煤炭自然發火早期發現技術及分析

趙慶杰+吳士坤+扈振波+邵明育+王天樂

摘 要：為了實現對自然發火的早期預測預報，太平煤礦在現有監測監控系統和技術的基礎上，總結出了一套自然發火早期預測預報的方法。通過合理布置CO報警儀，加強日常CO監測數據的管理，可以發現CO濃度的微小變化，實現早期預報，輔之以紅外測溫和經驗可以定位火源位置。現場經驗表明這套方法是行之有效的。

關鍵詞：自然發火 早期發現 測溫法 監測監控系統 CO報警儀

中圖分類號：TD71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0063-03

煤炭自然發火是煤礦的主要災害之一。我國大中型煤礦中自燃危險程度嚴重或較嚴重的煤礦約占總數的70%，國有重點煤礦中具有自燃危險的煤礦約占一半[1]。煤炭自燃多發于肉眼難以直接觀測的地點，其分布、發展狀態復雜多變，難以準確確定火源位置有的放矢地采取有效滅火措施。所以快速、準確地把握燃燒狀態和定位火源是煤炭自然發火防治研究領域的重要課題之一，也是世界性難題。自燃火源的早期發現和定位就是利用相關設備捕捉燃燒引起的地球物理特征變化，確定燃燒狀態和火區范圍。根據探測原理和技術可分為經驗法、物探法、化探法和鉆探法等[2-3]。基于煤炭自燃標志性氣體的檢測技術可以早期發現自燃的征兆，但通過氣體檢測發現自燃時燃燒已經發展到了相當程度，而且易受風流流動的影響。溫度傳感器、紅外測溫等探測方法是最直接、最有效的方法，但煤巖的熱傳導率極低，再加上測點布置和漏風的影響，準確確定隱蔽火源的位置并非易事。現在主要靠探測技術和經驗相結合的方法確定火源位置。

太平煤礦六復采區在復采過程中軌道上山及聯絡巷等巷壁內多次出現高溫點。本文對六復采區歷次自然發火的預測預報進行了分析，提出了在現有監測監控系統和技術的基礎上，一種煤壁自然發火早期發現技術。

1 六復采區自然發火概況

1.1 六復采區概況

六復采區開采原六采區3#煤層的殘煤，殘煤厚度3.13～5.03m，可采儲量107.1萬t，復采區服務年限3.1年。修復原630軌道下山和630皮帶下山作為復采區下山，在下山左側開門，沿煤層底板內錯原上、下順槽5m掘進復采工作面順槽，順槽沿煤層走向布置。復采區共劃分為4個工作面，采用走向長壁全部垮落采煤法。630軌道下山進風、630皮帶下山回風，采煤工作面采用上順槽進風、下順槽回風的“U”型通風系統。瓦斯含量較小，經國家安全生產重慶礦用設備檢測檢驗中心鑒定，3#煤層屬于Ⅱ類自然發火煤層，煤塵爆炸指數為36.92%。采區內設有KJ76N安全監測監控系統。

1.2 六復采區自燃發火記錄

2017年六復采區發火記錄（表1）顯示，發火次數最多的地點是巷道交岔口，其次是密閉，采空區內和工作面進回風順槽沒有出現高溫點。

2 太平煤礦自然發火早期發現技術

2.1 根據感官判斷

根據表1所示的2017年發火記錄，8次高溫點均發生在煤壁、密閉等容易發現的地點。如：在630軌道巷與6F303聯絡巷交叉點向上10m處靠左幫發現明火，6F303上順與6F303聯絡巷交叉口處靠右幫發現冒煙，630皮帶巷128號注膠孔處發現煤油味等，均是根據人體感官和經驗判斷自然發火。

2.2 紅外測溫

紅外測溫主要是探測紅外能量場，通過能量場綜合判斷煤自燃區域。紅外測溫法簡單、迅速、精確，是目前自然發火探測的一項重要技術。紅外測溫儀在太平煤礦自然發火的探測中發揮了重要作用。經驗表明，紅外測溫儀技術對于測量巷壁煤柱等的自然發火十分有效。

2.3 安全監測監控系統

太平煤礦裝備有KJ76N安全監測監控系統，多次對自然發火做出了準確預報。比如6F301上順槽回風口處自然發火時CO傳感器報警情況如表2所示[4]。

接到報警后的現場調查發現：六復301上順槽入口處頂板噴漿體裂隙多；多處裂隙滲出CO，個別地點濃度最大達到1000ppm（達到儀器最大量程）；有煤油味；頂板溫度與周邊溫差不大。排除因放炮引起CO超限的可能，判斷六復 301上順周邊煤體破碎，迎頭探眼漏風進入上順周圍破碎煤體，形成漏風通道，加劇了頂板浮煤的氧化。

3 早期發現技術分析

3.1 根據感官判斷

通過人體感覺發現自然發火是最簡單、最直觀的方法，通過肉眼觀察可以發現明火、冒煙、巷壁掛汗等。但通過觀察發現的自燃已經發展到相當程度，很難對自然發火進行早期預測。通過嗅覺發現煤油味等，但并不是所有的井下工作人員都能通過嗅覺發現自然發火，一個切實可行的方法是對井下全體工作人員，特別是通風員和瓦檢員等專職人員進行訓練和教育，提高工作人員的熱別能力和警覺，使每位工作人員都成為“嗅覺傳感器”，提高發現自然發火的幾率。

3.2 紅外測溫法

煤自燃會在煤巖中產生高溫異常區，通過異常溫度的測定可以確定火源點的位置，這種方法干擾因素少、可靠性高[5]。采用便攜式紅外測溫可以發現煤壁等的高溫點。紅外測溫只能探測表面溫度，而且煤巖的熱傳導率極低，所以通過溫度探測發現的自然發火，火源點的溫度已相當高，通過紅外測溫早期預報并準確確定火源位置并非易事。但紅外測溫法簡單、便捷、實用。

3.3 安全監測監控系統

太平煤礦裝備的KJ76N安全監測監控系統，對自然發火預報發揮了重要作用，但難以確定自然發火的地點，容易產生誤報。針對上述具體問題進行了如下改進。

（1）合理布置CO報警儀。

如圖1所示，在采煤工作面的上隅角A、回風順槽B、回風上山C處分別設置3臺CO報警儀。當回風順槽B的CO濃度上升時，確認A和C的CO濃度變化情況，如果A和C的CO濃度均呈上升趨勢，則可以確認A的上風側發生自然發火；如果A的CO濃度無變化，C的CO濃度呈上升趨勢，但濃度低于B，則可以確認A、B間發生自然發火。

（2）避免CO報警儀誤報。

井下放炮作業干擾了監測監控系統的正常工作，是引起CO報警儀產生誤報的主要原因，因此放炮時提前監測監控室聯系，確認防炮地點。如在圖1的A點放炮，B出現CO濃度峰值的時間要早于C，而且CO濃度沒有持續變化，可以判斷是引起的CO濃度異常。

（3）強化日常監測數據的管理。

加強對日常CO監測數據的管理是通過安全監測監控系統早期發現自然發火的重要途徑，特別是加強對檢修班CO監測數據的分析。一般情況下，檢修班沒有放炮的影響，風流比較穩定。通過對一周內檢修班CO濃度變化情況的分析，可以發現CO濃度的微小變化，實現在低溫階段早期預報。

4 結語

太平煤礦自六復采區開采以來多次出現高溫點，但都沒有引起火災，主要歸功于在多年經驗的基礎上總結出了一套自然發火早期預測預報的方法。首先是加強作業人員的訓練，提高對自然發火的警覺；其次是合理布置CO報警儀，強化日常CO監測數據的管理，發現CO濃度的微小變化，在低溫階段早期預報；最后輔之以紅外測溫和經驗定位火源位置。做到了早發現、早處理，將自然發火消滅于萌芽狀態。

參考文獻

[1] 尹曉丹.煤為什么會自燃[N].中國能源報，2010-08-30.

[2] 武建軍，蔣衛國，劉曉晨，等.地下煤火探測、監測與滅火技術研究進展[J].煤炭學報，2009，35（12）：1669-1673.

[3] 程衛民，陳平，崔洪義.礦井煤炭自燃高溫火源點區域的探測實踐[J].煤炭科學技術，1999，27（11）：4-7.

[4] 吳士坤，扈振波，徐偉.太平煤礦六復采區冒空區CO超限治理研究[J].煤礦現代化，2015（6）：57-59.

[5] 王新成.煤炭自然發火預測預報技術及其應用[A].第3屆全國煤炭工業生產一線青年技術創新文集[C].2008.endprint