礦井火災學第三章[1]

1、第三章第三章 礦井火災的預測預報礦井火災的預測預報第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點1第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報2第三節(jié) 外因火災的監(jiān)測3第四節(jié) 火源的位置探測與判別4第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點v煤炭自然發(fā)火的條件煤炭自然發(fā)火的條件 煤自燃是煤氧化過程自身加速的最后階段，是多種因素作用的結果，必須同時具備以下四個條件：（1 1）煤有自燃發(fā)火傾向性）煤有自燃發(fā)火傾向性, ,并呈破碎狀態(tài)堆積存在并呈破碎狀態(tài)堆積存在; ; 浮煤自燃臨界厚度，是一個不確定值，因煤的自燃特性、煤體溫度、漏風強度的不同而異，應根據現場實際情況而定。（2 2）有連續(xù)的通風供氧條件）有連續(xù)的通風供氧條

2、件; ; 氧氣的存在時煤發(fā)生自燃的主要原因和必要條件，流經煤體風流的含氧量對自燃的發(fā)展過程起著重要作用，一般有三種情況。第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點（3 3）熱量易于積聚）熱量易于積聚; ; 在通風或漏風條件下，使煤氧化放出的熱量難易積聚而不至氧化升溫的風速稱為臨界風速，目前尚無定論，一般認為風速為0.10.24m/min，煤最易發(fā)生自燃。（4 4）維持煤的氧化過程不斷發(fā)展的時間）維持煤的氧化過程不斷發(fā)展的時間 煤自燃是煤氧化放熱持續(xù)一定時間后的結果，影響煤自燃發(fā)火期的因素很多，較難測定。 掌握了煤炭自燃的機理和條件,就能有效地防止自燃事故的發(fā)生:上述四個條件中,只要徹底破壞一個或

3、一個以上(乃至全部),自燃火災就不會發(fā)生。實際工作中，為了增加防火的可靠性，總是采用多方面的綜合防火措施來預防煤炭自然發(fā)火事故。第一節(jié)第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤自燃四條件示意圖煤自燃四條件示意圖: : 煤自燃的必然性與偶然性：煤自燃的必然性與偶然性： 必然性：煤自燃的四個必要條件為煤自燃的防治提必然性：煤自燃的四個必要條件為煤自燃的防治提供了科學依據；供了科學依據； 偶爾性：綜合因素導致煤自燃的發(fā)生，但是這些因偶爾性：綜合因素導致煤自燃的發(fā)生，但是這些因素有不確定素有不確定二、易自然發(fā)火地點二、易自然發(fā)火地點 煤自然發(fā)火地點有一定規(guī)律可循，綜合結

4、合煤自然發(fā)火的條件和現場經驗，井下易發(fā)生火災的地點有：（1 1）采空區(qū)）采空區(qū) 1.1.采空區(qū)采空區(qū) “ “三帶三帶” 波蘭學者從自然發(fā)火的角度出發(fā)將采空區(qū)劃分為三個漏風帶，即 ：“不自燃帶”、“自燃帶”、“窒息帶”，如圖所示：第一節(jié)第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點L1L2W（1 1）不自燃帶）不自燃帶 如圖中帶，緊靠工作面，其寬度在工作面向采空區(qū)內部延伸，即 L1=520m，該帶頂板冒落的巖石處于松散堆積狀態(tài)，孔隙多且大，漏風強度大， Q生Q散，熱量容易聚集，有可能導致自燃。（3 3）窒息帶）窒息帶 如圖所示帶，該帶漏風風流基本消失，氧氣濃度進一步下降

5、，氧化停止。第一節(jié)第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點v自燃帶的寬度和前移速度等特性參數是煤自燃防治工作的重要數據。自燃寬度越大，前移速度越慢，越容易發(fā)生自燃。 控制手段：控制手段： 加快回采速度加快自燃帶前移速度； 自燃帶寬度控制方法：（1）降低工作面風阻或者進出口端點的通風壓力（2）對采空區(qū)灑漿以填充其中的孔隙，注水促進再生頂板的形成，增大采空區(qū)的漏風風阻。第一節(jié)第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點采空區(qū)劃分方法采空區(qū)劃分方法（1 1）根據氧氣濃度劃分）根據氧氣濃度劃分不自然帶：氧濃度不自然帶：氧濃度C15%C15%，

6、也稱冷卻帶或者散熱帶；，也稱冷卻帶或者散熱帶；自燃帶：氧濃度自燃帶：氧濃度15%C5%15%C5%，持續(xù)供氧，蓄熱環(huán)境較好；，持續(xù)供氧，蓄熱環(huán)境較好；窒息帶：氧濃度窒息帶：氧濃度C C5%5%，缺氧，煤自燃無法進行。，缺氧，煤自燃無法進行。（2 2）根據采空區(qū)漏風流速劃分）根據采空區(qū)漏風流速劃分 采空區(qū)漏風風速采空區(qū)漏風風速V V（V0.9m/sV0.9m/s為散熱帶；為散熱帶；0.9V0.02m/s0.9V0.02m/s為自燃帶；為自燃帶；0.02m/s0.02m/s為自窒息帶。）；為自窒息帶。）； 由于缺少深入的理論研究和試驗結果，此指標目前尚由于缺少深入的理論研究和試驗結果，此指標目前尚

7、難以應用。難以應用。 綜上所述：目前根據氧氣濃度劃分的采空區(qū)三帶得到了廣泛的認可。第一節(jié)第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點v實例介紹：安徽淮北朱仙莊872綜放面采空區(qū)“三帶”測定：（1 1）測點的設置）測點的設置（2 2）測試線路和傳感器的保護）測試線路和傳感器的保護第一節(jié)第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點v實例介紹：安徽淮北朱仙莊872綜放面采空區(qū)“三帶”測定：（3 3）測定內容及周期）測定內容及周期內容主要包括：采空區(qū)的氣體成分； 主要部件溫度。正常情況下，測定每天進行一次，出現異常時，增加測定次數（4 4）數據的

8、記錄與整理）數據的記錄與整理（5 5）測定結果：）測定結果： 不自燃帶小于35.2m，自燃帶在313.6m，窒息帶大于13.6m。第一節(jié)第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點v實例介紹：安徽淮北朱仙莊872綜放面采空區(qū)“三帶”測定：（5 5）測定結果：）測定結果：第一節(jié)第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點v “O”O(jiān)”型圈型圈 采動裂隙“O”型圈 裂隙的存在，使得采空區(qū)漏風量增加，增加了“O”型圈附近浮煤的自燃危險性。第一節(jié)第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點（二）停采線和開切眼（二）停采

9、線和開切眼v 采取U型通風無煤柱后退式開采時，停采線下端處于敞口狀態(tài)，很難封閉，容易發(fā)生自燃。v 采用分層開采時，上分層的停采線處風壓最大，容易形成較長時間漏風通道。（三）進、回風巷道（三）進、回風巷道v 根據發(fā)火的原因不同，可以分為以下幾種情況：1.保護煤柱自燃 在采動壓力和地應力的作用下，煤柱容易壓裂、破碎或坍塌，形成大量的浮煤堆積，加之工作面端頭回柱后冒落不徹底，留下漏風通道，容易發(fā)生煤自燃現象。2.巷道高冒落區(qū)自燃第一節(jié)第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點 2. 2.巷道高冒落區(qū)自燃巷道高冒落區(qū)自燃 其形成主要與巷道施工質量、地質構造等因素有關。根據

10、高冒區(qū)松散煤體的裂隙分布狀態(tài)、煤體松散程度和冒落程度可以分為三個區(qū)域：破碎區(qū)、離層區(qū)和斷裂下沉區(qū)。 其中破碎區(qū)，煤層完全破碎 巷道中空氣進入松散層，所以 易發(fā)生自燃。3.3.分層巷道假頂內煤炭自燃分層巷道假頂內煤炭自燃第一節(jié)第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點（四）構造帶（四）構造帶v 主要形式：褶曲、斷層、破碎帶、陷落柱、巖漿傾入。v 原因：（1）構造帶處由于煤層受張力、擠壓等作用，容易形成大量浮煤堆積；（2）構造帶附近漏風通道復雜，漏風嚴重；（3）構造帶附近一般具備有良好的熱量積聚環(huán)境。（五）通風設施附近（五）通風設施附近v 通風設施上下側隨著局部風阻的

11、增大而增大，為漏風的形成提供有力的條件。v 此外，溜煤眼以及瓦斯抽放孔也是極易發(fā)生煤自燃的地方。第一節(jié)第一節(jié) 煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點煤礦井下自燃發(fā)火條件及易發(fā)火地點第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報v 煤自燃的早期識別與預報是有效防治礦井內因火災，一般有直接感覺法、測溫預報法和氣體分析法一、人的直接感覺法一、人的直接感覺法 （1）嗅覺?？扇嘉锸芨邷鼗蚧鹪醋饔?，會分解生成一些正常時大氣中所沒有的、異常氣味的火災氣體。人們利用嗅覺嗅到這些火災氣味，則可以判斷附近的煤炭和膠塑制品在燃燒。 （2）視覺。煤炭氧化自燃初期生成水分，往住使巷道內濕度增加，出現霧氣或在巷道壁

12、掛有平形水珠；淺部開采時，冬季在地面鉆孔或塌陷區(qū)處發(fā)現冒出水蒸氣或冰雪融化的現象。當然井下兩股溫度不同的風流匯合處也可能有霧氣出現。同時透水事故的前兆也會有水珠出現。因此，在井下發(fā)現霧氣或水珠時，要結合具體條件加以分析，得到正確的結論。 第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報一、人的直接感覺法一、人的直接感覺法（3）感覺。煤炭自燃發(fā)展到一定階段，可能會使環(huán)境溫度升高和附近氧氣濃度下降，而且會釋放大量有毒氣體。根據這些反應，同樣也能夠對煤自燃做出一定的判斷。（4）從煤炭自熱點或自燃區(qū)域流經過的水或空氣，其溫度通常較高，同樣可為人所直覺感覺。 當上述征兆發(fā)展到較明顯的程度時，人

13、的感官是可以識別煤炭早期自燃的。但是，人的感覺總是帶有相當大的主觀性，同時，人的感覺與人的健康狀況和精神狀態(tài)也有很大關系，因此，人的直接感覺不是早期識別煤炭自燃的可靠方法，所以還必須使用儀器儀表來識別煤炭自燃的發(fā)生。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報一、測溫預測預報法一、測溫預測預報法u 溫度是確定煤炭自燃發(fā)展階段的最可靠、最直接的重要的參數，測定礦內空氣和圍巖的溫度是煤自燃早期識別和預報的方法。（一）傳感器測溫法（一）傳感器測溫法1.1.溫度傳感器的種類溫度傳感器的種類 （1）熱電偶溫度傳感器 考慮經濟成本和測定精度的要求，煤礦測溫常用銅-康銅熱電偶溫度傳感器。 熱電

14、偶溫度傳感器具有結構簡單，測量范圍寬，熱慣性小和輸出信號便于遠距離傳輸的優(yōu)點，是目前接觸式傳感器中應用最廣泛的。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報（2）熱電阻溫度傳感器 常見的熱電阻溫度傳感器主要有鉑電阻溫度傳感器、銅電阻傳感器、鐵電阻溫度傳感器和鎳電阻溫度傳感器等。井下應用較多的是鉑電阻溫度傳感器。 具有測量范圍大、穩(wěn)定性好、重復性高、耐氧化和比熱電阻打燈優(yōu)點。（3）半導體溫度傳感器 半導體溫度傳感器具有體積小、成本低、效應時間短、在一定范圍內線性較好、功耗低、抗干擾能力強等優(yōu)點。2.2.溫度傳感器的布置與溫度測定溫度傳感器的布置與溫度測定（1）布置要求 安裝溫度傳感

15、器的位置要選擇合理； 溫度傳感器的安裝要符合設計要求； 溫度傳感器安裝后，使用過程中應加強管理和維護。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報2.2.溫度傳感器的布置與溫度測定溫度傳感器的布置與溫度測定（2）布置方法（3）溫度檢測（4）溫度的記錄與處理（5）優(yōu)缺點優(yōu)點：預測可靠、直觀局限性： 傳感器測溫時點接觸，預測預報范圍較?。?傳感器安裝、維護工作量大； 品種單一、穩(wěn)定性差、成本高，使用壽命短； 外界調節(jié)易引起傳感器的破損； 煤體熱導性差，放熱影響范圍小。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報（二）紅外線測溫法（二）紅外線測溫法1.測溫原理 任何物體只

16、要溫度超過絕對零度，就會不斷產生紅外輻射。根據輻射能量的高低，測量溫度的高低，據此對煤自燃的發(fā)展做出判斷。2.相關儀器 探測儀器：紅外測溫儀和紅外成像儀器3.現場應用及不足 除了煤自燃會造成紅外線輻射能量異常外，煤層原始地溫、井下環(huán)境、巷道風量、井下機電設備、煤層內部結構異常也會造成紅外輻射能量異常，造成誤判。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報三、氣體分析法三、氣體分析法 煤的自然發(fā)火過程可以分為緩慢氧化階段、加速氧化階段和劇烈氧化階段，不同階段對應著不同的氣體產物種類和濃度。（一）指標的種類 煤炭自熱過程中會產生各種氣體，且這些氣體的生成濃度與煤體溫度存在明顯的對應關

17、系，因此可作為判斷煤發(fā)展程度的指標。總的來說，氣體分析法的指標可以分成兩類： 煤氧化產生的氣體成分； 煤氧化產生的氣體濃度變化或氣體之間的比值。 目前常用的指標有：CO、格雷哈姆系數、O2、鏈烷比、C2H4、C2H2、C/H、烴。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報三、氣體分析法三、氣體分析法1.一氧化碳（CO） 一氧化碳在煤氧化自燃過程中出現較早、生成量較大、濃度增長速度也較快，其濃度和煤體溫度存在明顯對應關系，是煤自然發(fā)火早期預報非常靈敏的指標氣體。 試驗研究結果： 在常溫下就有CO的出現， CO產生量隨煤溫升高而增 加并呈指數關系，初始階段 CO增幅不大，當溫度上升

18、到 一定階段時，CO急劇增加， 劇烈氧化階段CO濃度達到最 大值。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報三、氣體分析法三、氣體分析法1.一氧化碳（CO）結論結論：CO持續(xù)存在，且濃度不斷穩(wěn)定增加，就可判斷風流上風測存在高溫隱患點或者存在自燃火源。缺點：受漏風的影響的影響極大，對CO濃度測量產生誤差，預報可靠性降低。解決方法： 采用CO的絕對生成量作為判定煤自燃發(fā)展階段的指標，相應的計算公式： 特殊情況：自然點氧氣濃度大于15%時，煤氧化產物基本上是CO2，應綜合考慮。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報三、氣體分析法三、氣體分析法2.格雷哈姆系數（1）

19、格雷哈姆系數三種形式組成：煤氧化過程中CO、CO2濃度的增加量和O2濃度的減少量。 R1、R2受新鮮風流的影響，R3指標基本上不受新鮮風流的影響，因此R3指標常用于指示火災的發(fā)展狀況。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報三、氣體分析法三、氣體分析法2.格雷哈姆系數（1）格雷哈姆系數的應用 一般以R2作為主要指標，以R1作為輔助指標，R3主要用于風流狀態(tài)變化很大的時候。 正常情況下。R2值小于0.5%， R2若持續(xù)上升并且超過0.5%，即表明該礦井中有自熱現象發(fā)生；超過1%則說明煤礦井下已經發(fā)生自燃現象。 缺陷：首先雷格哈姆系數在氧氣消耗量很小的情況下精度很低； 其次雷格哈

20、姆系數還受那些不是煤自燃產生的CO、CO2的影響。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報三、氣體分析法三、氣體分析法3.耗氧量（O2） 耗氧量的計算基于以下兩個方面的假設：（1）空氣中的氧氣含量為20.93%，惰性氣體的含量為79.04%，一般惰性氣體視為氮氣；（2）空氣中的氮氣沒有被消耗，也沒有增加。氧氣的消耗量可以表示為：4.鏈烷比 在煤氧化升溫的不同階段，各種烷烴氣體和產生極其濃度之間有一定的聯系。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報三、氣體分析法三、氣體分析法4.鏈烷比主要包括兩類：（1）長鏈的烷烴氣體與甲烷濃度比值； （2）長鏈的烷烴氣體與乙烷濃度比值。劃分標準：影響因素：煤本身吸附的烷烴量； 吸附烷烴的釋放時間。第二節(jié)第二節(jié) 煤自燃的早期識別與預報煤自燃的早期識別與預報三、氣體分析法三、氣體分析法5.乙烯 乙烯是煤氧化自燃發(fā)展到一定程度之后的產物，不同的煤巖成分產生的乙烯初始溫度存在差異。6.乙炔 乙炔是煤進入劇烈氧化階段的產物，產生的溫度較高，表明井下煤自燃已經發(fā)展到比較嚴重的程度。7.C/H 實踐表明：該