第七章矿山自燃火灾事故与安全

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第七章矿山自燃火灾事故与安全
•煤自燃的初期阶段
（1）人的直接感觉
§嗅觉：煤油、芳香味、非饱和碳氢化合物 §视觉：水蒸气、表面水珠、烟雾 §触觉：头痛、闷热、精神疲乏 根据人的感觉，是最快捷、最简便的方法。
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
•煤自燃早期识别
（2）气味剂测试法
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃地质采矿影响因素
（4）煤的瓦斯含量 瓦斯或者其它气体含量较高的煤，
由于其表面有大量的吸附瓦斯，煤与空 气隔离，不易氧化。在吸附瓦斯量 《5m3 /t时，煤才会自燃。
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
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1.煤自燃阶段征兆 2.煤自燃早期识别
•温度传感器
•温度直接测定
第七章矿山自燃火灾事故与安全
•煤自燃早期识别 （3）温度测试方法
v 间接测温：将无线电或红外辐射仪传感器埋入 测点，通过无线电信号、红外辐射测定热量
•传感器
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•接收机
•测定热量推测温度
第七章矿山自燃火灾事故与安全
•煤自燃早期识别
2、测定矿内空气和围岩温度
•（4）直接测试方法存在问题
•煤自燃的初期阶段
（2）CO2指数
v 机理：火灾会产生大量的CO2，同时，在阴燃 转为明燃时，CO还会燃烧成为CO2
v CO2指数：CO2/ΔO2 v 特点：[CO2/ΔO2 ]> [CO/ΔO2 ]。在CO2/ΔO2
升高、CO/ΔO2降低时，表明正向燃烧发展 v CO2：易溶于水中，不稳定
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•
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
•2. 高硫高温矿山火灾机理
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1.火灾机理 2.硫铁矿性质 3.硫铁矿放热反应
v 优点：反映自燃火灾灵敏，比其它方 法早数周，并且不受风量影响
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
•煤自燃早期识别
CO指数特点与不足
v 比值持续》0.5％：有自热现象。 v 氧气消耗量小：精度低 v 非火灾CO影响：CO—采空区、空气
（通常比值《0.5％）
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤炭自燃倾向性
v 取决于常温下煤的氧化能力和发热能力。不同的 煤自燃倾向性不同,是采矿安全设计的基础。
v 自燃倾向性分类：容易自燃、自燃、不易自燃。 v 《规程》要求：新建矿井与延深新水平所有煤层
的自燃倾向性要进行鉴定。
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•火温度法
•色谱吸氧法
第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃倾向影响因素
•2. 地质采矿对煤自燃的影响因素
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1.地质赋存条
件
2.开拓采矿 3.通风条件
第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃地质采矿影响因素
（１）地质赋存条件 v 厚度大：回采时间长，大量残矿 v 倾角大：封闭困难，大量残矿 v 地质构造复杂：破碎易吸氧、氧化 v 顶板坚硬：煤柱易压碎，冒落空区不密实
在空气中氧作用 下，煤氧化放出 热量引起
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•？
煤的自燃是一个低温
氧化过程
有自燃倾向的煤炭，
只要存在有利于煤炭 氧化进程发展的时间 与热量蓄积条件，就 可能发生自燃
第七章矿山自燃火灾事故与安全
3.煤炭自燃发展过程
•燃烧期 •自燃期 •潜伏期
•温 度
•T
•燃烧
•临界温度
•冷却风化
•70
•0 •潜伏期
•自燃期
•时间
•OH 煤炭自燃过程
•潜伏
•自热
•燃烧
•氧 氧化物羟 基着火点 活泼 性 温度未增加
•达到自热温
•温度》着火点
度，》60℃后， 温度后，导致自
反应加速，干馏 燃，否则风化
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤炭自热温度
v 自热温度 煤加速反应的临界温度。达到了该温
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃倾向影响因素
（６）煤的瓦斯含量
v 瓦斯含量较高的煤，含有大量的吸附瓦斯， 使煤与空气隔离，氧气不易与煤表面发生接 触，使煤炭不易自燃。
v 当煤中残余瓦斯量》5m3/t时，煤难以自燃。 但在瓦斯的放散后，自燃特性就再现出来了。
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
•测试法操作简便，但有以下问题：
v 风 速：太小、太大或太远，影响气味 v 仪器易损坏：顶板垮落、底板开裂 v 火源远：煤的热传导能力弱，热量影响
范围小（1m） v 湿度大：结果可靠性差
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
•煤自燃早期识别
2.测试气体分析法
v 煤炭自热时产生的CO、CO2，是分析火 灾变化趋势的主要指标。
第七章矿山自燃火灾事 故与安全
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2020/12/6
第七章矿山自燃火灾事故与安全
常见自燃物质
•工农产品 •滤布 、稻草
•矿 石 •煤、硫矿石
•油类物质
•油布、油绸、 油纸、漆布、 蜡布、蜡管， 油棉麻、桐油
•化学物品
•黄磷、三丁 基硼
•一
•煤矿自燃与防治
• 1. 煤矿自燃机理 • 2. 煤矿自燃早期发现 • 3. 煤矿自燃防治
•火灾监测系统
计算机 听觉警报 听觉警报 数字显示 图表显示
•程序控制
气体分析仪 •试样选择器
•试样校对
•多余气体
PPT文档演模板 •CO/CO2
•井下至地面管线
•水分捕捉器
•粉尘过滤器
•1
•1 •1
•1
•测点取样
第七章矿山自燃火灾事故与安全
•二
•高硫高温矿山
• 1. 高温自燃火灾机理 • 2. 氧化发火影响因素
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤炭自燃倾向影响因素
（5）煤破碎程度 完整的煤体不会自燃，破碎后表面积增大、 着火温点降低，自燃性能显著提高。 • 煤粒直径=1.5～2mm，着火点330～360℃； • 粒度直径〈1mm，着火点低到190～220℃。 煤的自燃性随着破碎度的增加而上升。
v 测出这些变化值，除以氧气的消耗量， 即获得新鲜空气被稀释影响。
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第七章矿山自燃火灾事故与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ全
•煤自燃早期识别
•返回
•浓度
•CO
•ppm
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•无味 弱
中等
强烈气味
•H2
•乙
烷
•乙
烯
•丙
烯
气体浓度和煤温的关系 •煤温℃
第七章矿山自燃火灾事故与安全
•煤自燃早期识别
•（1）氧气减少量
镜煤/亮煤：脆性大，易破碎，而且灰分
少，常充填有黄铁矿，易自燃，利于自燃的 发展。
暗煤：硬度大，不易自燃。
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃倾向影响因素
（4）煤的含硫量
▪ 硫存在形式：FeS2、有机硫以及硫酸盐
▪ 黄铁矿：黄铁矿比热小，吸附相同氧量，温 度增值比煤大3倍。低温氧化时产生硫酸铁和硫 酸亚铁，使煤膨胀松散，促煤更易氧化自燃。煤 中含黄铁矿越多，越易自燃。含硫3%以上的煤层 均为自燃发火煤层。
v 原始氧气比值
K=
（氧气比例/惰性气体比例）
=20.93%/79.04%
=0.2648
v 氧气减少量
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•原始O0
•现在O2
第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃早期识别
•（2）CO指数（ICO）
v 机理：CO生成温度低，生成量大，并 且生成量随温度升高按指数规律增加
v CO指数：CO/ΔO2 （英国学者Ivon Graham提出）
•2. 煤自燃早期识别方 法
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1.直接测试方法 2.测试分析法
第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃早期识别
1. 直接测试方法 煤炭自燃发展有一个过程。初期发现，
可阻止发展，避免酿成火灾。其自燃有明显 的外部特征，可采用直接测试的方法测定。 主要测试方法为： § 人的感觉 § 气味测定 § 温度测定（空气、围岩）
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃地质采矿影响因素
（2）开拓与采矿 v 开拓
切割煤层越多，自燃发火危险性越大。 v 采矿
矿石损失越大、回采时间越长，危险性越大
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃地质采矿影响因素
（3）通风漏风 v 采空区：残矿、裂缝煤柱、裂缝煤壁 v 工作面：大量堆煤 v 措施：堵塞、降低风压
v 气味胶囊： 封装有低沸点、高蒸汽
压、浓烈气味的液态物质 （硫醇和紫罗兰酮） v 测试方法：
将其埋在测点，温度升 高，胶囊破裂发出特殊气味。
•气味？
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
•煤自燃早期识别
v 气味测试剂
❖ 紫罗兰酮
黄色液体（香精），沸点140～ 147℃。有浓郁甜花香或松木香。
第七章矿山自燃火灾事故与安全
•1. 煤自燃阶段征兆
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1.自热初期阶段征
兆
2.自热后期阶段征
兆
第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃初期征兆
（1）初期征兆 自热潜伏期结束后进入自燃初期。
煤炭自燃发展有一个过程。主要征兆为： § 煤温度升高，但在临界温度以下 § 空气中氧浓度降低 § 空气中相对湿度较大 § 出现CO、CO2
加增大（雨后地面煤堆，灌水灭火疏干）。 水分是FeS2反应的必要条件。 自热时水分生成蒸气要消耗热量，所以
湿度太大，温度难以上升。
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃倾向影响因素
（3）煤岩成分
煤岩成分：丝煤、亮煤和镜煤、暗煤 丝煤：结构松散，着火点低（190-
270℃），最易自燃，引火作用。
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃初期征兆
（2）自热后期征兆
自热温度超过临界值，但未达到明火 燃烧温度，为自热后期。主要征兆为： § 火源处空气湿度大、雾气、煤壁出汗 § 出现煤炭氧化物：CO、CO2、甲烷等 § 煤温、水温、空气温度升高 § 水酸度增大
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
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程
1.研究现状 2.火灾机理 3.自燃火灾发展过
第七章矿山自燃火灾事故与安全
1.煤炭自燃火灾现状与趋势
➢ 有煤炭自燃倾向的矿井：56% ➢ 有自燃发火危险的煤层：60% ➢ 自燃火灾占矿井火灾总数：70% ➢ 趋势：综采放顶煤开采技术，火灾更频繁
煤炭着火点温度
v 着火点温度 煤自发燃烧的最低温度。达到了该
温度点后，煤炭开始燃烧。
v 主要煤炭着火温度
•270～350℃ •320～380℃ •400℃
•褐 煤 •烟 煤 •无烟煤
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
1.煤的自燃倾向性 2.地质采矿影响
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
（1）煤的变质程度
碳化程度越高，煤体内的活性结构越少。 所以煤的变质程度越低，煤自燃倾向性越大。 褐煤最易自燃，无烟煤最不易自燃，烟煤介于 之间。
烟煤的煤化度： 长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤、肥煤、焦煤
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃倾向影响因素
（2）煤的水分 自热时，水分的催化作用随着温度的增
第七章矿山自燃火灾事故与安全
•煤自燃的初期阶段
（3）碳氧化物比值
v 碳氧化物比值：CO/CO2 v 机理：可显示火灾发展状况。初期该比值
上升；充分燃烧时，为一个常数。
v 特点：当火灾形成富燃料燃烧时，CO/CO2 值会快速增加（如煤炭、瓦斯与其它参与 燃烧）。
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤自燃危险程度
v 煤自燃危险程度 （1）煤的自燃倾向性 （2）地质采矿因素 （3）自燃发火期
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
•1. 煤的自燃倾向性
1.煤变质程度 4.煤的含硫量 2.煤的水分 5.煤的粒度 3.煤岩成分 6.煤瓦斯含量
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
度点后，氧化产热量高于散热量，导致环 境温度上升，氧化速度增加，并又产生更 多的热量。
v 影响因素 煤的产热能力与蓄热环境。
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
煤炭自燃条件
v 煤具有自燃倾向性 v 有连续的供氧条件 v 热量易于积聚 v 足够的时间
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
硫 醇
无色液体，沸点36.2℃。有强烈 大蒜气味（空气中浓度达到500亿
分之一）；吸入引起头痛、恶心。
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
•煤自燃早期识别
（3）温度测试方法
v 直接测定：将温度传感器放入钻孔中或埋在采 空区内测定煤岩体温度（热电偶和热敏电阻）
•传感器
•测试仪器
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第七章矿山自燃火灾事故与安全
2.煤炭自燃发火机理
黄铁矿作用学说
煤层中的黄铁矿 (FeS2)与空气中水 份和氧发生热反 应引起
细菌作用学说
在细菌作用下， 煤在发酵过程中 放出热量引起
2.煤炭自燃发火机理
酚基作用学说
煤体内不饱和的 酚基化合物与空 气中氧反应，放 出热量引起
煤氧作用学说