低瓦斯易自燃煤層防滅火技術

賀鵬飛

摘 ?要：我國是世界上煤炭資源最豐富的國家，而煤礦的資源的地質特征也存在較大的差異。 由于煤層中的煤炭是一種易燃燒的物質，因此，在煤礦實際的生產開采過程中安全問題是最為重要的問題。本文主要對低瓦斯易自燃煤層的防滅火問題進行了分析，以期有效促進煤礦的安全生產。

關鍵詞：低瓦斯;易自燃煤層;防滅火;技術

引言

在我國煤礦生產開采的歷史上出現了很多瓦斯爆炸事故的，給煤礦的安全造成了嚴重威脅。近年來，我國在礦井自燃事故越來越重視，鑒于此，針對瓦斯易自燃煤層的防滅火技術研究也在不斷研究過程中，這對煤礦的安全生產有非常重要的意義。

本文主要以陜西神木某煤礦的3-1煤層為例， 結合低瓦斯易自燃煤層的的相關研究， 對煤體的自燃發火機理以及煤層的自燃等級進行了劃分， 針對某煤礦的 3-1煤層通過分析將其自燃等級確定的為Ⅰ類，最后通過實驗對該煤層的氣體與溫度之間的關系進行的分析，針對該煤礦的3-1煤層提出了一些常規的防滅火技術。

1.工程概況

某煤礦井田井田東西長約10.2～10.5km，南北寬約4.5～5.9km，面積54.40km2。，可采煤層9層，自上而下編號依次為：1-2、2-2上、2-2、3-1、4-2上、4-2、4-3、5-1、5-2煤層。本文主要針對其中的3-1煤層中302盤區的30205工作面展開了研究，該工作面為長壁垮落法綜采工作面，其中3-1煤層實際的厚度達到了2.48-3.41m，平均厚度為2.88m，煤層在礦井中的傾角處于 0?-1?的范圍內，其平均傾角達到了 1?，3-1煤頂板局部地段為粉砂巖和薄層泥巖，裂隙不發育，抗壓強度549.2kg/cm2。占井田面積四分之三以上的地段，為中細粒砂巖，泥質膠結。部分地段于其下部有0.50m以下的炭質泥巖或2～5m的粉砂巖，裂隙均不發育。細粒砂巖的抗壓強度305.4～581 kg/cm2;3-1煤層底板多為薄層泥巖、粉砂巖夾薄煤層，間接底板多為細粒砂巖，致密，裂隙極不發育，粉砂巖抗壓強度358.8～413.55 kg/cm2。

通過對該礦井的煤層進行檢驗后發現， 該礦井是瓦斯礦井，其中3-1煤層主要是以中硬煤層為主，煤層中的灰分含量達到了14.54%，硫的含量達到了 0.24%，其煤塵具有爆炸性。因此，3-1煤層的工作面具有發生火災的隱患，需要根據實際情況進一步采取防治措施。

2.煤自燃等級鑒定

煤的自燃等級是進行煤層自燃發火評價過程中非常重要的一個指標。 在針對煤自燃多年的研究過程中， 形成了很多中鑒定煤自燃傾向性的方法， 但是在我國應用最為廣泛是的色譜吸氧鑒定法。 使用該方法鑒定煤自燃傾向性的主要原

理是：將一定量的干煤在置于 30℃以及 1.013×104Pa 的環境下測量其每克干煤中吸收氧的量， 并以此來對煤的自燃傾向性等級進行劃分。煤的自燃傾向性等級分類如下表所示。

從3-1煤層中取樣后進行過化學分析并鑒定其自燃傾向性等級。最終的結果如下表 2 所示。

3.煤自燃特性測試

為更好的針對煤自燃選取合適的防滅火技術，本文中通過實驗對3-1煤層煤樣進行了升溫實驗，主要分析了3-1煤層不同溫度下生成易燃氣體一氧化碳、乙烯、 乙炔等可燃氣體的變化規律，并根據實驗數據顯示來結合煤礦具體環境選擇最為合理的防滅火技術。

3.1 ?實驗設備與方法

實驗所用升溫實驗系統中主要的設備包括控溫箱、流量計以及氣樣分析儀等。該系統運行的基本原理是首先將3-1煤層的煤樣置于其控溫箱中進行加熱，并采集分析煤樣在不同溫度時產生的氣體含量，升至最高溫度后， 停止加熱自然降溫。

3.2 ?測試結果分析

本次實驗過程中主要選取的是某煤礦3-1煤層的煤樣，在煤樣實驗前將煤表面的氧化層進行了處理， 煤樣主要選取是經過嚴格篩選的直徑為 0.5-1mm 范圍內的煤炭顆粒 100g 。

經過實驗測試結果，分析可燃氣體濃度變化可知，3-1煤層煤樣中的乙烯、乙炔、一氧化碳等可燃氣體的濃度在溫度的從 30℃-200℃的不同階段呈現出逐漸升高的趨勢。溫度處于 30℃常溫階段時，開始生成少量的一氧化碳氣體， 隨著溫度不斷升高， 煤樣的氧化反應也在不斷加劇，當溫控箱的溫度達到100℃以上的時候，一氧化碳的濃度開始急劇增加，同時產生少量的C2H4氣體，當溫控箱的溫度達到90℃以上的時候，產生少量的C2H6氣體，130℃時出現了C3H8，且濃度隨溫度成指數增加趨勢，CO氣體在60℃出現，并在低溫階段生成量較小，但在80℃開始劇烈增加，說明開始迅速氧化，C2H4在100℃出現，說明煤與氧氣發生了劇烈氧化。

4綜合防滅火技術

4. 1 漏風封堵技術

漏風封堵技術主要使用通過改性的納米彈性材料涂刷、水泥噴漿或者泡沫噴漿等方法將煤層的關鍵位置實施封堵，從而達到減少或斷絕采空區易燃煤體氧氣提供的目的。這樣就可以有效的封堵通風通道，避免采空區內高溫火點發生復燃現象。

4. 2 惰化技術

惰化技術主要是將惰性氣體或者惰性泡沫等物質注入火災區域，稀釋氧氣的濃度從而將火源隔離起來，以此來達到滅火的目的。原理為：將惰性氣體或惰氣泡沫充填入發火區域，可以迅速降低發貨火區域的蔓延，有效隔斷發火區域，還可以迅速窒息火源。但若煤體煤質比熱容較大，則使用惰性氣體和惰氣泡沫對發火區的控制效果不好，滅火時間長且容易發生復燃現象。

4. 3 煤體阻化技術

煤體阻化技術目的是通過一些技術手段，有效降低煤的氧化活性，阻止煤體與氧氣發生物理化學反應，此技術采用的技術手段有：噴注霧化阻化劑、惰化阻化劑或 氯化鈣、氯化鎂等。原理為：當氯化鈣、氯化鎂溶液附著于煤上時，會形成一張液體薄膜， 可以有效的阻止煤體與氧氣發生反應;當惰化阻化劑所處環境的溫度超過一定值時，阻化劑開始吸收熱量，進而氣化，產生惰性阻化氣體，阻止煤體與氧氣發生反應，進而達到防滅火的作用。

4. 4 膠體防滅火技術

膠體防滅火技術是新近出現一種煤層防滅火技術，該技術主要應用膠體泥漿、 凝膠等膠體物質將礦井中水等容易流動的溶液在指定的位置發生凝結，生成膠體將發火區域包裹，并且膠體在一千攝氏度環境下仍然不會較快的氣化，反而會隨著水分的蒸發逐漸萎縮，滅火效果非常明顯。

5.總結

總之，火災是煤礦重大災害事故之一，煤礦井下由于空間限制，一旦發生火災損失往往是很嚴重的; 煤層自燃是煤礦發生火災的主要因素， 采取得力措施預防煤層自燃發火是防止煤礦火災的有效途徑。

參考文獻：

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