煤层自燃的影响因素

影响煤炭自燃发火的因素

决定矿井或煤层自燃发火危险程度的因素一是煤的自燃发火倾向性，二是地质采矿技术。

影响煤炭自燃的内因

煤的变质程度 各种牌号的煤都有发生自燃的可能，但在褐煤矿井，煤化程度低的一些煤层自燃发火次数要多一点。烟煤矿井以开采煤化程度最低的长焰煤和气煤的自燃危险性较大，贫煤则较少。在煤化程度较高的无烟煤矿井自燃发火较少见。所以可以认为，煤化程度较高的煤，自燃倾向性越小。但决不能以煤化程度作为判定自燃倾向性大小的唯一标志。因为生产实践证明，煤化程度相同的煤有的具有自燃特性，有的却不自燃。

煤的水分 煤中的水分是影响其氧化进程的重要因素，在煤的自热阶段，由于水分的生成与蒸发必然要消耗大量的热。煤体中外在的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，井下灌浆灭火，疏干之后自燃现象更为严重。

煤岩成分 煤的岩石化学成分有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤。它们有不同的氧化性，其中丝煤含量越多，自燃倾向性就越强；相反，暗煤含量越多，越不易自燃。

煤的含硫量 同牌号的煤中，含硫矿物越多，越易自燃。

煤的孔隙率和脆性 煤炭孔隙率越大，越易自燃。这是因为孔隙率越大，氧气越易渗入煤体内部。变质程度相同的煤，脆性越大，越易自燃。因为煤的脆性大小与该种煤炭是否易于破碎和形成煤粉有关。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。

煤层瓦斯含量 瓦斯通常是以游离状态和吸附状态存在于煤体中，这两种瓦斯是以压力状态存在的，吸附瓦斯在煤体卸压、温度上升等客观条件影响下，可以产生解吸现象，吸附瓦斯转变成游离瓦斯，具有流动性。因此，处于原始状态的瓦斯或以压力状态存在的瓦斯对侵入煤体中的空气具有抑制作用，是防止煤自燃的有利因素。

影响煤炭自燃的外因

煤炭自燃的外在条件决定于煤炭接触到的空气量和外界的热交换作用，这两个因素与煤层的埋藏条件和其开采方法有着错综复杂的联系，其中外在因素有：

地质因素： ①倾角。煤层倾角越大，自燃危险性就越大。因为开采急倾斜煤层时，煤炭回收率低、采区煤柱易被破坏、采空区不易封锁。②煤层厚度。煤是不良导体，煤层越厚，越易积聚热量，所以，厚煤层易发火。③地质构造。在有地质构造的地区，自燃危险性加剧。地质构造复杂的地区，包括断层，褶皱发育地带，岩浆入侵地带，自燃发火频繁。这是由于煤层受张力、挤力、裂隙大量发生，煤体破碎，吸氧条件好造成的。

开采技术因素: ①开拓方式。实践经验表明，采用石门，岩巷开拓，少切割煤层少留煤柱时，自燃发火的危险性就降低了。厚煤层开采岩巷进入采区，便于打钻注浆，有利于实现预防性或灭火灌浆。②采煤方法。采煤方法对自燃发火的影响主要表现在煤炭回收率的高低、回采时间的长短上。丢煤越多，丢失的浮煤越集中，工作面的推进速度愈慢愈益发现火灾。③通风条件。通风因素的影响主要表现在采空区，煤柱和煤壁裂隙漏风。漏风就是向这些地点供氧，促进煤的氧化自燃。采空区面积大，漏风量相当可观，但风速有限，散热作用低。

我国是一个能源消耗大国，而在所消耗的能源中煤炭所占比例较大，所以保证矿井的安全生产对于我国的社会的稳定和经济的发展具有极其重要的意义。在煤矿开采过程中，自燃已成为煤矿生产过程中的重大自燃灾害，煤体自燃不仅导致煤炭资源严重浪费，而且还会对矿区的环境及安全带来较大的影响，所以做好矿井煤层自燃防灭火工作具有极其重要的意义。

一、煤的自燃因素分析

引起煤自燃的因素较多，主要如下：

（1）煤的炭化程度。煤层的自燃性一般随煤炭的变质程度的增高而降低，一般情况下挥发分含量在12％以下的烟煤难以自燃，但若有其它原因，也可能产生自燃。

（2）煤岩组分：煤层中有集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝煤时，煤的自燃倾向就大；而暗煤多的煤，一般不易自燃。

（3）煤的含硫量：含硫分愈高，吸氧能力越大，越易自燃，含黄铁矿、黄铜矿结核较多，也具有自燃危险性。

（4）煤的破碎程度：煤的破碎程度大，增加了煤的氧化表面积，使煤的氧化速度加快，容易自燃。脆性与风化率较大的煤易于自燃。

（5）煤的水分：水分能加速煤的氧化过程，同时使煤体疏松、造成细微裂隙，加大吸氧能力，并降低着火温度，但过多水分则可抑制煤的氧化。

（6）地质构造：地质构造复杂、围岩及煤层破碎带易引起煤层自燃。

（7）开拓开采条件及通风方式：矿井开拓方式和开采方法与通风方式若选择不合理，往往造成丢煤多、煤柱破碎，漏风严重，给煤层自燃造成良好条件，增加自燃的可能性。

二、煤的自燃预测

1、人的感官可以察觉的自燃征兆

（1）巷道中出现雾汽或巷壁“挂汗”；

（2）风流中出现火灾气味，如煤油味、松香味、臭味等；

（3）从煤炭自燃点流出的水和空气较正常的温度高；

（4）当空气中有毒有害气体浓度增加时，人们有不舒服的感觉，如头痛、头晕、精神疲乏等。

2、仪表检测

（1）有下列情况之一者，定为自燃发火

(a)煤炭自燃出现明火、火灾烟雾、煤油味等；

(b)煤炭自燃使环境空气、煤层围岩及其它介质温度升高并超过70℃；

(c)采空区或风流中出现一氧化碳(CO)，其浓度已超过矿井实际统计的临界指标，并有上升趋势。

（2）有下列情况之一者，定为自燃发火隐患

(a)采空区或井巷风流中出现一氧化碳，其发生量呈上升趋势但尚未达到矿井实际统计的临界指标；

(b)风流中出现二氧化碳(CO2)，其发生量呈上升趋势，但尚未达到矿井实际统计的临界指标；

(c)煤炭、围岩及空气和水的温度升高，并超过正常温度，但尚未达到70℃，风流中氧(O2)浓度降低，其消耗量呈上升趋势。

三、防灭火措施

1、 灌浆防灭火。根据技术上可行、经济上节省的原则，建立矿井灌浆防灭火系统。当场地内黄土少，采用黄泥灌浆取土困难时，可采用注凝胶和粉煤灰的防灭火方法。凝胶是一种高分子化合物，粉煤灰可直接从邻近的火力发电厂取得，平时采取局部灌浆的方式，当采空区发火时，则采取满灌。

2、阻化剂防灭火。可以采用机动性喷洒压注工艺系统，对采空区、煤层巷道冒落孔洞、开采线、终采线和煤柱裂隙喷洒、压注阻化剂，覆盖或包裹碎煤，封堵裂隙，阻止煤的氧化，起到防火作用。

3、撒凝胶。对巷中的联络巷、断层带、工作面切眼、运输巷、回风巷等灌撒凝胶，阻止煤层与空气接触，防止煤层氧化自燃。另外，对发火严重的回采工作面，当工作面推进1 个月后，在整个工作面后方的采空区撒凝胶，形成凝胶隔绝带，对采空区起到封闭作用，可有效阻止采空区浮煤的自燃。

4、惰性气体防灭火。对已经自然发火的回采工作面，采用注入惰性气体使其尽快熄灭。在封闭自燃的回采工作面之前，先注入惰性气体，冲淡采空区中的氧气，再利用快速封闭铁门进行密闭，达到灭火和防止瓦斯爆炸的目的。

5、普瑞特防灭火新技术。为克服目前注浆、惰气、凝胶、阻化剂、三相泡沫等防灭火技术的不足，徐州吉安矿业科技有限公司联合中国矿业大学创新的提出了普瑞特防灭火新技术，并研制了普瑞特的装备与材料。普瑞特防灭火新技术很好的融合了黄泥灌浆、惰性气体、凝胶、阻化剂、三相泡沫等各项防灭火技术的优点，又避免了上述各项技术的多数缺点。

。由于外来热源的作用而发生的自燃叫做受热自燃；某些可燃物质在没有外来热源作用的情况下，由于其本身内部进行的生物、物理或化学过程而产生热，这些热在条件适合时足以使物质自动燃烧起来，这叫做本身自燃。

本身自燃和受热自燃的本质是一样的，只是热的来源不同，前者是物质本身的热效应，后者是外部加热的结果。物质自燃是在一定条件下发生的，有的能在常温下发生，有的能在低温下发生。本身自燃的现象说明，这种物质潜伏着的火灾危险性比其他物质要大。在一般情况下，能引起本身自燃的物质常见的有植物产品、油脂类、煤及其他化学物质。如磷、磷化氢是自燃点低的物质。

广义的自燃包括受热自燃和本身自燃两种：

受热自燃

（加热自燃）：可燃物被外部热源间接加热其达到一定温度时，未与明火直接接触就发生燃烧，这种现象叫做受热自燃。比如可燃物靠近高温物体时，有可能被加热到一定温度被“烤”着火；在熬炼（熬油、熬沥青等）或热处理过程中，受热介质因达到一定温度而着火，都属于受热自燃现象。

本身自燃

可燃物在没有外部热源直接作用的情况下，由于其内部的物理作用（如吸附、辐射等）、化学作用（如氧化、分解、聚合等）或生物作用（如发酵、细菌腐败等）而发热，热量积聚导致升温，当可燃物达到一定温度时，未与明火直接接触而发生燃烧，这种现象叫做本身自燃。比如煤堆、干草堆、赛璐珞、堆积的油纸油布、黄磷等的自燃都属于本身自燃现象。

受热自燃和本身自燃都是可燃物在不接触明火的情况下“自动”发生的燃烧。它们的区别在于导致可燃物升温的热源不同，引起受热自燃的是外部热源，而引起本身自燃的热源来自可燃物内部。

请注意一些书中讲的自燃是狭义的，只限于本身自燃。就实际情况来讲，本身自燃引起的火灾较多些。

自燃原因

在自燃温度时，可燃物质与空气接触，不需要明火的作用就能发生燃烧。自然点不是在一个固定不变的数值，它主要取决于氧化时所析出的热量和向外导热的情况。可见，同一种可燃物质，由于氧化条件不同以及受不同因素的影响，有不同的自燃点。

煤在氧化升温过程中，会释放出CO、CO2、烷烃、烯烃以及炔烃等指性气体。这些气体的产生率随煤温上升而发生规律性的变化，能预测和反映煤自然发火状态CO贯穿于整个煤自然发火过程中，一般在50℃以上就可测定出来，出现时浓度较高；烷烃（乙烷、丙烷）出现的时间几乎与CO同步，贯穿于全过程，但其浓度低于CO，而且在不同煤种中有不同的显现规律；烯烃较CO和烷烃出现得晚，乙烯在110℃左右能被测出，是煤自然发火进程加速氧化阶段的标志气体，在开始产生时，浓度略高于炔烃气体；炔烃出现的时间最晚，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。因此，在这一系列气体中，选择一些气体作为指标气体，以及准确检测，就能可靠判断自然发火的征兆和状态。

目前，国内外可作为煤自然发指标气体主要有CO、C2H6、CH4、C2H4、C2H2、△O2（△O2为氧气消耗量）等及其生成的辅助性指标。

1）随着煤种的不同，煤自然发火氧化阶段（缓慢氧化阶段、加速氧化阶段、激烈氧化阶段）的温度范围、气体产物和特性都不同。

2）各煤种从缓慢氧化阶段的气体产物优选为灵敏指标的为：褐煤、长焰煤、气煤、肥煤以烯烃或烷比为首选，以CO及其派生的指标为辅，而焦煤、贫煤和瘦煤则以CO及其派生的指标为首选，C2H4或烯烷比为辅；无烟煤和高硫煤唯一依据是CO及其派生指标。

3）C2H4可用于气体分析法中表征低变质程度煤着火征兆的灵敏指标，同时也可以作为判断煤自然发火熄灭程度的指标；C2H4/C2H2比值可以更准确地表征煤着火温度的最高温度点，结合其他参数可用于判断着火前的时间。

因此，必须充分认识到CO并非唯一的煤自然发火气体指标。它还有许多不足：检测温度范围极宽；CO产生量同煤温之间的关系不明确，特别是在现场复杂条件下，受风流、煤体原生气体组分、测点选择及生产过程等因素影响，难以确定煤氧化自燃的发展阶段，使预测预报的准确率和精度降低。

煤自燃对某些人来说听起来可能很新鲜，但却是一种非常普遍的现象。目前，世界上约3%的二氧化碳排放来自煤炭自燃，可望达到较高水平。有数字说，世界上任何时候都有成千上万的煤层自燃。作为中国这样的煤炭大国，煤层自燃也十分严重。据推测，我国煤炭年自燃量在2000万至2亿吨之间。

煤层自燃的原因有很多，包括自然原因和人为原因。比如有些煤的自燃点很低，甚至低到40度，这样当温度达到氧气水平时，煤层就会自燃。一些野火还可能导致浅层煤层自燃。自燃的持续时间可能很长。澳大利亚新南威尔士州有一座自燃煤矿。燃烧时间可能持续了6000年。它应该是已知自燃时间最长、仍在燃烧的煤层火灾。这个地方的火焰仍以每年1米的速度向南移动，深度约为地下30米。

我国已知的燃煤始于200多年前，近百年来发生了多次煤火。乌鲁木齐记录了一百多年的煤火历史。近代以来，随着煤矿开采量的增加，暴露在地表的煤层越来越多，人为因素引起的煤炭燃烧也越来越多。

比如，一些煤矿废弃后成为填埋场，容易被点燃，从而进一步点燃煤层。美国的许多煤层火灾就是原因。美国大部分煤层火灾发生在宾夕法尼亚州，这也是一个大问题。还有因矿难引起的火灾和爆炸，造成煤炭燃烧。由于缺乏管理，废弃煤矿燃烧也很普遍。还有一起火灾是由于盗窃期间的设施和方法问题引起的。燃煤引起了经济、环境、安全等诸多问题。

满意回答

1、隔离法，中间部分取走，适用于矿脉煤，大型料场；

2、窒息法，用土用其他不燃物料覆盖，适用于料场煤；

3、抑制法，用化学制剂抑制。

4、冷却法，灌水，适用于中、小型矿堆。

一、冷却灭火法冷却灭火法，就是将灭火剂直接喷洒在燃烧着的物体上，将可燃物的温度降低到燃点以下，从而使燃烧终止。这是扑救火灾最常用的方法。冷却的方法主要是采取喷水或喷射二氧化碳等其它灭火剂，将燃烧物的温度降到燃点以下。灭火剂在灭火过程中不参与燃烧过程中的化学反应，属于物理灭火法。 在火场上，除用冷却法直接扑灭火灾外，在必要的情况下，可用水冷却尚未燃烧的物质，防止达到燃点而起火。还可用水冷却建筑构件、生产装置或容器设备等，以防止它们受热结构变形，扩大灾害损失。二、隔离灭火法隔离灭火法，就是将燃烧物体与附近的可燃物质隔离或疏散开，使燃烧停止。这种方法适用扑救各种固体、液体和气体火灾。采取隔离灭火法的具体措施有：将火源附近的可燃、易燃、易爆和助燃物质，从燃烧区内转移到安全地点；关闭阀门，阻止气体、液体流入燃烧区；排除生产装置、设备容器内的可燃气体或液体；设法阻拦流散的易燃、可燃液体或扩散的可燃气体；拆除与火源相毗连的易燃建筑结构，造成防止火势蔓延的空间地带；以及用水流封闭或用爆炸等等方法扑救油气井喷火灾；采用泥土、黄沙筑堤等方法，阻止流淌的可燃液体流向燃烧点。三、窒息灭火法窒息灭火法，就是阻止空气流人燃烧区，或用不燃物质冲淡空气，使燃烧物质断绝氧气的助燃而熄灭。这种灭火方法适用扑救一些封闭式的空间和生产设备装置的火灾。在火场上运用窒息的方法扑灭火灾时，可采用石棉布、浸湿的棉被、湿帆布等不燃或难燃材料，覆盖燃烧物或封闭孔洞；用水蒸气、惰性气体(如二氧化碳、氮气等)充人燃烧区域内；利用建筑物上原有的门、窗以及生产设备上的部件，封闭燃烧区，阻止新鲜空气进入。此外在无法采取其它扑救方法而条件又允许的情况下，可采用水或泡沫淹没(灌注)的方法进行扑救。

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