综放工作面易自燃煤层预防发火技术研究
作者:韩旭睿 指导教师：翟成
学院及班级：安全工程学院安全工程09-2班
摘 要：火灾是矿井的五大自然灾害之一，在我国煤矿事故中占有相当大的比例。矿井发生火灾后，受客观因素影响，火势发展迅速，变化复杂，影响范围大，往往造成人员伤亡和财产损失，极易酿成重大恶性事故。在煤层开采过程中，我国大约有50%的矿井存在自然发火的危险，每年由自燃造成的经济损失近百亿元。煤炭自燃是一个复杂的、影响因素较多的、反应程度不很稳定的化学变化过程。煤炭自燃过程中可能引起瓦斯、煤尘爆炸而危及矿工生命安全，相关资料表明：在矿井火灾中，煤层自燃火灾超过80%。因此，自燃火灾既是矿井防灭火工作中的防治重点，也是我们研究矿井火灾的主要课题。本篇文章主要根据煤炭的自燃发火机理和综放工作面开采特点,分析了综放工作面发火的原因和特点,并提出了防治技术措施。
关键词：自燃煤层、综放工作面、自然发火防治 1综放工作面存在自燃的原因：
由于放顶煤开采生产能力大、采放高度大、煤尘多、瓦斯多, 采场上复岩层运移规律特殊, 给煤矿安全生产提出了更高的要求。其中由于煤层自燃发火造成综放面停产、低产的情况时有发生。根据资料统计, 我国目前采用综放开采的工作面75%以上的煤层具有自燃性, 严重地影响了矿井安全生产和综放开采技术的推广应用。
煤炭自燃必须具备以下四个条件：
（1）煤炭具有自燃倾向性，并且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； （3）煤氧化生成的热量能大量蓄积，难以及时消失；
（4）以上三个条件同时存在时，且时间大于煤的自然发火期。
煤炭自燃的外在条件决定于煤炭接触到的空气质量和外界热交换作用，这两个因素与煤层的地质赋存条件和其开采技术因素有着错综复杂的联系，当煤具有自燃条件时，煤的自燃才开始发生发展，其过程一般分为三个时期，准备期，自热期，燃烧期[3]。《煤矿安全规程》规定煤的自燃倾向性分为三类：Ⅰ类为容易自燃；Ⅱ类为自燃；Ⅲ类为不易自燃。
综方面开采存在的防火问题：
（1）采高增加, 采空区空间增大, 顶板冒落后堆积厚度高, 且顶、底板都可能丢煤。
（2）采空区的“ 两道”自燃发火隐患突出。
（3） 煤层开采厚度大, 煤层生产能力高, 又增加了放顶工序, 工作面推进速度缓慢。采空区浮煤与空气接触时间长, 易于氧化积热自燃。 （4）采空区上部一旦发火难以接近不易处理,并且可随放顶煤向下滑落而蔓延。
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2煤层自燃早期识别与预测：
井下自然发火的早期发现，对矿井防灭火工作具有十分重要的意义。自然发火的早期识别和预报方法很多，归纳起来可以分为人的直观感觉进行识别；用仪器检测矿井空气成分或计算机控制监控系统测定矿井空气成分；检测煤的温度进行自燃火灾的早期预测预报。下面主要介绍矿内空气成分分析法：
矿内空气成分分析法就是通过分析煤炭自热阶段释放出来的气体成分来发现自然火灾的方法。煤炭自热阶段，矿井内的空气成分发生变化，除附近区域内的氧气减少、CO2含量增加外，还会产生CO和各种碳氢化合物气体（CH4、C2H4、C2H6、C3H8）等。用仪器分析和检测煤自燃过程中释放出的气体成分来预报火灾。我国主要采用的标志性气体有CO、C2H4、Ico烟等。 3综放工作面易自燃煤层防火措施：
3.1回采期间自燃隐患分析[5]
（1）工作面回采初期，由于推进度较慢，且采空区遗留煤炭，尤其是切眼附近的煤体暴露氧化时间长，开采后不易跨落，附近煤体的供氧条件相对较好，容易形成较大自燃隐患。
（2）工作面回采经过断层附近时，煤层及其顶板松软破碎，断层处煤体受地质构造作用非常破碎，且表面活性结构增多，浮煤丢入采空区后，比其它区域浮煤的自燃危险性大。工作面过断层时，受断层落差影响，顶煤不能够全部放出，使采空区遗煤增多，而且过断层时推进速度慢，采空区供氧充分，使断层附近容易发生自燃隐患。
（3）由于综放面超前压力影响，顶煤在回采前已破碎，破碎区受到较长时间的氧化升温，巷道、端头支架及过渡支架顶煤不放，采空区冒落不实，空洞较大，漏风严重，增强了自燃的危险性。
3.2综放面自燃发火预防措施
安全监测措施：（1）在回风巷内对采空区气体取样化验分析；（2）利用安全监测系统分别在工作面回风巷设置一路监测束管和温度、瓦斯、CO传感器，实现工作面温度、气体连续监测；（3）及时在工作面支架上部顶煤破碎区、支架后部采空区布置测点，监测工作面支架顶煤和后方浮煤温度和气体的变化情况，每天派人对工作面回风隅角、回风流和设置的测点测量、取样。测量仪器、人员尽量固定，仪器及时校正，避免出现较大的误差；（4）要充分利用监控系统的CO、CH4等传感器对回风流的有毒有害气体浓度进行监测，同时对传感器加强维护与调校，确保监控系统灵敏可靠；（5）对工作面支架顶部以及支架后部地点，及时利用红外线测温仪监测温度变化情况。
3.3综放工作面防火措施
（1）堵漏防灭火技术[7][8]
采空区漏风易造成煤炭自燃, 及时发现漏风通道、掌握漏风规律是堵漏的前提条件。矿井通过阻力测定检测漏风情况为堵漏提供了依据。采用喷涂材料封堵漏风通道是一种有效的防灭火途径。喷涂材料种类较多如: 水泥砂浆、聚氨酯、
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水泥与石膏类膏体材料等。综放面顺槽高冒区的处理采用聚氨酯或高水速凝水泥封堵。
（2）均压防灭火技术[9]
风压调节目的就是要减少采空区漏风、延缓遗煤氧化过程、达到防灭火的效果。一般采用开区均压和闭区均压两类措施。开区均压采用调节风门均压、改变工作面通风系统调压和调节风门与局扇联合调压3 种方法, 做到合理均压配风。闭区均压是对已封闭区域进行均压, 既可防止封闭区内煤炭自燃和有毒、有害气体溢出, 又可加快封闭火区的熄灭速度。一般采用调压气室、调压管路、调压风机和改变调整风流流动线路等办法。
（3）注浆防灭火技术[10]
注浆防灭火就是将水与不燃性固体材料按适当的比例配制成一定的浆液, 利用注浆管送到指定地点。不燃性固体材料承担充填裂隙、隔断漏风、覆盖在遗煤表面隔绝空气与煤接触的作用。水不但是利用它的流动性搬运不燃性固体材料, 同时也有降低遗煤热量作用。一般采用黄泥灌浆, 为改变浆液的流动性和控制浆液脱水时间可掺加化学添加剂。注浆方式有工作面洒浆、预埋管路注浆、采空区灌浆、邻近采面或巷道钻孔注浆及地面钻孔注浆等。
（4）注氮防灭火技术[11]
理论和实践证明向综放面采空区注入氮气, 使该区域成为氮气惰化带, 就可达到防治火灾目的注氮方式可以根据需要采用24h 连续注氮或间歇式注氮。注氮防灭火时, 首先要考虑氮气的防泄漏问题, 因此, 结合封堵和均压技术同时使用效果更好。
（5）注凝胶防灭火技术
注凝胶防灭火是近几年发展的一种堵漏、灭火的高水防灭火材料。在处理综放面顺槽高冒区的火灾时有独特的优势, 同时在处理综放面自然发火时也有很好的作用。碳酸氢铵与水玻璃溶液凝胶过程呈吸热反应, 能对煤体起到降温作用。生成物为白色胶状体, 胶体刚形成时有良好的流动性, 可自动渗透到煤岩体裂隙、孔隙中, 短时间后即成胶体状有效地封堵煤岩体裂隙、孔隙起到隔氧作用。由于注凝胶灭火效果明显, 目前使用该技术的矿井越来越多。 4结语：
针对综放工作面存在的自燃隐患，在回采之前就要进行治理，防止隐患点由于回采产生的条件变化演变为自燃火灾，进而影响工作面的安全回采。防治综放工作面自然发火要突出“预防为主”的原则，超前考虑，分析可能存在的自燃隐患，从而制定可行可靠的治理措施。使用多种监测手段，及时掌握采空区等自燃隐患点的气体成分变化情况，分析可能出现的后果，能够正确指导自然发火防治工作，实现对自燃隐患的可靠控制。大量进行注泥充填和封堵，是处理采空区自燃隐患的最可行、最经济的措施，工作面停采后，还应对停采线多次大量注浆。在开采煤层决定采用放顶煤采煤方法前, 就要进行可行性认证,并且从设备选型、采煤工艺和参数等方面尽量为今后的综放面安全生产创造良好的基础。煤层