占的比重较小，占火灾总数的1015，即内因火灾占火灾总数的8590。(2)内因火灾内因火灾也叫自燃火灾，是指一些易燃物质(主要指煤炭)在一定条件和环境下(破碎堆积并有空气供给)自身发生物理化学变化(指吸氧、氧化、发热)聚积热量而导致着火形成的火灾。发生的地点：采空区、遗留的煤柱、破裂的煤壁、煤巷的高冒处、巷道中有浮煤堆积的地方。内因火灾的主要特点：一般都有预兆火源隐蔽持续燃烧的时间较长，范围较大，难于扑灭。内因火灾频率较高 3、按可燃物的类型分类根据国家标准火灾分类(GB/T 49682008)2008年11月4日发布，2009年4月1日实施。A类火灾：指固体物质火灾。B类火灾：指液体或可熔化的固体物质火灾。C类火灾：指气体火灾。D类火灾：指金属火灾。E类火灾：带电火灾。F类火灾：烹饪器具内的烹饪物（如动植物油脂）火灾。三、矿井火灾的危害1、产生大量的有毒有害气体遇难者有8090都是死于以CO为主的烟雾中毒。2、引发瓦斯、煤尘爆炸矿井火灾的危害并不仅仅是燃烧放热。3、造成重大经济损失毁坏设备设施烧毁大量的煤炭资源据1997年新疆煤田普查结果表明，新疆5大火区的火灾面积总计达3794公顷，其中明火面积达826公顷，烧毁煤量3113.37Mt。4、引起矿井风流紊乱井下发生火灾后产生火风压，使矿井风量增加或减少，使矿井风流方向逆转，造成矿井风流紊乱。返回本节 四、防灭火研究的内容围绕一个目标和三个问题目标：防止矿井火灾发生三个问题：火灾是如何发生如何防止火灾发生及时准确地预测、预报火灾的发生。火灾发生后如何处理一旦出现矿井火灾，能根据火灾发生的性质、规律、地点等采取有针对性的措施及时扑灭和控制火灾，减小火灾造成的危害。返回本节第二节外因火灾及其预防物质燃烧的充要条件外因火灾的预防预防外因火灾的技术措施 返回一、物质燃烧的充要条件可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟的现象称为燃烧。1、必要条件(1)可燃物凡是能与空气中的氧或氧化剂起化学反应的物质称为可燃物。(2)热源(点火源)凡是能供给可燃物与氧气发生燃烧反应的能量来源，统称为热源。(3)氧气(助燃物)凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质，都叫做助燃物。发生燃烧除满足上述三个条件外，还必须满足充分条件。燃烧热源氧气可燃物燃烧三角形返回本节2、充分条件(1)一定数量或浓度的可燃物(2)一定比例的助燃物(3)一定能量的热源(4)可燃物、助燃物和热源三者的相互作用燃烧不仅具备可燃物、助燃物和热源，且满足相互之间的数量比例，同时还必须使三者相互结合，相互作用，否则，燃烧也不能发生。二、外因火灾的预防1、消防工作方针中华人民共和国消防法(2008年10月28日修订，2009年5月1日起施行)中第二条规定，消防工作的方针“预防为主、防消结合”。“预防为主”就是把火灾预防工作放在消防工作的首位，从思想上、组织上、制度上及物质保障上采取各种积极措施。预防为主的三个重点：消防安全的宣传教育建立防火安全管理规章制度经常开展防火检查返回本节“防消结合”就是在强调做好火灾预防工作的同时，时刻做好各项灭火准备，及时扑灭发生的火灾。防消结合的三个重点：制定应急预案有组织准备，有训练有素的队伍，有明确的组织分工。配备足够的消防器材装备防火与灭火是一个问题的两个方面，相辅相成，有机结合的一个整体，二者缺一不可。防是消的先决条件，做好事故前的预防工作，避免或减少火灾的发生。消是防的补救措施，做好事故后的工作，是为了有效地扑救火灾，减少伤亡和损失。2、防灭火原理(1)防火的基本原理控制可燃物使用难燃或不燃材料代替易燃和可燃材料加强通风防止可燃气体和易燃液体泄漏隔绝助燃物实行密闭操作，防止空气接触。使用惰性气体保护消除热源阻止火势蔓延(2)灭火的基本原理所谓灭火，就是破坏燃烧条件，使燃烧反应终止的过程。隔离法就是将未燃烧的物质与正在燃烧的物质隔开或疏散到安全地点，燃烧会因缺乏可燃物而停止。具体采取下列措施：关闭可燃气体、液体管道的阀门，以减少和阻止可燃物质进入燃烧区；将火源附近的可燃、易燃、易爆和助燃物品搬走；排除生产装置、容器内的可燃气体或液体；设法阻挡流散的液体；拆除与火源毗连的易燃建(构)筑物，形成阻止火势蔓延的空间地带等。窒息法就是隔绝空气或稀释燃烧区的空气氧含量，使可燃物得不到足够的氧气而停止燃烧。适用于扑救容易封闭的容器设备、房间、洞室和工艺装置或船舱内的火灾。具体采取下列措施：用砂、石棉布、湿棉被、帆布等不燃或难燃物捂盖燃烧物，阻止空气流入燃烧区，使已燃烧的物质得不到足够的氧气而熄灭；用水蒸气或惰性气体(如CO2、N2)来降低燃烧区内氧浓度；密闭起火的建筑、设备的孔洞和洞室；用泡沫覆盖在燃烧物上使之得不到新鲜空气而窒息。冷却法就是将灭火剂直接喷射到燃烧物上，将燃烧物的温度降到低于燃点，使燃烧停止；或者将灭火剂喷洒在火源附近的物体上，使其不受火焰辐射热的威胁，避免形成新的火点，将火灾迅速控制和扑灭。最常见的方法用水来冷却灭火二氧化碳灭火剂的冷却效果也很好，可以用来扑灭精密仪器、文书档案等贵重物品的初期火灾。用水冷却建(构)筑物、生产装置、设备容器，以减弱或消除火焰辐射热的影响。抑制法这是基于燃烧是一种链锁反应的原理，使灭火剂参与燃烧的链锁反应，它可以销毁燃烧过程中产生的游离基，形成稳定分子或低活性游离基，从而使燃烧反应停止，达到灭火的目的。采用这种方法的灭火剂，目前主要有1211、1301等卤代烃灭火剂和干粉灭火剂。但卤代烃灭火剂对环境有一定污染，特别是对大气臭氧层有破坏作用，生产和使用将会受到限制，各国正在研制灭火效果好且无污染的新型高效灭火剂来代替。3、防火对策(1)工程技术(Engineering)对策灾前对策防止起火、防止火灾扩大灾后对策报警、控制、灭火、避难(2)教育（Education）对策知识、技术、态度(3)管理(法制(Enforcement)对策制定各种法规和标准，且强制性执行。这三种对策简称“三”对策。前两者是防火的基础，后者是防火的保证。三、预防外因火灾的技术措施 防止矿井外因火灾应该从消除、控制可燃物和外界火源入手，并且避免它们相遇，防止已发生的火灾事故扩大，以尽量减少火灾损失。1、防止火灾产生(1)使用不燃性材料新建矿井的永久井架及井口房、以井口为中心的联合建筑，必须用不燃材性料建筑。对现有生产矿井用可燃性材料建筑的井架和井口房，必须制定防火措施。井筒、平硐与各水平的连接处及井底车场，井下机电设备硐室等都必须用不燃材料支护。在井下和井口房，严禁采用可燃性材料搭设临时操作间、休息间。返回本节(2)严格杜绝产生火源井下严禁吸烟和使用明火，严禁使用灯泡取暖和使用电炉。井下进行电焊、气焊等，要制定专门可靠的措施。使用安全炸药，要严格执行放炮规定，不准用明火或动力线放炮。采用防爆或防火花型电气设备，电气设备性能完好，电路敷设符合要求，避免产生电火花。(3)防止高温热源和火花与可燃物相互作用在井口房、井筒和倾斜巷道内进行电焊、气焊和喷灯焊接等工作时，必须在工作地点下方用不燃性材料设施接受火星。电焊、气焊和喷灯焊接等工作地点的风流中，瓦斯浓度0.5%，只有在检查证明作业地点附近20m范围内巷道顶部和支护背板后无瓦斯积存时，方可进行作业。2、防止火灾蔓延的措施(1)设置防火门 进风井口和进风平硐口都要装有防火铁门。(2)设置消防器材和灭火设备在井口附近、井下每个生产水平的主要运输大巷中设置消防材料库。(3)设置井下消防水池和消防供水系统矿井必须设地面消防水池和井下消防管路系统。(4)主要通风机必须有反风系统或设备，反风设施并保持其状态良好。第三节煤炭自燃理论基础煤炭自燃理论影响煤炭自然发火的因素煤的自燃过程返回煤自燃概况煤自燃已经存在了数百万年，山西大同侏罗纪煤层最早在第四纪，即距今约200万年前就开始自燃。仅北方7省煤层露头着火面积720平方公里，累计烧毁煤量42亿吨以上，现仍以每年3000多万吨燃烧速度发展。我国有47%的矿井开采有自燃倾向的煤层，矿井火灾事故中，自然发火占整个火灾事故的70%，个别矿区甚至达95%以上。自燃火灾事故造成的冻结煤量达6000多万吨，严重影响煤矿生产的接续。因此，自燃火灾是矿井防灭火工作中的治理重点。煤炭自燃是指处于特定环境及条件下的煤吸附氧、自热、热量积聚自燃而形成的频发性灾害。一、煤炭自燃理论1、煤炭自燃机理(1)细菌作用学说中心内容是：煤在细菌作用下的发酵过程中放出一定的热量，对煤在700C以前的自热起决定性作用。当微生物极度增长时，一般都有生化放热过程，当煤自热温度升到700C以上时，所有的生化过程都将消亡，同时引发煤炭自燃。为了考查细菌作用学说的可信性，有的学者曾将具有强自燃性的煤炭置于温度为1000C的真空环境里达20h，任何细菌都死亡，然而煤的自燃倾向性并未减弱。返回本节(2)黄铁矿作用学说中心内容是：煤的自燃过程，是由于煤层中的黄铁矿(FeS2)暴露于空气后与水分和氧相互作用，发生放热反应而引起的，19世纪下半叶，这一学说曾被广为认定。然而后来发现不含黄铁矿的煤层也发生了自燃，该学说无法对此现象作出解释，因此具有一定的局限性。(3)酚基作用学说中心内容是：导致煤自燃是因为空气中的氧与煤体中所含有的不饱和酚基化合物作用时，放出热量所致。酚基导因作用是引起煤自燃的主要原因的观点尚有待进一步研究，此学说实际上是煤与氧的作用问题，因此可作为煤氧复合作用学说的补充。(4)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，当具备适宜的储热条件，就开始升温，最终导致煤的自燃。研究煤炭自燃机理主要目的在于指导矿井煤炭自燃防治措施的制定和实施。研究方法有三类：减少煤炭和空气接触的表面积；降低与煤炭表面接触的氧气含量；用某种方法钝化自然发火煤炭表面的氧化活性。2、自然发火和自然发火期(1)自然发火是指有自燃倾向性的煤层被开采破碎后，在常温下与空气中的氧发生氧化生热，使温度升高，出现发火和冒烟的现象。自然发火的判定矿井防灭火规范中对自然发火和存在自然发火隐患都有明确的规定矿井某一区域出现如下现象之一时，即定为发生自然发火：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、围岩及具他介质温度升高，并超过700C以上；空气中CO、C2H4(乙烯)或其它气体的浓度预报指标，并有上升趋势。(2)自然发火期煤体从暴露在空气环境之时起到自燃(温度达到该煤的着火点温度)所需时间，单位月或天。煤层自然发火期是自然发火危险程度在时间上的量度，发火期愈短的煤层自然发火危险程度愈大，生产矿井常把煤层的自然发火期作为衡量煤层的自燃难易程度的指标。自然发火期的确定只能根据现场的统计资料得出，确定出煤层的自然发火期对开拓、开采设计和制订防火措施具有重要意义。3、煤炭自燃条件煤炭自燃必须具备四个条件：(1)煤炭具有自燃倾向性，并呈破碎状态堆积存在；(2)连续通风供氧维持煤的氧化过程不断发展；当空气中氧含量低于10%时具有窒息性；当空气中氧含量低于15%时，可以预防自然发火。(3)煤氧化生成的热量能大量蓄积，不易散失；风速过大或过小，堆积的煤炭不易形成自燃，煤炭自燃是在风速比较适中的情况下发生的。(4)以上三个条件同时存在，且时间大于煤的自然发火期。第一条件是最根本的，是内因，后三个条件为外因。缺少上述任何一个条件，煤的自燃都无法进行。二、影响煤炭自然发火的因素1、内在因素(1)煤的变质程度一般来说，煤的变质程度越低越容易自燃；反之，其自燃倾向性越小。(2)煤岩组分煤岩组成有丝煤、镜煤、亮煤和暗煤。褐煤中丝煤含量最高，几乎无镜煤；无烟煤中镜煤含量最高，几乎无丝煤。在低温下，丝煤吸氧最多，随着温度升高，镜煤吸氧能力最强，其次是亮煤，暗煤最难于自燃。在常温条件下，丝煤是自热中心，起着引火的作用；镜煤与亮煤脆性大，灰份少最有利于自燃发展。返回本节(3)煤中瓦斯含量瓦斯含量较高的煤，煤分子的表面上并形成一层气膜，可阻止氧与煤接触，煤层中瓦斯具有较好的阻化作用，当煤中残余瓦斯量5m3/t时，煤往往难以自燃。但随着瓦斯放散，煤与氧就更易结合。(4)煤的水分在煤的自热阶段，由于水分的蒸发要消耗大量的热。煤体中的水分没有全部蒸发前很难上升到1000C，这就是水分大的煤炭难以自燃的原因。水分能将充填于煤体微孔中的N2和CO2驱赶排出，当水分蒸发干燥以后，煤的吸附性能恢复，起着活化作用。地面煤堆在雨雪之后易发生自燃。井下灌水灭火，疏干之后自燃现象更为强烈就是这个原因。煤中水分少时有利于煤炭自燃，水分大时会抑制煤炭自燃，当煤中的水分蒸发后其自燃危险性会增大。(5)煤的含硫量同牌号的煤中，含硫矿物(如黄铁矿)越多，越易自燃。这是由于煤中所含的黄铁矿在低温氧化时生成硫酸铁和硫酸亚铁，体积增大，使煤体膨胀而变的松散，增大了氧化表面积，同时黄铁矿氧化时放出的热量也促进了煤炭自燃。(6)煤的孔隙率及脆性煤炭孔隙率越大，越易自燃。这是因为孔隙率越大，与氧接触面积越大，且氧气越易渗入煤的内部。变质程度相同的煤，脆性越大，越易自燃。完整的煤体一般不会发生自燃，一旦呈破碎状态则使煤的吸氧表面积增大，着火点明显降低，使其自燃性显著提高。上述各种因素在煤炭自燃过程中起着重要的作用。2、外在因素(1)煤层的地质赋存条件煤层厚度煤层厚度越大，自燃危险性越大。在厚煤层的开采过程中，煤炭回收率低、煤柱易遭到破坏、采空区不易封闭、漏风较大等原因所致。煤层倾角煤层倾角越大，发火越严重。煤层倾角较大时，开采时比较困难，采煤方法不正规，丢煤多，且采空区封闭也较困难。煤层的顶板坚硬难垮落的顶板，煤层和煤柱上所受的矿山压力集中，易被压坏，采空区充填不实，漏风大，且封闭不严，有利于自燃发生；松软易冒落的顶板，采空区充填充实，漏风小，自燃危险性较小。地质构造在地质构造较复杂的矿井，如褶曲、断层和火成岩侵入等地区，煤炭自燃危险性增大。因为受地质构造破坏的煤层，松软、破碎、裂隙发育，氧化性增强，漏风供氧条件良好造成的。煤层埋藏深度煤层埋藏较浅时，容易与地表裂隙相通，采空区因漏风而形成浮煤自燃；但当煤层埋藏较深时，煤体的原始温度越高，煤中水分也少，煤炭同样也易自燃。(2)开采技术开拓方式要求开拓方式应该少切割煤层，少留煤柱，煤层的破坏程度低，采空区能及时封闭。立井、平硐、主要运输大巷和总回风巷应布置在岩层内或不易自燃的煤层内，石门分采区布置，避免布置在自燃煤层内。全煤巷道的布置方式煤柱多、浪费资源、切割煤层多、回采率低易自燃。采煤方法采煤工作面回采率越低，煤炭自燃危险性越大；回采时间越长，煤炭自燃的危险性越大。合理的采煤方法应是巷道布置最简单，留设煤柱越少，煤炭回收率越高，工作面推进速度快，采空区封闭严密，漏风量小。应采用走向长壁式采煤方法，全部垮落法或充填法管理顶板。不用房柱式、仓储式、高落式采煤方法。前进式采煤由于区段巷道漏风严重，不利于防止自然发火；后退式采煤进、回风巷两侧均为实体煤，有利于防火。(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、和煤壁裂隙的漏风。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，氧化生热少，不易自热和自燃；当漏风风速过大时，供氧充足，氧化生成的热量易被带走，同样不能形成热量积聚，煤也不能自燃；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。采空区煤炭氧化自燃“三带”划分对于U型通风系统的采空区，按漏风大小和遗煤发生自燃的可能性采空区可分为三带：散热带I：L1=520m，由于自由堆积，空隙漏风大，Q生Q散；窒息（不自燃）带III：漏风小，氧气浓度低，不具备自燃条件。已经发生自燃的遗煤因缺氧而窒息。采空区三带的划分指标根据采空区漏风流速划分散热带：0.9 m/s；自燃带：0.020.9 m/s；窒息带：0.1 m/min 。根据氧气浓度划分散热带的氧气浓度：18%-19%；自燃带的氧气浓度：6-8%18%-19%；窒息带的氧气浓度：6%-8%。采空区遗煤温升速度自燃带：dt10C/d 三、煤的自燃过程1、潜伏阶段自煤层被开采、接触空气起至煤温开始升高为止的时间区间称为潜伏阶段。在潜伏期，煤与氧的作用是以物理吸附为主，放热很小，无宏观效应。不同的煤层潜伏期是不同的，如褐煤几乎没有潜伏期，而烟煤则需要一个相当长的准备阶段。潜伏期的特征是：煤的表面生成不稳定的氧化物，氧化放出的热量很少，能及时放散，煤温和巷道空气气温不变，但煤的比重略有增加，煤被活化，煤的着火温度降低。返回本节 2、自热阶段经过潜伏阶段后，氧化加剧，当达到着火温度时便燃烧。这一阶段为煤的自热阶段，又称自热期。自热过程特点：氧化放热较大，煤温及其环境温度升高；产生CO、CO2和碳氢类CmHn气体产物，并散发出煤油味和其他芳香气味；有水蒸气生成，火源附近出现雾气，遇冷会在巷道壁面上凝结成水珠，即出现所谓“挂汗”现象。自热阶段的发展两种可能：煤温持续上升到着火温度(T2)，导致自燃；外界条件的变化，使煤体温度降下来，氧化过程逐渐终止，煤将不会发展到自燃阶段，而进入风化阶段。(3)燃烧阶段自热阶段后期，煤温达到其着火点后，若得到充分的供氧，则发生燃烧，出现明火。主要特征是：空气中氧含量显著减少，CO2的数量倍增；由于燃烧不完全和CO2受热分解，产生更多的CO，巷道中有浓烈的火灾气味和烟雾，有时还出现明火；火源温度可达10000C以上。(4)熄灭煤温降到燃点以下，燃烧熄灭。第四节火灾预测与预报煤层自燃倾向性的鉴定 煤层自燃发火期的估算方法 及其延长途径 外因火灾预测 煤炭自燃火灾的预报返回 一、煤层自燃倾向性的鉴定 鉴定煤炭自燃倾向性的方法常用的有以下三种：(1)吸氧量测定法煤在一定温度时，它的吸氧量越大，表明越容易被氧化，也就越易自燃。所以，可用定温下吸氧量大小来衡量煤的自燃倾向性。使用煤自燃倾向性测定仪测定出常压下300C煤的吸氧量，然后根据每克干煤的吸氧量大小，将煤的自燃倾向性分为三级。自燃等级自燃倾向性300C常压条件下煤(干煤)吸氧量(cm3g)备注褐煤、烟煤类高硫煤、无烟煤类全硫(sf，%)I容易自燃0.81.002.00自燃0.410.791.002.00III不易自燃0.400.802.00煤的自燃倾向性分类返回本节 (2)着火温度降低值测定法煤低温氧化后，着火温度将有不同程度的降低，各种煤在同一条件下，氧化后着火温度降低值是不同的。自燃倾向性大的煤，易于氧化，着火温度有较大的降低；自燃倾向性小的煤，较难氧化，着火温度降低很少。用氧化前后的着火温度差作为煤的自燃倾向性的指标。(3)氧化速度测定法(双氧水法)此种方法是以煤的氧化速度和氧化产生的热量作为自燃倾向性的指标。二、煤层自燃发火期的估算方法及其延长途径1、煤层的自燃发火期估算方法(1)统计比较法矿井开工建设揭煤后，若发生自然发火，就应该认真推算煤层的自然发火期，并分煤层、分翼进行统计和记录，对同一煤层发生的各次火灾逐一进行比较，以最短者作为煤层的自然发火期。自然发火期的推算应以出现火灾的日期与火源处煤层暴露于空气之日期之差确定。发火期的确定方法不应因火源的位置而异。也就是说，火源不论是产生在巷道里，还是产生在采空区里，都应该这样计算。返回本节矿井防灭火规范中规定：每个自燃矿井的所有采、掘工作面都必须仔细统计煤层的自然发火期。煤层最短发火期按如下规定进行统计：巷道从煤层揭露之日起至该煤层发生自然发火之日止，为该巷道的煤层自然发火期。采煤工作面从工作面开切眼之日起至发生自然发火之日止，为该回采工作面开采煤层的自然发火期。计算采煤工作面采空区中火灾的自然发火期的关键是，首先确定火源的位置，然后推算火源位置的煤层接触空气的日期。(2)类比法根据地质勘探时采集的煤样所做的自燃倾向性鉴定资料，并参考与之相似的煤层、地质条件、赋存条件和开采方法的采区或矿井，进行类比和估算，以供设计参考。此法适用于新建矿井。据调查，煤炭自然发火期最短的只有十几天，最长的可达数年。即使同一煤层实际自然发火期也有很大区别。如山东枣庄矿业集团柴里煤矿开采第三煤层时，因自燃先后共有13个火区，其中发火期为20个月以下的火灾发生1次，2030个月1次，3040个月的1次，4050个月的0次，5060个月的4次，60个月以上的为6次。2、延长煤层自然发火期的途径 (1)减小煤的氧化速度 煤的氧化速度除与煤的初温有关外，还与空气中的氧浓度、煤的孔隙度有关。可采取如下措施降低氧化速度：避免或减少煤体的碎裂，可以减少氧向煤体内部扩散或漏风的通道，达到降低氧化速度的目的。提高采出率，减小采空区遗煤。降低自热区内的氧浓度选择分子直径较小、效果好的阻化剂或固体浆材，喷洒在碎煤或压注于煤体内，充填煤体的裂隙。目前应用的阻化剂、凝胶等防火措施就是延长煤自燃过程中的潜伏期。(2)增加散热强度，抑制升温速度煤的升温速度取决于生热量与散热量之比，两者比值小，则升温速度越慢；反之则升温速度越快。增加散热途径和散热强度的方法有：增加遗煤的分散度对于相同体积的煤，其表面积越大，则散热量也越大。增加通风强度对于处于低温时期的煤体，可用增加通风强度的方法来增加散热。但是对井下采空区，增大漏风强度虽可以带走氧化产生的热量，对已升温的散热区有效，在散热区以外的浮煤堆积区域，存在适合于自然发火的漏风强度范围，因此是不可取的。增加煤体湿度当煤中含有一定水分时，煤在自热升温和干燥的过程中，水分蒸发时吸收热量，抑制煤的温度升高。据研究，只有煤中水分降低到一定值后，自热才会迅速发展。因此增加煤的湿度，对于延长煤的自然发火期，具有一定的意义。三、外因火灾预测(1)矿井外因火灾预测的任务通过井巷中的可燃物和潜在火源分布调查，确定可能产生外因火灾的空间位置，及其危险性等级。(2)外因火灾预测可遵循如下程序调查井下可能出现火源(包括潜在火源)的类型及其分布调查井下可燃物的类型及其分布划分发火危险区(井下可燃物和火源同时存在的地区视为危险区)。返回本节四、煤炭自燃火灾的预报火灾预报的主要内容是，确定火源发生的空间位置，判断煤炭自热的程度。对于火灾预报的要求是及时、准确和可靠。矿井火灾预报的方法，按其原理可分为：1、人的直接感觉预报(1)嗅觉气味是人们能够最先感受到煤炭自热特征。煤炭氧化自热达到一定温度后会出现煤油味、汽油味和不饱和碳氢化合物发出的轻微芳香气味。返回本节(2)视觉人体视觉发现煤在氧化过程中产生的水蒸气，及其在附近煤岩体表面凝结成水珠(俗称“挂汗”)，在煤炭自燃最后阶段出现的烟雾，进行报警。(3)感(触)觉煤炭自燃发展到一定阶段，会使环境温度升高和使附近空气中的氧浓度降低，且释放出大量CO、CO2、SO2、H2S等有毒有害气体，当人们接近火源时，会有头痛、闷热、精神疲乏、四肢无力等生理反应。2、气体分析法通过观察井下气体成分的变化，来判断煤炭自燃的发展过程，可以有效地作出自然发火的早期预报。(1)指标气体及其临界指标在煤氧化自燃过程中生成、并能用来预报煤炭自然发火的气体称之为指标气体。指标气体必须具备的条件：灵敏性正常大气中不含有，或虽含有但数量很少且较稳定，一旦发生煤炭自热或可燃物燃烧，则该种气体浓度就会发生较明显的变化。规律性生成量或变化趋势与自热温度之间呈现一定的规律和对应关系。可测性能用现有仪器进行检测。研究表明，煤在供氧充分的条件下，煤温升到701000C，煤的氧化速度加快，出现CO、CH4；1002000C时，气体产生物释放加快，出现C2H6、C2H4等烷系、烯系气体；2000C以上时，煤样升温速度更快，释放的气体种类和数量增多；达到3003500C时就冒烟起火。井下实际环境中煤炭温度达到1002000C时，会显示出火灾特征，一般可以检测到气体的变化，此时发出预报，能够有时间采取预防自燃措施。此时的预报指标的数值称为预报临界值。煤炭自燃预报指标的选择是根据具体条件逐渐摸索确定出适合矿井的准确的预报指标和预报临界值。3、常用的指标气体煤炭自热过程中生成的CO、CO2、C2H4、CH4、C2H6、C2H2等气体的浓度与煤体温度之间存在明显的对应关系，因此可作为判断煤自燃发展程度的指标。气体分析法的指标气体可分为两类：一类是煤氧化所产生的气体成分；二类是煤氧化产生气体的浓度变化或气体之间的比值关系。目前常用的指标有CO、格雷哈姆系数、乙烯(C2H4)、烯炔比(C2H4/C2H2)、链烷比(C2H6/CH4)等指标。(1)COCO作为煤层火灾预报的主要指标气体的原因：煤在低温氧化过程中，随着煤温的升高，CO浓度的变化量最明显，采用CO作为指标气体比较灵敏；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；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)就确定无疑了。各种牌号煤热解放出CO(5ml/ming)的温度表煤种褐煤长烟煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤温度/0C41665966819413083在正常（非火灾）时，矿井因物质的低温氧化、煤炭受采煤机滚筒等机械作用等产生CO，但其浓度低，且有稳定的值域(如图a)，放炮使风流中CO浓度出现峰值，但其时间是短暂的(如图b)；若连续地检测风流中的CO浓度值，或避开放炮时间采样，则因爆破等原因产生的CO峰值现象是容易识别的。只要风流中含有较高浓度的CO，且随时间有逐渐增长的趋势(图d)，则可以得出有煤在自热的结论。如果风流中含有CO，且有明显的烟雾，则可以判定有外因火灾发生(图c)。a-正常时风流中CO浓度曲线b-放炮时CO浓度曲线c-发生外因火灾时CO浓度曲线d-煤炭自热时CO浓度曲线CO作指标气体的两种形式：CO浓度对于一个特定的矿井和固定的采样地点来说，利用CO浓度作为预报自然发火的指标是可行的。我国大部分矿井使用这个指标；西德把回风流中CO浓度超过5010-6认为有自然发火危险性；前苏联在是世纪50年代规定，在两昼夜内每隔23h连续采集气样中CO含量达0.001%0.002%以上认为有自燃迹象。目前大多数自动监测系统预报自然发火的传感器，都是检测CO浓度的。单独使用这个指标的缺点是，CO浓度受风量影响较大，所采用CO浓度预报自然发火时，要求采样地点的风量基本保持不变，否则难以使用检测结果来判断。CO的绝对生成量也称之为自然发火系数，用H表示，当进风流中CO的含量为零时H可用下式计算。m3/min式中CCO采样点风流中CO浓度，%；Q采样点采样时的风量，m3/min。辽宁省平庄矿务局古山矿采用CO绝对生成量作为预报自然发火的参数，临界值为H0.0059m3/min。如果进风流中CO浓度不为零，则H应为回风与进风流中CO绝对生成量之差。注意两点：一是CO的浓度或绝对值要大于临界值；二是CO的浓度或绝对值要有稳定增加的趋势。(2)格雷哈姆(Graham)系数ICO风流经火源或自热源风流中CO的浓度增加量与氧浓度减少量之比，作为自然发火的早期预报指标。式中分别为回风侧采样点气样中CO、O2和N2的体积浓度，%。如果进风侧气样中氧氮之比不是0.265，则应计算出进风侧氧氮浓度之比值代替0.265。由于这个指标与煤的自热或自燃的温升联系起来，因此，只要指标呈稳定增加趋势，就意味着煤炭的自热在发展。，根据格雷哈姆(Graham)系数预报矿井火灾时，不同的矿井有不同的临界指标。抚顺老虎台矿开采煤质为气煤，总结出煤自燃不同阶段的格雷哈姆(Graham)系数值。预警值ICO00.45，外部征兆：煤温开始上升，有水蒸气出现。采取措施加强检查，注意观察其发展变化。临界值ICO0.464，外部征兆：温度升高，出现微量的CO和煤油味。采取措施加强检查，缩短采样时间。报警值ICO4.19，外部征兆：煤油味加重。采取措施进行预报，采取处理措施。(3)乙烯(C2H4)乙烯(C2H4)是煤氧化自燃发展到一定程度之后的产物，煤温达801200C后。不同煤岩成分产生乙烯(C2H4)的初温度存在差别，如丝煤在升温900C左右会产生乙烯(C2H4)，而暗煤、亮煤、镜煤则需升温至1100C以后才会产生乙烯(C2H4)。乙烯(C2H4)生成量与煤温成指数关系。一般矿井的大气中是不含有乙烯的，因此，只要井下空气中检测出乙烯，则说明已有煤炭在自燃了。利用乙烯作指标气体不需要制定临界指标。第五节开采技术防火措施矿井自燃火源的分布规律开拓开采技术防火措施返回一、矿井自燃火源的分布规律根据统计分析，采空区、煤柱、煤巷顶煤、地质构造带附近。(1)采空区自燃火区主要分布在有碎煤堆积和漏风同时存在、时间大于自燃发火期的地方。多煤层联合开采多煤层联合开采和厚煤层分层开采厚煤层分层开采时，采空区自燃火源采空区自燃火源多位于停采线停采线和上、下顺槽上、下顺槽附近，即所谓的“两道一线两道一线”；中厚煤层中厚煤层采空区的火区大多位于停采线和进风道停采线和进风道。当采空区有裂隙与地表或其他风路相通时，在有碎煤存在的漏风路线上都有可能发火。采空区三带采空区三带，即散热带、自燃带和窒息带。返回本节停采线和开切眼停采线和开切眼停采线和开切眼附近浮煤堆积大，漏风严重等原因，容易发生煤自燃现象。厚煤层采用分层开采时，上分层的停采线位于下分层采煤工作进风巷的始端与回风巷的末端之间，该处风压差最大，形成漏风通道。另外，下分层工作面的进风巷均在上分层采空区下掘进，因此，进风巷假顶也会向上分层采空区产生连续漏风。而停采线处往往存在大量的遗煤，其在漏风状态下构成煤自燃的危险源。由图可知，靠停采线的一侧的流线和风压等值线较密集，说明该处漏风压差大。该区域内，漏风风流流线的间距是变化的流线的始末端较密集，即风流速度大；中段稀疏，即风流速度小。根据煤自然发火的条件，可知其中某处的风流能够为煤自燃的发展提供适宜的通风供氧和蓄热条件，即存在“易自燃风速区”，当漏风量较大时，“易自燃风速区”靠近停采线中点处，反之则位于靠近停采线端点处。开切眼处遗煤堆积情况与停采线大致相同，如果相邻的工作面进、回风巷向采空区的开切眼漏风，则该处容易发生煤自燃。另外，煤矿现场为了缩短工作面准备时间，有时沿邻近巷道掘进新工作面的开切眼和部分区段平巷，新工作面投产后，虽然会通往邻近巷道的通道封闭，但仍然很难完全避免向采空区漏风。开切眼处的漏风情况如图所示。(2)煤柱留煤柱保护区段巷道时，在采动压力和地应力的作用下，煤柱容易压裂、破碎或坍塌，形成大量浮煤堆积，留下漏风通道，容易发生煤自燃现象。(3)巷道顶煤根据高冒区松散煤体的裂隙分布状态，煤体松散程度和冒落程度可分为三个区域：破碎区、离层区和断裂下沉区。其中在破碎区内，煤体已经充分破碎，应力完全释放，巷道中的空气可以通过该区域的裂隙渗透进入松散煤体中，并在裂隙暴露的煤表面与煤发生氧化反应。因此，巷道顶煤容易发生煤自燃。(4)地质构造附近地质构造的形式主要有断层、褶曲、破碎带、岩浆入侵地区等，它们破坏了煤层原有的连续性和完整性，给煤自燃防治带来了不利因素。其原因主要有三个方面：构造带裂隙大量产生，煤体破碎，容易形成浮煤堆积；漏风通道复杂，漏风严重，给煤氧化自燃提供了通风供氧条件；具备良好的热量积聚环境。这些条件导致构造带附近区域煤自燃现象频繁发生。二、开拓开采技术防火措施对开拓开采的总要求：回采率高漏风小回采速度快1、合理布置巷道(1)尽可能采用岩石巷道开采有自燃倾向性的煤层，应尽可能采用岩石巷道，以减少煤层切割量，降低自燃发火的可能性。如果布置在煤层里，一是要留下大量的护巷煤柱；二是煤层受到严重的切割，其后果是增大了煤层与空气接触的暴露面积，而且煤柱容易受压碎裂，自燃发火几率必定增加。返回本节山东枣庄柴里煤矿开采812m的特厚煤层采用的U-U型区段集中岩巷布置形式。区段集中岩巷由作为向工作面进风的岩石集中运输巷和作为回风运料的岩石集中回风巷以及连通它们之间的岩石联络巷共同组成，位于煤层底板岩层距煤层1015m的地方。(2)区段巷道分采分掘在倾斜煤层单一长壁工作面，习惯于采用双巷掘进方式，即同时掘出上区段的运输平巷和下区段的回风平巷，且在两条巷道之间的护巷煤柱中一般每隔80100m 开一条联络巷。使处于采空区的区段煤柱极易自燃发火。从防火角度出发，区段平巷应分采分掘，即准备每一区段时只掘出本区段工作面的进回风巷，而下区段的回风平巷等到准备下一区段时再进行掘进。同时，上下区段的区段平巷间不应掘联络巷。1-工作面运输巷2-下区段工作面回风巷3-联络巷(3)推广无煤柱开采技术无煤柱开采就是在开采过程中取消了各种维护巷道、隔离采空区的煤柱。这种开采方法一方面减少了煤炭资源的浪费，取得了良好的经济效益；另一方面由于没有煤柱，消除了煤炭自燃的根源，大大减少了自然发火的次数。无煤柱护巷方式已获得广泛应用，将阶段大巷和采区上(下)山设在煤层底板岩层中，不留大巷煤柱和上(下)山煤柱；区段巷道采用沿空掘巷或沿空留巷，取消区段煤柱和采区区间煤柱等措施，使自燃发火率明显降低。2、选择合理的采煤方法(1)采用长壁式采煤方法(2)采用合理的顶板管理方法采用全部充填法较全部垮落法管理顶板的防火效果好。如果顶板岩性松软、易冒落、碎胀比大，采空区易于充填密实，采用全部垮落法控制顶扳的防火效果也是比较好的。如果顶板岩石坚硬、冒落块度大，采空区难以充填密实，则易造成自燃火灾；如果也采用全部垮落法控制顶板，则必须辅之以预防性灌浆或其他防火措施。(3)选择先进的回采工艺和合理的工艺参数根据煤层的自燃倾向，发火期和采矿、地质开采条件以及工作面推进长度，合理确定回采速度，以期在自燃发火期以内将工作面采完，且在采完后立即封闭采空区。(4)合理确定近距离相邻煤层下煤层顶板冒落高度大于层间距，厚煤层分层同采时两工作面之间的错距，防止上、下采空区之间连通。3、选择合理的通风系统矿井通风网络结构简单、实现分区通风、通风阻力小、风流稳定可靠、通风设施布置合理。(1)风网简单，结构合理采用对角式和分区式通风系统，这两种通风系统一是有利于防火，因为采区封闭后，可以调节其压