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怎样防止煤层自燃?

2017.06.25 16:21 3516

煤层自燃不仅制约了煤炭经济的发展,也为煤矿安全生产埋下了极大的隐患。那么,怎样防止煤层自燃呢?

煤层自燃是指在煤田边缘的浅煤区部分地段和部分矿井采空区中出现的煤层自发燃烧的现象,危害重重。那么要怎样才能防止煤层自燃呢?下面佰佰安全网来普及下这方面的地质灾害小知识。

什么是煤层自燃?

暴露在空气中的煤,由于氧化放热导致温度逐渐升高,至7080℃以后温度升高速度骤然加快,当达到煤的着火点(300350℃)时,引起燃烧,这种现象称为煤层自燃。

煤层自燃条件

煤体要发生自燃必须具备以下四个条件:

①具有低温氧化性,即有自燃倾向的煤以破碎状态存在;

②有大于12%氧含量的空气通过这些碎煤;

③空气流动速度适中,使破裂煤体有积聚氧化热的环境;

④在上述3个条件同时具备的状态下,持续一定的时间,使煤体可以达到着火温度。

只要同时具备上述4个条件,煤炭自燃发火即可发生。但实际中很难找出某两次煤炭自燃发火的发生条件是完全相同的。这样,对煤炭自燃发火的条件就很难作出定量分析。

煤自燃的不同阶段

1)水吸附阶段。与其他阶段不同,这个阶段只是个物理过程,煤与氧不会发生反应,煤吸附水虽不是煤自燃的根本原因,但他对煤自热,特别是低品级的煤自热有重要影响。当水被煤吸附时会放出大量热,即润湿热。所以,多数情况下该阶段对煤的自燃都起着关键作用。

2)化学吸附阶段。煤自燃过程首先在这个阶段发生化学反应。该阶段的反应温度为环境温度至70℃。这伸过程中煤吸附氧气会产生过氧化物,因而叫做化学吸附阶段。化学吸附阶段煤重略有增加,并产生气体,其中的CO可作为标准气体,通过监测CO浓度可对煤的自燃进行早期预报,化学吸附阶段需要少量水参加反应。根据煤的品级和类型不同,化学吸附的放热量在5.046.72J/g之间变化。若煤温达到70℃时会分解,煤重随之在幅度下降,甚至比原始煤重还要轻。煤中水汾的蒸发可带走一些热量,该过程产热量晨16.875.6J/g间变化。若煤氧化进行到这个阶段,想使其不自燃是非常困难的。

3)煤氧复合物生成阶段。该阶段生成一种稳定的化合物,即煤氧复合物。其反应温度范围为150230℃。产生的热量25.2003.4J/g。这个阶段煤重又有所增加,煤氧化进行到这个阶段必然发生自燃。

4)燃烧初始阶段。这是煤氧复合物生成阶段到煤快速燃烧阶段的过渡时期,煤温达230℃时,煤氧化可进行到个阶段。此时煤的反应热为42243.6J/g。这些热量使煤迅速上升促进了煤的快速燃烧。

5)快速燃烧阶段。这是煤自热的最后阶段,它描述了煤的实际燃烧过程。依氧气供应充足与否,这个阶段可能发生干馏、不完全燃烧或安全燃烧。如果燃烧充分,其反应热等于煤的发热值。

煤的自热影响因素

煤质

煤质本身对煤自热敏感性有显著的影响。

1)煤的品级。煤的品级表明了煤的变质程度,常用挥发分含量和含煤量表示。品级低的纯煤自热热敏感性高,而且,随着煤的品能升高其自热敏感性下降。因而,干燥褐煤最易自热而无烟煤几乎不自热。但含有大最水分的褐煤较纯褐煤不易自燃。

2)煤的水分含量。煤中水分的含量对煤的自燃性有很大影响。水分含量达饱和的煤,特别是在水分含量高的褐煤和次烟煤被开采和干燥前,煤体不再吸附水分,因而不能放出润湿热。煤氧化放出的热量通常使内在水分温度升高。另一方面,自热时的化学反应需要有少量的水分参加。低口级煤水分含量远远大于化学反应的需要量。因而,对低品级煤来说,水分实际上是煤自热的阻化剂。

3)矿物质。煤中的矿物成分也叫灰分。它可与氧反应放热增加煤温,而且使煤分解以增加煤与空气接触的表面积,如黄铁矿,它可以吸收氧化反应放出的部分热量降低煤的氧化反应进程;煤的高灰分使单位质量的氧化热降低。

开采和贮运的环境因素

环境因素对煤自热的影响为:可使煤的水分含量发生变化;改变煤氧接触条件:使生产成的热量扩散。可分为:

1)地质因素。断层和裂隙有利于空气和水分与煤接触。因而散热没有明显增加,却增加了煤发生氧化的机会和水的吸附。也就是说断层和裂隙增加了煤自燃的危险性。埋藏深的煤层地面漏风较少。采空区遗煤(特别对于厚煤层)因不能完全回采而增中了煤的自燃危险性。

2)开采因素。开采因素对煤自燃的影响主要有2个方面,即通风和煤破碎,没有通风或通风充分的地方,煤自燃的可能性较低。而通风不充分地方煤自燃的可能性较大。裂隙漏风是不充分漏分,它创造了煤进一步氧化的条件,而散热条件并未被改善。所以,任何漏风对煤炭自燃来说都是很危险的。

3)贮运因素。在贮存和运输过程中,影响煤自燃的因素要为通风不充分和干燥的低品级煤因雨淋和喷洒水产生润湿热。

煤层自燃的危害性

一、产生大量的二氧化碳气体,导致温室效应。二氧化碳对太阳辐射(包括可见光、红外光和紫外光等)的吸收能力很强,吸收后转化为热能。 散失热能的能力不强,因而在地球周围犹如形成一个玻璃温室,称为“温室效应”。由于二氧化碳等引起的“温室效应”,使全球气候明显变暖。科学家预测,到下世纪中叶,地球表面平均温度将上升1.54.5℃,从而导致南北极冰雪部分融化。加上海水本身热膨胀,就会使世界海平面上升25100厘米,一些地势低洼的沿海城市将葬入海底。地球上的许多平地将被淹没,数亿沿海居民将被迫迁居。同时地球变暖将使不少国家和地区干旱少雨,虫害增多,农业减产。

二、产生大量的有害气体。煤中含有硫,在燃烧时会导致产生大量的二氧化硫,当大气中的二氧化硫与氮氧化物遇到水滴或潮湿空气即转化成硫酸与硝酸溶解在雨水中,使雨酸化,这种雨称为酸雨。

三、产生大量的粉尘,污染环境、危害健康。在一些城市还有许多烟筒里冒出黑色的烟雾,或扶摇直上,或盘旋缭绕。人们形象地称之为“黑龙”,“黑龙”的真面目是烟尘,是燃烧不完全的小小黑色碳粒。一般煤燃烧后约有原重量的110以这种烟尘排入大气。粉尘的颗粒大小不等。颗粒较大的、直径在10微米以上,因为重量较大能很快降落到地面,被称为落尘。颗粒较小的、直径在10微米以下,其中有些比细菌还小,它们长时间在空中飘浮,就把它们叫飘尘。飘尘对人体危害更大。

如何治理煤层自燃?

煤炭自燃初期的识别方法有直接感觉、测定矿内空气成分的变化、测定围岩温度、测定煤炭氧化速度四类。其中测定矿内空气成分的变化,是早期识别和预报自燃火灾应用最广、而且比较可靠的方法。

采用气体分析法,掌握矿内空气成分的变化,识别和预防自燃火灾的主要内容是测定空气中的一氧化碳、二氧化碳、乙烯气体。根据一氧化碳浓度、或一氧化碳绝对量、乙烯浓度、一氧化碳或二氧化碳增加量与氧的减少量的比值作为判定自燃火灾发生的参数。这些气体的测定方法有直接测定法、实验室分析法和自动检测法三种。直接测定法是采用检定管或测量仪器测定。实验室分析法是采用高灵敏度、高精度的气体分析一起进行气体检定。自动检测法是采用束管监测系统或微机控制的火灾预测系统进行矿井火灾集中自动检测。

束管监测系统是由抽气泵将井下的气样通过多芯束管抽到地面,用相应的仪器进行,以对自燃火灾尽快地发出警报。束关系统的优点是采样及时、连续监测、分析数据可靠、预报准确,当井下断电后仍能保证正常监测工作。

微机控制火灾预测系统由井下探测系统和地面测量站组成。井下探测系统中有烟雾探测器、一氧化碳分析器、空气温度传感器和风速针。地面微机对井下信息进行读数显示或打印、贮存。当任一探测器达到规定的信号值以上时,地面站马上发出声光警报,指出井下某处发生了火灾。

1、开采具有自然发火倾向的煤层时,应采用合理的采煤技术,才能防止煤的自然发火。

选择合理的开拓方式和采煤方法。开采有自燃倾向的煤层,应采用石门、岩石大巷的开拓方式,这样可以少切割煤层,少留煤柱,又便于封闭、隔离采空区。如须在煤层中开拓巷道而且服务年限较长,则应进行砌券

2、对具有自燃性的煤层,应采用倒退式回采,禁止前进式回采。要选用回采率高、回采速度快、采空区容易封闭的采煤方法。所以长壁式采煤方法适于开采有自燃倾向的煤层。充填法管理顶板,有利于防火。

3、合理布置采区。在有自燃倾向性煤层中布置采区时,应根据煤层自然发火期的长短和湖采速度来确定采区的尺寸,如果不考虑煤层的自然发火期,盲目加大采区的走向长度,往往还没采完,采空区就已经自燃。

4、提高湖采率,坚持正规循环。回采率越低,丢煤越多,回采率越不正常,越容易自燃发火。所以应坚持正规循环,加快回采速度,清扫工作面浮煤,提高回采率,并及时放顶或充填。

5、预防巷道中自燃发火。首先要保证巷道的工程质量,防止发生冒顶。遇有巷道冒顶或有煤与瓦斯突出形成的空洞,要清除浮煤,使其与外界空气隔绝,防止煤的氧化。

怎样防止煤层自燃?

一、优化巷道布臵,减少辅助巷道,选择合理的开采顺序,尽可能缩短煤层的暴露面积和暴露时间。

二、建立合理的通风系统,合理调配、控制风量,减小通风阻力,减少漏风,杜绝各类巷道呈现微风状态。

三、及时封闭采空区及废弃巷道,废弃巷道应在10日内封闭,采空区必须在10日内封闭完毕。

四、有效处理巷道高冒顶区,及时清理巷道内的浮煤。

五、加强监测监控,及时发现自燃发火隐患,并采取措施进行处理。 煤炭自燃发火经常发生在采空区、停采线、断层、煤柱等丢煤区,巷道高冒顶处、通风不良的联络巷及其它辅助巷道、封闭不严的密闭墙附近等。

由此可见,煤层自燃的预防和治理是一个全方位、高投入的系统工程,与其相应的国土整治、植被恢复难度大,时间长,既需投入大量资金,又需严密的组织和科学的方法,因此开展动态监测,做好及时预防和治理工作十分重要。

( 责任编辑: 陈淼琪 )

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