低瓦斯易自燃煤层防灭火技术

贺鹏飞

摘  要：我国是世界上煤炭资源最丰富的国家，而煤矿的资源的地质特征也存在较大的差异。 由于煤层中的煤炭是一种易燃烧的物质，因此，在煤矿实际的生产开采过程中安全问题是最为重要的问题。本文主要对低瓦斯易自燃煤层的防灭火问题进行了分析，以期有效促进煤矿的安全生产。

关键词：低瓦斯;易自燃煤层;防灭火;技术

引言

在我国煤矿生产开采的历史上出现了很多瓦斯爆炸事故的，给煤矿的安全造成了严重威胁。近年来，我国在矿井自燃事故越来越重视，鉴于此，针对瓦斯易自燃煤层的防灭火技术研究也在不断研究过程中，这对煤矿的安全生产有非常重要的意义。

本文主要以陕西神木某煤矿的3-1煤层为例， 结合低瓦斯易自燃煤层的的相关研究， 对煤体的自燃发火机理以及煤层的自燃等级进行了划分， 针对某煤矿的 3-1煤层通过分析将其自燃等级确定的为Ⅰ类，最后通过实验对该煤层的气体与温度之间的关系进行的分析，针对该煤矿的3-1煤层提出了一些常规的防灭火技术。

1.工程概况

某煤矿井田井田东西长约10.2～10.5km，南北宽约4.5～5.9km，面积54.40km2。，可采煤层9层，自上而下编号依次为：1-2、2-2上、2-2、3-1、4-2上、4-2、4-3、5-1、5-2煤层。本文主要针对其中的3-1煤层中302盘区的30205工作面展开了研究，该工作面为长壁垮落法综采工作面，其中3-1煤层实际的厚度达到了2.48-3.41m，平均厚度为2.88m，煤层在矿井中的倾角处于 0?-1?的范围内，其平均倾角达到了 1?，3-1煤顶板局部地段为粉砂岩和薄层泥岩，裂隙不发育，抗压强度549.2kg/cm2。占井田面积四分之三以上的地段，为中细粒砂岩，泥质胶结。部分地段于其下部有0.50m以下的炭質泥岩或2～5m的粉砂岩，裂隙均不发育。细粒砂岩的抗压强度305.4～581 kg/cm2;3-1煤层底板多为薄层泥岩、粉砂岩夹薄煤层，间接底板多为细粒砂岩，致密，裂隙极不发育，粉砂岩抗压强度358.8～413.55 kg/cm2。

通过对该矿井的煤层进行检验后发现， 该矿井是瓦斯矿井，其中3-1煤层主要是以中硬煤层为主，煤层中的灰分含量达到了14.54%，硫的含量达到了 0.24%，其煤尘具有爆炸性。因此，3-1煤层的工作面具有发生火灾的隐患，需要根据实际情况进一步采取防治措施。

2.煤自燃等级鉴定

煤的自燃等级是进行煤层自燃发火评价过程中非常重要的一个指标。 在针对煤自燃多年的研究过程中， 形成了很多中鉴定煤自燃倾向性的方法， 但是在我国应用最为广泛是的色谱吸氧鉴定法。 使用该方法鉴定煤自燃倾向性的主要原

理是：将一定量的干煤在置于 30℃以及 1.013×104Pa 的环境下测量其每克干煤中吸收氧的量， 并以此来对煤的自燃倾向性等级进行划分。煤的自燃倾向性等级分类如下表所示。

从3-1煤层中取样后进行过化学分析并鉴定其自燃倾向性等级。最终的结果如下表 2 所示。

3.煤自燃特性测试

为更好的针对煤自燃选取合适的防灭火技术，本文中通过实验对3-1煤层煤样进行了升温实验，主要分析了3-1煤层不同温度下生成易燃气体一氧化碳、乙烯、 乙炔等可燃气体的变化规律，并根据实验数据显示来结合煤矿具体环境选择最为合理的防灭火技术。

3.1  实验设备与方法

实验所用升温实验系统中主要的设备包括控温箱、流量计以及气样分析仪等。该系统运行的基本原理是首先将3-1煤层的煤样置于其控温箱中进行加热，并采集分析煤样在不同温度时产生的气体含量，升至最高温度后， 停止加热自然降温。

3.2  测试结果分析

本次实验过程中主要选取的是某煤矿3-1煤层的煤样，在煤样实验前将煤表面的氧化层进行了处理， 煤样主要选取是经过严格筛选的直径为 0.5-1mm 范围内的煤炭颗粒 100g 。

经过实验测试结果，分析可燃气体浓度变化可知，3-1煤层煤样中的乙烯、乙炔、一氧化碳等可燃气体的浓度在温度的从 30℃-200℃的不同阶段呈现出逐渐升高的趋势。温度处于 30℃常温阶段时，开始生成少量的一氧化碳气体， 随着温度不断升高， 煤样的氧化反应也在不断加剧，当温控箱的温度达到100℃以上的时候，一氧化碳的浓度开始急剧增加，同时产生少量的C2H4气体，当温控箱的温度达到90℃以上的时候，产生少量的C2H6气体，130℃时出现了C3H8，且浓度随温度成指数增加趋势，CO气体在60℃出现，并在低温阶段生成量较小，但在80℃开始剧烈增加，说明开始迅速氧化，C2H4在100℃出现，说明煤与氧气发生了剧烈氧化。

4综合防灭火技术

4. 1 漏风封堵技术

漏风封堵技术主要使用通过改性的纳米弹性材料涂刷、水泥喷浆或者泡沫喷浆等方法将煤层的关键位置实施封堵，从而达到减少或断绝采空区易燃煤体氧气提供的目的。这样就可以有效的封堵通风通道，避免采空区内高温火点发生复燃现象。

4. 2 惰化技术

惰化技术主要是将惰性气体或者惰性泡沫等物质注入火灾区域，稀释氧气的浓度从而将火源隔离起来，以此来达到灭火的目的。原理为：将惰性气体或惰气泡沫充填入发火区域，可以迅速降低发货火区域的蔓延，有效隔断发火区域，还可以迅速窒息火源。但若煤体煤质比热容较大，则使用惰性气体和惰气泡沫对发火区的控制效果不好，灭火时间长且容易发生复燃现象。

4. 3 煤体阻化技术

煤体阻化技术目的是通过一些技术手段，有效降低煤的氧化活性，阻止煤体与氧气发生物理化学反应，此技术采用的技术手段有：喷注雾化阻化剂、惰化阻化剂或 氯化钙、氯化镁等。原理为：当氯化钙、氯化镁溶液附着于煤上时，会形成一张液体薄膜， 可以有效的阻止煤体与氧气发生反应;当惰化阻化剂所处环境的温度超过一定值时，阻化剂开始吸收热量，进而气化，产生惰性阻化气体，阻止煤体与氧气发生反应，进而达到防灭火的作用。

4. 4 胶体防灭火技术

胶体防灭火技术是新近出现一种煤层防灭火技术，该技术主要应用胶体泥浆、 凝胶等胶体物质将矿井中水等容易流动的溶液在指定的位置发生凝结，生成胶体将发火区域包裹，并且胶体在一千摄氏度环境下仍然不会较快的气化，反而会随着水分的蒸发逐渐萎缩，灭火效果非常明显。

5.总结

总之，火灾是煤矿重大灾害事故之一，煤矿井下由于空间限制，一旦发生火灾损失往往是很严重的; 煤层自燃是煤矿发生火灾的主要因素， 采取得力措施预防煤层自燃发火是防止煤矿火灾的有效途径。

参考文献：

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[2] 孙家岔龙华煤矿3-1煤层自然发火标志气体指标测定报告[J]. 中煤科工重亲煤科院 2017（05）

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