煤炭自燃預測預報及防治技術

摘要：本文總結煤炭自燃預測預報技術，其中預測技術包括煤的自燃危險性預測、煤的自燃危險區(qū)域判定、煤層自燃發(fā)火期預測等技術；預報技術包括氣體分析法、測溫法、氣味分析法等技術；煤自燃防治措施主要有灌漿技術、阻化劑技術、惰化技術等。

關鍵詞：煤炭自燃；預測預報；防治措施

中圖分類號：TD453 文獻標識碼：A

我國有56%的煤礦存在自然發(fā)火問題，礦井火災事故是一大突出災害。目前，煤炭自燃已成為制約我國煤炭工業(yè)高產、高效的主要災害之一。本文對煤炭自燃的預測預報技術和防治措施的應用及發(fā)展進行了總結分析。

一、煤炭自燃預測預報技術

（一）預測技術。預測技術是在煤層尚未出現自然發(fā)火征兆之前（潛伏期），采取不同方法對煤炭自燃危險性、易自燃危險區(qū)域、自然發(fā)火期等重要火災參數指標做出超前判識的一種技術。

1、煤的自燃危險性預測。煤炭自燃危險性預測技術主要包括煤自燃傾向性實驗測試法、綜合評判預測法。

（1）自燃傾向性實驗測試法。煤自燃傾向性的測試方法很多，主要包括：絕熱測試法、著火點溫度法、雙氧水法（H2O2）、靜態(tài)吸氧法、高溫活化能法、差熱分析法（DTA）、熱重法（TG）、交叉點法（CPT）。其中，絕熱測試法被公認為是最科學、最準確的測試方法，但是由于其耗時長而未能得到廣泛應用。

（2）綜合評判預測法。陳立文等對影響煤層自燃危險程度內、外因素，進行主觀判斷、分析評分，應用模糊數學理論，對開采煤層自燃危險程度進行綜合評判預測。王省身、蔣軍成等人運用神經網絡的方法，以影響開采煤層自燃危險性的三個主要因素作為預測指標，預測煤層自燃的危險程度。施式亮、劉寶琛等用防火系數作為預測指標，建立了人工神經網絡的時間序列煤自然發(fā)火預測模型來判斷自然發(fā)火程度。

2、煤自燃危險區(qū)域判定。煤自燃危險區(qū)域的探測方法主要有：經驗統計法、無線電波法、地質雷達探測法、遙感技術、地面物探法、氣體探測法。近幾年，根據火區(qū)產生的能量或放射性氣體，如氡氣，并逐漸形成了氡氣探測法。

3、煤層自然發(fā)火期預測。余明高、王清安等人和煤炭科學研究總院重慶分院的黃之聰和岳超平等人，根據煤與氧反應的熱平衡，建立了最短自然發(fā)火期解算模型以及相應的實驗方法，準確率達到75%～86%，對現場安全生產具有一定的指導作用。

（二）預報技術。預報方法主要有標志氣體分析法、測溫法、光電法、電離法、煙霧法、磁力預測法等。近年來，隨著氣味傳感器的問世，又逐步形成了氣味分析法。我國主要采用氣體分析法和測溫法，并以氣體分析法為主。

1、氣體分析法。氣體分析法是以煤自然發(fā)火過程中的氣體產物規(guī)律來預測預報煤自然發(fā)火的過程。八十年代煤礦普及氣相色譜分析法，并成功研制了束管監(jiān)測系統?！鞍宋濉逼陂g研制的GC-85型礦井火災多參數色譜監(jiān)測系統，不僅提高了分析精度，而且使分析組分擴充為CO、CH4、C2H4、C2H6、C2H2等以及包括SF6在內的礦井火災的微量氣體全組分分析。

2、測溫法。測溫法可分為兩類：①直接用檢測到的溫度值進行預報或報警；②通過監(jiān)測點溫度的變化特性進行預報。溫度監(jiān)測用的傳感器主要有熱電偶、測溫電阻、熱敏材料、紅外線等。測溫儀表與測溫傳感器聯合測溫法，這是目前國內外最為廣泛應用的一種方法，兗州礦區(qū)東灘煤礦即采用此法測量煤溫。

3、氣味分析法。2005年日本等國研制成功一種氣味傳感器。該檢測方法不但能有效地預防煤礦內因火災，而且能及時發(fā)現煤礦外因火災，并且預報早期溫度比傳統的氣體檢測法提前20℃～30℃，具有重大的社會和經濟效益。

二、煤炭自燃火災防治措施

“預防為主，消防并舉”是礦井防滅火工作的指導方針，是防治白燃火災必須遵循的原則。為了防治煤炭白燃，國內外廣泛采用注水、灌漿、噴灑阻化劑、注惰氣等技術。近年來，又較廣泛地采用了凝膠、膠體泥漿、阻化汽霧、泡沫樹脂等防滅火技術。

（一）灌漿技術。在20世紀五十年代，灌漿技術成為我國煤礦防滅火技術的主要手段，是一種簡單易行、比較可靠的防滅火技術。其具有隔氧，散熱、降溫，加速 冒落煤巖的膠結的作用。

（二）阻化劑技術。目前，常用的阻化劑主要是氯化物。阻化劑防滅火技術包括：①噴灑阻化劑防滅火技術，是將含有阻化劑的水溶液均勻噴灑到煤體表面，以達到防滅火的目的；②汽霧阻化防滅火技術，是將受一定壓力下的阻化劑水溶液通過霧化器轉化成為阻化劑汽霧，汽霧發(fā)生器噴射出的微小霧?？梢月╋L風流為載體飄移到采空區(qū)內，從而達到采空區(qū)防滅火的目的。

（三）惰化技術。惰化技術就是將惰性氣體或其他惰性物質送入擬處理區(qū)，抑制煤層自燃的技術。惰性物質主要有黃泥漿、粉煤灰、阻化劑和阻化泥漿等。其中，粉煤灰注漿和阻化劑具有較大優(yōu)勢，可以取自某些廢棄物再利用，多用于厚煤層采全高或分層開采。

（四）三相泡沫防滅火技術。三相泡沫是將不溶性的固態(tài)不燃物（如粉煤灰或黃泥）分散在液體（水）中，通入惰性氣體（N2）或空氣并添加極少量的添加劑（發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑）通過三相泡沫發(fā)泡器充分攪拌混合，形成固體顆粒均勻附著在氣泡壁上的大量富集的含有氣一液一固三相的體系。該技術集注漿、注泡沫、注惰性氣體和注阻化劑的綜合防滅火功能，又克服了各自技術的不足。

（五）凝膠技術。凝膠材料分為無機凝膠和高分子凝膠，具有固水性、吸熱降溫性、密封堵漏性和阻化性，因此，通過向煤體裂隙或冒落區(qū)中注入凝膠材料，可以降低漏入煤體或冒落區(qū)的風量，并吸收煤體氧化產生的熱量，從而減緩煤氧化自燃的速度，使已自燃氧化的煤體在缺氧環(huán)境下停止氧化。

（六）堵漏風防滅火技術。堵漏風防滅火技術用于采空區(qū)密閉堵漏風、隔離煤柱裂隙堵漏風、無煤柱工作面巷道巷幫隔離帶堵漏風等多個場合，初期的堵漏防滅火措施主要為灌注黃泥漿、砂漿等，近年來研究成功了各種性能優(yōu)良的新型充填堵漏材料，如無機固化粉煤灰、輕質膨脹快速密閉堵漏材料等。目前，堵漏的主要手段是水泥噴漿和泡沫噴涂，水泥噴漿工作量大，回彈多，抗動壓性差；泡沫堵漏性能好，抗動壓性好，但其成本較高，高溫時分解，釋放出有害氣體。

（七）均壓防滅火技術。均壓防滅火技術是采用通風的方法減少自燃危險區(qū)域漏風通道兩端的壓差，使漏風量趨近于零，從而斷絕氧源，起到防滅火的作用。該技術能降低大量的漏風，縮小采空區(qū)氧化帶范圍，但工作面兩端壓差不可能降低為零，因此對工作面順槽頂煤、上分層采空區(qū)、煤柱自燃預防作用不大。

三、結語

目前的預測、預報技術雖對煤炭自燃火災的防治起到較大作用，但為進一步提高預測預報準確率有必要深入研究煤的自燃機理及實際條件下煤炭自燃預測預報技術；煤礦防滅火技術的設計、實施與實現是一項復雜的系統工程，只有通過加強應用基礎理論研究，開發(fā)適用性防滅火材料、技術、工藝與裝備，有效控制煤礦火災擴大與繼發(fā)性災害，將各種技術有機地結合起來，才能實現全礦井防滅火系統的技術創(chuàng)新。

作者簡介：曲晟易，畢業(yè)于黑龍江科技大學，大學本科學歷，助理工程師，現任鶴礦集團振興煤礦通風區(qū)技術員.endprint