煤层自然发火预测预报技术-第三讲

1、主要内容主要内容自然发火早期预测预报技术自然发火早期预测预报技术火灾监测、预测预报技术装备火灾监测、预测预报技术装备 外因火灾监测与预警技术外因火灾监测与预警技术 自然发火预测预报技术自然发火预测预报技术n煤自然发火早期征兆煤自然发火早期征兆温度升高。温度升高。通常表现为：煤壁温度升高、自燃区域的出水温度升高和回风流温度升高，这是由于煤氧化自燃进入自热阶段放热所致；湿度增加。湿度增加。通常表现为煤壁“出汗”、支架上出现水珠等，这是因为煤在自燃氧化过程中生成和蒸发出一些水分，遇温度较低的空气或介质重新凝结形成水珠或雾气；出现煤焦油味。出现煤焦油味。火源中心点的水分蒸发殆尽后，由于供氧不足而进入干

2、馏阶段，释放出具有煤焦油味的气体所致；人体感到不适或出现某些病理现象。人体感到不适或出现某些病理现象。自然发火过程中释放出大量的CO、SO2、H2S等有害气体，人们吸入后往往感到头痛、疲乏、昏昏欲睡、四肢无力等病理现象；出现烟雾或明火。出现烟雾或明火。自然发火发展到一定程度时，会出现烟雾或明火，此时处理措施一定要谨慎、得当，以免引燃引爆瓦斯，造成非常严重的后果自然发火预测预报技术自然发火预测预报技术n煤自然发火预测预报方法煤自然发火预测预报方法气体分析法气体分析法、测温法测温法、光电法、电离法、烟雾法和、光电法、电离法、烟雾法和气味检测法气味检测法等。等。我国最常用的是气体分析法和测温法，以气

3、体分析法为主。气体分析我国最常用的是气体分析法和测温法，以气体分析法为主。气体分析法是通过分析煤自然发火过程中产生的某些气体的浓度、比值、发生法是通过分析煤自然发火过程中产生的某些气体的浓度、比值、发生速率等特征参数，对煤自然发火发展趋势等做出预测预报的方法。速率等特征参数，对煤自然发火发展趋势等做出预测预报的方法。 自然发火预测预报技术自然发火预测预报技术n气体分析法气体分析法是通过煤自然发火过程中产生的某些气体的浓度、比值、发生速率等是通过煤自然发火过程中产生的某些气体的浓度、比值、发生速率等特征参数，对煤自然发火发展趋势等做出预测预报的方法。特征参数，对煤自然发火发展趋势等做出预测预报的

4、方法。通常把这些能够表征煤自然发火进程的气体或其之间的比值称为通常把这些能够表征煤自然发火进程的气体或其之间的比值称为自然自然发火标志气体发火标志气体。常用的标志气体有常用的标志气体有COCO、COCO2 2、C C1 1-C-C4 4烷烃、烷烃、C C2 2-C-C3 3烯烃及烯烃及C C2 2H H2 2及链烷比、及链烷比、烯烷比等烯烷比等 。 自然发火预测预报技术自然发火预测预报技术n气体分析法气体分析法自然发火自然发火气体产物气体产物自燃氧化气体自燃氧化气体自燃吸附气体自燃吸附气体由于煤的氧化而产生的气体。如：CO、C2H4、C2H2和部分C1-C4烷烃、CO2等吸附在煤体孔隙中，由于

5、氧化升温而解吸。如：吸附态的C1-C4烷烃，CO2、N2、SO2等气体分析气体分析3.1 煤自然发火气体产物测试原理及方法煤自然发火气体产物测试原理及方法G3800F色谱仪 （CO、CH4、CO2、烷烃、烯烃、炔烃） G2800T 色谱仪 （O2、N2) 温度控制单元 流 量 计 压力表 净化管 净化管 空气泵 自动定量进样器 色谱数据处理机 多点温度记录仪 氧化炉 样品管 热电偶 热电偶 气体管路 电气线路 图4-3-2-1 煤自然发火气体产物模拟试验装置流程图 12345678910气体分析气体分析3.2 CO标志气体标志气体CO产生速率与煤温的关系产生速率与煤温的关系n 随着煤温的升高，

6、随着煤温的升高，CO发生速率增发生速率增大；大；n CO发生速率在发生速率在40-50的温度范的温度范围内基本保持不变；围内基本保持不变；n 此后至此后至180以前以前CO发生量与煤发生量与煤温之间的关系表现为指数函数关温之间的关系表现为指数函数关系；系；n 当煤氧化进入激烈氧化阶段时，当煤氧化进入激烈氧化阶段时，其发生量达到最大值，以后煤温其发生量达到最大值，以后煤温继续上升。继续上升。气体分析气体分析3.2 CO标志气体标志气体CO发生率绝对量发生率绝对量n 随着煤的变质程度的加深，随着煤的变质程度的加深，CO发发生率绝对量在同一温度点表现出生率绝对量在同一温度点表现出逐渐降低的规律；逐渐

7、降低的规律；n 形成两个明显的分带：无烟煤、形成两个明显的分带：无烟煤、贫煤、瘦煤和焦煤等变质程度较贫煤、瘦煤和焦煤等变质程度较高的煤比较集中，处于高的煤比较集中，处于CO发生率发生率比较低的分带内，而气煤、长焰比较低的分带内，而气煤、长焰煤和褐煤等变质程度较低的煤则煤和褐煤等变质程度较低的煤则集中在集中在CO发生率较高的分带内。发生率较高的分带内。 气体分析气体分析3.2 CO标志气体标志气体CO临界温度值临界温度值n 所谓临界温度是指煤氧化后开始检测到所谓临界温度是指煤氧化后开始检测到CO的温度值。（氧化性质、仪的温度值。（氧化性质、仪器性能）一般指器性能）一般指5ppm时煤温；时煤温；n

8、 随着煤变质程度的增加，随着煤变质程度的增加，CO的临界温度也随之增高。的临界温度也随之增高。 煤种煤种褐煤褐煤长焰煤长焰煤气煤气煤肥煤肥煤焦煤焦煤瘦煤瘦煤贫煤贫煤无烟无烟煤煤CO临界温度（）41665966819413083气体分析气体分析3.2 CO标志气体标志气体CO标志气体及其应用标志气体及其应用n CO检测温度范围极宽，从常温一直到进入激烈氧化阶段都就能检测到检测温度范围极宽，从常温一直到进入激烈氧化阶段都就能检测到CO，特别，特别是对于褐煤这样的低变质程度煤，往往在其采掘过程中一直伴有是对于褐煤这样的低变质程度煤，往往在其采掘过程中一直伴有CO的释放，这给的释放，这给自然发火预测预

9、报带来了很大的困难；自然发火预测预报带来了很大的困难；n CO发生量与煤温之间的变化关系不明显，特别是在现场复杂生产条件下，发生量与煤温之间的变化关系不明显，特别是在现场复杂生产条件下，CO会会出现时有时无的情况，难以确定煤氧化自燃的发展阶段，使预测预报的精度和准出现时有时无的情况，难以确定煤氧化自燃的发展阶段，使预测预报的精度和准确率较低，甚至出现漏报；确率较低，甚至出现漏报；n 从从CO的检测来看，对其分析仪器的性能要求较高，特别是微量检测时分析误差的的检测来看，对其分析仪器的性能要求较高，特别是微量检测时分析误差的影响比其它指标的要大。影响比其它指标的要大。n 从另一角度来看，从另一角度

10、来看，CO检测手段较多，如便携仪、传感器、检知管以及色谱分析仪检测手段较多，如便携仪、传感器、检知管以及色谱分析仪等，这也是等，这也是CO长期作为煤自燃发火预测预报常用指标的主要原因之一。长期作为煤自燃发火预测预报常用指标的主要原因之一。气体分析气体分析3.2 CO标志气体标志气体CO标志气体应用中应注意的问题标志气体应用中应注意的问题n 煤矿井下存在非氧化来源的煤矿井下存在非氧化来源的CO 主要来源：机械破碎、机械摩擦等，表现在割煤、落煤、放炮、打钻等主要来源：机械破碎、机械摩擦等，表现在割煤、落煤、放炮、打钻等 1）早在）早在1975年梅尔托和格拉赢尼提出，吸附在煤表面的年梅尔托和格拉赢尼

11、提出，吸附在煤表面的CO解吸是在真空条件下煤研磨时产解吸是在真空条件下煤研磨时产生生CO的潜在源的潜在源； 2）塔拉巴则认为）塔拉巴则认为CO是被机械激活脱羰产生的；是被机械激活脱羰产生的； 3）原生）原生CO：关于煤层中是否有原生：关于煤层中是否有原生CO，许多生产管理者已提出质疑，但未见被证实的报道。，许多生产管理者已提出质疑，但未见被证实的报道。 n 氧化来源的氧化来源的CO存在常温氧化的情况存在常温氧化的情况 抚顺分院实验结果：抚顺分院实验结果： 平庄褐煤，平庄褐煤，50g，200min，CO=250ppm; 大雁褐煤，大雁褐煤，600g，50h，2000ppm。气体分析气体分析3.2

12、 CO标志气体标志气体低变质程度褐煤常温下氧化能产生低变质程度褐煤常温下氧化能产生CO型煤矿气体可爆性测定仪气相色谱仪煤样室多参数气体分析仪气室体微型泵注射器气体分析气体分析3.3 烯烃及烯烷比标志气体烯烃及烯烷比标志气体烯烃：烯烃： 乙烯（乙烯（C2H4）、丙烯（）、丙烯（C3H6）n 煤吸附的瓦斯气体中没有烯烃气体；煤吸附的瓦斯气体中没有烯烃气体；n 井下检测到的烯烃气体是煤氧化分解过程中产生的；井下检测到的烯烃气体是煤氧化分解过程中产生的；n 烯烃气体的出现表征煤的氧化已经进入释放氧化气体的阶段；烯烃气体的出现表征煤的氧化已经进入释放氧化气体的阶段；n 一般认为，乙烯（一般认为，乙烯（C

13、2H4）的出现是煤自燃进入加速氧化阶段的标志。）的出现是煤自燃进入加速氧化阶段的标志。 气体分析气体分析3.3 烯烃及烯烷比标志气体烯烃及烯烷比标志气体规律：规律：n 产生速率随煤温的上升均呈现出上升产生速率随煤温的上升均呈现出上升的规律；的规律；n 并随煤种的不同表现出明显的分带，并随煤种的不同表现出明显的分带，即褐煤、气煤、长焰煤比较集中，而即褐煤、气煤、长焰煤比较集中，而贫煤、无烟煤、焦煤、瘦煤则集中于贫煤、无烟煤、焦煤、瘦煤则集中于另一分带内；另一分带内；n C3H6的发生速率较小，且临界温度较的发生速率较小，且临界温度较高，晚于高，晚于C2H4出现；出现；n C2H4、C3H6均不宜

14、作为无烟煤自燃的均不宜作为无烟煤自燃的预测预报标志气体。预测预报标志气体。气体分析气体分析3.3 烯烃及烯烷比标志气体烯烃及烯烷比标志气体临界温度临界温度n 高于高于CO的临界温度；的临界温度；n 煤氧化已进入加速氧化释放气体阶段的温度下限值，也就是说，只要在监测区内煤氧化已进入加速氧化释放气体阶段的温度下限值，也就是说，只要在监测区内检测到烯烃气体，则表明煤温已达到或超过其临界温度。检测到烯烃气体，则表明煤温已达到或超过其临界温度。n C2H4和和C3H6不是同一温度下出现，因此可以根据它们出现与否判断煤温的大致范不是同一温度下出现，因此可以根据它们出现与否判断煤温的大致范围，但对变质程度高

15、的煤，它们的临界温度相同或相差很小，则围，但对变质程度高的煤，它们的临界温度相同或相差很小，则C3H6就不会有太就不会有太大的实用性了。大的实用性了。煤种煤种褐煤褐煤长焰煤长焰煤气煤气煤肥煤肥煤焦煤焦煤瘦煤瘦煤贫煤贫煤无烟煤无烟煤C2H4 （）109119124127148150150148C3H6 （）124-134121-132121-142136-147156-160151-157150-168150-162气体分析气体分析3.3 烯烃及烯烷比标志气体烯烃及烯烷比标志气体烯烷比（烯烷比（C2H4/C2H6） n 随着煤温的升高，比值逐随着煤温的升高，比值逐渐增大，并达到第一次高渐增大，并

16、达到第一次高峰，之后随煤温的升高而峰，之后随煤温的升高而比值下降，随着煤的氧化比值下降，随着煤的氧化进入激烈氧化阶段，比值进入激烈氧化阶段，比值又出现第二次峰值。又出现第二次峰值。n 煤的氧化分解反应是分段煤的氧化分解反应是分段进行的。进行的。气体分析气体分析3.3 烯烃及烯烷比标志气体烯烃及烯烷比标志气体烯烃及烯烷比的应用烯烃及烯烷比的应用n C2H4的出现表明煤已进入氧化释放气体阶段，此时的煤温应在的出现表明煤已进入氧化释放气体阶段，此时的煤温应在100以上，依以上，依煤种的不同而异；煤种的不同而异；n 对于褐煤、长焰煤、气煤和肥煤，对于褐煤、长焰煤、气煤和肥煤，C2H4出现的临界温度为出

17、现的临界温度为120左右，而焦煤、左右，而焦煤、瘦煤和贫煤瘦煤和贫煤C2H4出现的临界温度为出现的临界温度为150左右；左右；n 对于对于C2H4预测预报的上限，褐煤、长焰煤、气煤和肥煤在预测预报的上限，褐煤、长焰煤、气煤和肥煤在180以前比较合适，以前比较合适，焦煤、瘦煤和贫煤则在焦煤、瘦煤和贫煤则在210以前为宜；然而其预报下限，应针对具体情况而定；以前为宜；然而其预报下限，应针对具体情况而定；n C2H4不宜作为无烟煤自然发火预测预报的标志气体，其临界温度值仅具有一定不宜作为无烟煤自然发火预测预报的标志气体，其临界温度值仅具有一定的参考价值；的参考价值；气体分析气体分析3.3 烯烃及烯烷

18、比标志气体烯烃及烯烷比标志气体烯烃及烯烷比的应用烯烃及烯烷比的应用n C2H4作为标志气体（无烟煤除外）具有较好的使用价值，优于作为标志气体（无烟煤除外）具有较好的使用价值，优于CO标志气体，标志气体，但是单独使用但是单独使用C2H4也难以完全明确煤氧化温度和氧化发展阶段，因此用也难以完全明确煤氧化温度和氧化发展阶段，因此用C2H4作主要标志气体并配合其它标志气体使用将能更好地发挥作用；作主要标志气体并配合其它标志气体使用将能更好地发挥作用；n C2H4 /C2H6可用来预测煤氧化发展阶段，但用于褐煤、长焰煤、气煤、肥煤的可用来预测煤氧化发展阶段，但用于褐煤、长焰煤、气煤、肥煤的效果要优于焦煤

19、、瘦煤、贫煤和无烟煤；效果要优于焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤；n 对于褐煤、长焰煤、气煤、肥煤来说，对于褐煤、长焰煤、气煤、肥煤来说，C2H4 /C2H6的第一峰值是煤进入激烈氧的第一峰值是煤进入激烈氧化阶段的标志。化阶段的标志。气体分析气体分析3.4 炔烃标志气体炔烃标志气体炔烃及其应用炔烃及其应用n 炔烃气体仅指乙炔（炔烃气体仅指乙炔（C2H2）；）；n 是所有自燃氧化气体产物中最晚出现的气体，出现的临界温度值较高；是所有自燃氧化气体产物中最晚出现的气体，出现的临界温度值较高；n 是煤氧化进入燃烧阶段的产物；是煤氧化进入燃烧阶段的产物；n 根据抚顺矿务局的应用经验，一旦在矿井井下检测到根据抚顺

20、矿务局的应用经验，一旦在矿井井下检测到C2H2，则表明在监测区域，则表明在监测区域内存在有已经进入燃烧阶段的明火或处于高温状态的阴燃点，此时采取灭火措内存在有已经进入燃烧阶段的明火或处于高温状态的阴燃点，此时采取灭火措施一定要谨慎，避免直接将火源暴露于空气中，以防引发瓦斯煤尘爆炸。施一定要谨慎，避免直接将火源暴露于空气中，以防引发瓦斯煤尘爆炸。气体分析气体分析3.5 链烷比链烷比两类：两类： 长链的烷烃气体与 的比值: C2H6/CH4，C3H8/CH4，C4H10/CH4 长链的烷烃气体与 的比值: C3H8/C2H6，C4H10/C2H6气体分析气体分析3.5 链烷比链烷比链烷比的应用链烷

21、比的应用n 链烷比随煤温的升高会出现峰值（或突然增加段），此峰值温度（或突增段温链烷比随煤温的升高会出现峰值（或突然增加段），此峰值温度（或突增段温度）是煤氧化进入激烈氧化阶段的前兆和标志；度）是煤氧化进入激烈氧化阶段的前兆和标志；n C3H8/C2H6随煤温变化的关系比较明显，也比较简单，煤温与其比值有较准确随煤温变化的关系比较明显，也比较简单，煤温与其比值有较准确的对应关系；的对应关系；n C4H10/C2H6也有峰值温度，只是峰值温度较高，且有效的温度范围很窄；也有峰值温度，只是峰值温度较高，且有效的温度范围很窄；n 从气体分析检测的角度来看，随着烷烃碳原子序列的增加，其检测难度也越大，

22、从气体分析检测的角度来看，随着烷烃碳原子序列的增加，其检测难度也越大，因此因此C3H8/C2H6要优于要优于C4H10/C2H6，C4H10/C2H6只作为辅助指标。只作为辅助指标。气体分析气体分析3.5 链烷比链烷比链烷比应用中应注意的问题链烷比应用中应注意的问题n 链烷比的影响因素：链烷比的影响因素： 1）煤本身吸附的烷烃量（煤层气含量），如高瓦斯矿、低瓦斯矿；）煤本身吸附的烷烃量（煤层气含量），如高瓦斯矿、低瓦斯矿； 煤中吸附的大量的烷烃气体改变了链烷比随煤温升高而变化的规律。煤中吸附的大量的烷烃气体改变了链烷比随煤温升高而变化的规律。 2）吸附烷烃的释放时间，如新揭露的采掘工作面、暴露

23、时间较长的煤巷。）吸附烷烃的释放时间，如新揭露的采掘工作面、暴露时间较长的煤巷。 煤暴露在空气中的时间不同，链烷比表现出来的规律也不同。煤暴露在空气中的时间不同，链烷比表现出来的规律也不同。n 对于采掘工作面这些新破碎、剥落的区域，采用链烷比作为标志气体指标预报对于采掘工作面这些新破碎、剥落的区域，采用链烷比作为标志气体指标预报煤自然发火有一定的难度；煤自然发火有一定的难度；n 对于发生在采空区的高温点，由于残余煤体得到了较强烈的破碎，同时又经过对于发生在采空区的高温点，由于残余煤体得到了较强烈的破碎，同时又经过了较长时间，其吸附烷烃基本上被释放完，采用链烷比预报自燃火灾就能排除了较长时间，其

24、吸附烷烃基本上被释放完，采用链烷比预报自燃火灾就能排除生产条件所造成的影响，取得较好的预测预报效果。生产条件所造成的影响，取得较好的预测预报效果。气体分析气体分析3.6 判断自然发火熄灭程度的标志气体判断自然发火熄灭程度的标志气体n C2H2（乙炔）：是激烈氧化的标志，是明火、阴燃高温点的报警指标，因此，（乙炔）：是激烈氧化的标志，是明火、阴燃高温点的报警指标，因此，乙烯可以作为自然发火熄灭程度的标志气体，只要火区内能监测到乙烯，可断乙烯可以作为自然发火熄灭程度的标志气体，只要火区内能监测到乙烯，可断定明火、阴燃高温点依然存在。定明火、阴燃高温点依然存在。n C2H4（乙烯）、（乙烯）、C3H

25、6（丙烯）：它们是加速氧化的标志，它们也可以作为判断（丙烯）：它们是加速氧化的标志，它们也可以作为判断自然发火熄灭程度的指标，火区内能监测到烯烃气体，说明火灾仍具有扩大、自然发火熄灭程度的指标，火区内能监测到烯烃气体，说明火灾仍具有扩大、发展的势头。发展的势头。u 对于火区对于火区煤矿安全规程煤矿安全规程第二百四十八条第二百四十八条规定火区启封具备的规定火区启封具备的4个指标：个指标： (一) 火区内的空气温度下降到30以下，或与火灾发生前该区的日常空气温度相同 (二) 火区内空气中的氧气浓度降到5.0%以下(三) 火区内空气中不含有乙烯、乙炔，CO在封闭期间内逐渐下降，并稳定在0.001%以

26、下(四) 火区的出水温度低于25，或与火灾发生前该区的日常出水温度相同(五) 上述4项指标持续稳定的时间在个月以上。气体分析气体分析3.7 煤自然发火的标志气体优选煤自然发火的标志气体优选u煤自然发火一般都要经历从缓慢氧化到加速氧化直至激烈氧化的阶煤自然发火一般都要经历从缓慢氧化到加速氧化直至激烈氧化的阶段，各矿随着煤质、煤层和采掘工艺的不同，所表现出来的规律也不尽相段，各矿随着煤质、煤层和采掘工艺的不同，所表现出来的规律也不尽相同；同；u针对自然发火的不同阶段，所采取的防灭火措施应该是不同的；针对自然发火的不同阶段，所采取的防灭火措施应该是不同的；u煤自然发火的预测预报应该根据本矿的实际情况

27、优选适合于本矿煤自然发火的预测预报应该根据本矿的实际情况优选适合于本矿（本煤层）的综合标志气体指标，对煤自然发火的不同阶段进行预测预报，（本煤层）的综合标志气体指标，对煤自然发火的不同阶段进行预测预报，以指导防灭火措施的制定和实施；以指导防灭火措施的制定和实施；u不应该硬套其他矿井的预测指标，更不应该仅使用不应该硬套其他矿井的预测指标，更不应该仅使用CO单一指标。单一指标。气体分析气体分析3.7 煤自然发火的标志气体优选煤自然发火的标志气体优选优选原则优选原则 首先，在煤自然发火预测预报中应抛弃过去相当长时间采用的单纯使首先，在煤自然发火预测预报中应抛弃过去相当长时间采用的单纯使用用CO及其派

28、生指标的观念，应当在使用及其派生指标的观念，应当在使用CO的前提下，探讨和寻求其它以的前提下，探讨和寻求其它以乙烯为代表的烯烃气体和以乙炔为代表的炔烃气体共同作为综合判断指标乙烯为代表的烯烃气体和以乙炔为代表的炔烃气体共同作为综合判断指标的可能性，并增加这些标志气体的预测预报指标作为综合指标对煤自然发的可能性，并增加这些标志气体的预测预报指标作为综合指标对煤自然发火的不同阶段及其发展态势进行预测预报，这样不但可以排除单一使用火的不同阶段及其发展态势进行预测预报，这样不但可以排除单一使用CO时出现地质因素和采掘因素的干扰和对它可信度的怀疑，还可以根据时出现地质因素和采掘因素的干扰和对它可信度的怀

29、疑，还可以根据不同的氧化阶段采取相应的防治措施，做到有的放矢；不同的氧化阶段采取相应的防治措施，做到有的放矢；气体分析气体分析3.7 煤自然发火的标志气体优选煤自然发火的标志气体优选优选原则优选原则 其次，煤的氧化气体产物及其产生速率受煤自身的物理化学性质、氧其次，煤的氧化气体产物及其产生速率受煤自身的物理化学性质、氧化环境条件等诸多因素的影响，其中变质程度是一个主要因素。化环境条件等诸多因素的影响，其中变质程度是一个主要因素。 随着煤随着煤种的不同，煤自然发火氧化发展阶段的温度范围、气体产物和特性都不同，种的不同，煤自然发火氧化发展阶段的温度范围、气体产物和特性都不同，因此各矿应在实验室自然

30、发火模拟试验的基础之上，分析和掌握不同温度因此各矿应在实验室自然发火模拟试验的基础之上，分析和掌握不同温度段的气体产物特性，优选适合于段的气体产物特性，优选适合于 本煤层的标志气体指标，并通过大量和本煤层的标志气体指标，并通过大量和长期的现场观测统计，对已确立的标志气体综合指标进行修正和细化。长期的现场观测统计，对已确立的标志气体综合指标进行修正和细化。气体分析气体分析3.8 日本太平洋矿日本太平洋矿CO集中监测系统报警方式集中监测系统报警方式项目项目记号记号报警种类报警种类监测间隔监测间隔报警判断依据报警判断依据矿井火灾矿井火灾A限位限位30s超过设定值超过设定值B限位限位30s同时超过设定

31、值和设定时间同时超过设定值和设定时间C20min温升率温升率4min5次连续次连续4min监测结果的平均值与前监测结果的平均值与前20min测值的比值超过设定值测值的比值超过设定值D64min温升率温升率8min8次连续次连续8min监测结果的平均值与前监测结果的平均值与前64min测值的比值超过设定值测值的比值超过设定值自然发火自然发火E3h温升率温升率30min6次连续次连续30min监测结果的平均值与前监测结果的平均值与前3h测值的比值超过设定值测值的比值超过设定值F8h温升率温升率30min8h内，每内，每30min监测结果平均值的直线回归结果与监测结果平均值的直线回归结果与8h前测值

32、的比值超过前测值的比值超过设定值设定值G24h温升率温升率30min24h内，每内，每30min监测结果平均值的直线回归结果与监测结果平均值的直线回归结果与24h前测值的比值超前测值的比值超过设定值过设定值测定值，持续时间，变化率测定值，持续时间，变化率气体分析气体分析3.8 日本太平洋矿日本太平洋矿CO集中监测系统报警方式集中监测系统报警方式测定值，持续时间，变化率测定值，持续时间，变化率气体分析气体分析3.9 煤自然发火的标志气体应用实例煤自然发火的标志气体应用实例实例实例1 抚顺老虎台矿抚顺老虎台矿 54001回风高顶回风高顶日期日期COppmCO2%CH4%C2H4ppmC2H6ppm

33、C2H2ppmC3H8ppmO2%N2%现场征兆现场征兆8.111960.451.250.2936.27376.240468.3216.282.2无视觉征兆8.122921.281.741.3660.84631.080290.8014.679.9煤焦油味，轻微烟雾8.122019.411.671.2434.64502.640276.1815.279.9放下顶部浮煤，处理后8.151.861.340.272.5249.39059.7919.579.5注水处理后，无任何征兆气体分析气体分析3.9 煤自然发火的标志气体应用实例煤自然发火的标志气体应用实例实例实例2 抚顺老虎台矿抚顺老虎台矿 5306

34、老回风道上、下顺槽砂碹砂门老回风道上、下顺槽砂碹砂门日期日期COppmCO2%CH4%C2H4ppmC2H6ppmC2H2ppmC3H8ppmO2%N2%位位置置现场征兆现场征兆8.178241.915.32.6491.71167.20676.39.369.91#砂碹向外冒青烟，说明已进入加速氧化阶段，火势发展迅猛。打钻注水处理。8.178288.112.11.5362.71600.50763.55.676.92#8.1819617.36.70.676.3556.70238.311.980.11#现象消失，火势得到控制。随后熄灭。8.18977.90.50.0711.848.2021.320.

35、178.52#气体分析气体分析3.9 煤自然发火的标志气体应用实例煤自然发火的标志气体应用实例实例实例3 抚顺老虎台矿抚顺老虎台矿 50502集中运煤巷顶板集中运煤巷顶板日期日期COppmCO2%CH4%C2H4ppmC2H6ppmC2H2ppmC3H8ppmO2%N2%现场征兆现场征兆3.1572.40.70.311.746.7024.320.078.6无视觉征兆，气体超3.1865.00.91.022.8103.4061.720.279.1C2H4时大时小，未采取措施。3.208.40.50.58.144.0026.320.078.03.2426.91.10.813.983.9052.55

36、19.476.93.251897.75.26.5149.9653.96.27275.715.470.8现场发现明火。注砂3.271183.43.32.976.9222.50150.518.674.6明火灭，仍有复燃势头3.28371.95.14.590.3426.90204.514.776.4继续处理3.29132.25.87.856.9432.50219.214.471.7继续处理3.3037.64.77.044.5366.90399.715.672.9继续处理3.31128.93.54.966.8770.30535.516.973.7继续处理4.0100.30.1096.60020.279

37、.3火灾彻底熄灭。气体分析气体分析3.9 煤自然发火的标志气体应用实例煤自然发火的标志气体应用实例实例实例4 抚顺老虎台矿抚顺老虎台矿 50502溜煤道砂门老火区溜煤道砂门老火区日期日期COppmCO2%CH4%C2H4ppmC2H6ppmC2H2ppmC3H8ppmO2%N2%现场征兆现场征兆5.247360.93.30.65379.2594.126.13328.915.980.4 5月24日,检测到砂门子内出现C2H4,C2H2气体，从标志气体来看，可能已经存在明火，但现场仅发现轻微烟雾，且气体浓度变化较大，时大时小，推断可能存在别的漏风通道。经查冒顶已与溜煤巷沟通漏风。随后采取注浆、注砂

38、等措施，由于未找到确切的火源位置，灭火效果不佳，且火区反复严重。后经反复圈定火源，采取措施后熄灭。5.26196.30.50.0321.826.83.203.420.278.85.274135.11.30.1152.5113.33.0947.618.480.75.292022.80.80.0714.667.8030.718.879.85.301292.20.90.0850.558.22.3718.718.180.75.318915.424.10.26157.2258.26.10121.216.879.46.025708.94.00.64245.6883.43.59408.413.881.26.

39、038512.56.80.79257.7732.73.34269.612.179.96.0500.40.020.32.701.9919.779.76.0600.30.0502.70020.379.4气体分析气体分析3.9 煤自然发火的标志气体应用实例煤自然发火的标志气体应用实例实例实例5 平庄六家矿平庄六家矿WN一段一段6-3炮采工作面采空区自然发火事故炮采工作面采空区自然发火事故 火灾事故发展简要经过：2001年6月15日，WN一段6-3炮采工作面开始安装束管采样系统进行采空区自燃“三带”观测试验，此期间工作面停止灌浆、洒浆等防灭火措施，为了解决上隅角瓦斯超限的问题，将工作面供风量由原来的2

40、20m3/min 增加到314m3/min。7月9日上午，WN一段6-3炮采工作面回风流中CO超限，其浓度达0.028%，超前支护段CO浓度为0.036%，上隅角为0.08%0.1%，工作面由进风侧向上隅角，CO浓度逐渐上升。7月14日，工作面上隅角及回风流中均检测出一定浓度的C2H4（小于8ppm），7月17日C2H4浓度发展到1314ppm，7月19日猛增到40.5ppm，火灾表现出迅猛并难以控制的趋势。尽管采取各种措施（主要是用沙袋封堵上风侧向采空区的漏风）全力以赴控制和消灭火灾，但考虑到即将来临的半个月的全矿停产放假，因此该工作面被迫封闭，并在密闭后20m的地方重新布置切眼，恢复通风系

41、统。气体分析气体分析3.9 煤自然发火的标志气体应用实例煤自然发火的标志气体应用实例平庄六家矿平庄六家矿WN一段一段6-3炮采工作面采空区自然发火事故炮采工作面采空区自然发火事故时间时间采样地点采样地点O2%N2%COppmCO2ppmCH4ppmC2H4ppmC2H2ppmC2H6ppm7.14上隅角上隅角19.6579.07396297222505.61049.60回风巷回风巷19.7879.73403310421795.38050.25机头机头19.2379.59570467334057.79073.597.17上隅角上隅角19.8978.123474546297714.94091.06

42、回风巷回风巷19.8978.30161268716027.77048.85机头机头19.5078.4827161913290014.76上隅角以里上隅角以里19.6178.503043553208513.26077.36皮带机给煤皮带机给煤20.3379.23042100007.19上隅角上隅角16.2977.69249215621364740.5030.00回风巷回风巷20.1376.80374374830636.24053.00机头机头20.7676.78467661042005.00上隅角以里上隅角以里16.4777.6123231614313032400311.00气体分析气体分析3.

43、9 煤自然发火的标志气体应用实例煤自然发火的标志气体应用实例平庄六家矿平庄六家矿WN一段一段6-3炮采工作面采空区自然发火事故炮采工作面采空区自然发火事故采空区内气体监测结果对比分析采空区内气体监测结果对比分析推进度（m）C2H4 (ppm)1#2#3#4#5#1.700.004.6212.102.701.453.700.000.001.391.781.519.100.000.521.931.000.009.900.000.001.001.001.7410.600.000.003.370.860.7813.600.000.002.100.000.0014.906.682.380.000.747

44、3.0515.800.000.000.000.000.6416.20278.273.062.851.200.0017.200.000.001.321.461.5718.000.003.125.805.0131.83气体分析气体分析3.9 煤自然发火的标志气体应用实例煤自然发火的标志气体应用实例平庄六家矿平庄六家矿WN一段一段6-3炮采工作面采空区自然发火事故炮采工作面采空区自然发火事故采空区内气体监测结果对比分析采空区内气体监测结果对比分析4. 测温法测温法4.1 测温法分类测温法分类测温法是煤自然发火监测最古老的方法，然而也是最直接的方法。测测温法是煤自然发火监测最古老的方法，然而也是最直接

45、的方法。测温法预报煤自然发火的方法可分为两类：温法预报煤自然发火的方法可分为两类：一类是直接用检测到的温度值进行预报或报警：一类是直接用检测到的温度值进行预报或报警：当测点温度达到或超过某一特定值时，即发出火灾预报或警报。这种方法即直接，又比较直观，但难以测到自然发火达到这一特定温度之前的变化特性和之后的变化趋势，更难以判断火灾所处的进程和态势。 一类是通过监测点温度的变化特性（升温速率等）进行预报：一类是通过监测点温度的变化特性（升温速率等）进行预报：采用测点温度变化进行预测预报时，不但可以直观地得到测点的温度，而且能根据之前温度变化的特性，预测预报之后的变化趋势。 4. 测温法测温法4.2

46、 测温法常用传感器测温法常用传感器温度监测用的传感器主要有：温度监测用的传感器主要有：热电偶、测温电阻、半导体测温元件、集成温度传感器、热敏元件、热电偶、测温电阻、半导体测温元件、集成温度传感器、热敏元件、光纤、红外线、激光及雷达波等，其中热电偶、测温电阻、半导体元件和光纤、红外线、激光及雷达波等，其中热电偶、测温电阻、半导体元件和热敏材料等由于其价格低廉、测试简单、操作方便而得到较广泛地应用。热敏材料等由于其价格低廉、测试简单、操作方便而得到较广泛地应用。近年来，便携式激光测温仪表也得到较广泛的普及，而红外热成像、近年来，便携式激光测温仪表也得到较广泛的普及，而红外热成像、雷达探测等因受穿透

47、距离、地质构造等因素的影响而使应用受到一定限制。雷达探测等因受穿透距离、地质构造等因素的影响而使应用受到一定限制。测温法缺点：探头设置多，安装工作量大，难于管理测温法缺点：探头设置多，安装工作量大，难于管理4. 测温法测温法4.3 热敏电缆热敏电缆热敏电缆是由双股外表涂有热敏材料的导线绞结而成，通常温度下，热敏材热敏电缆是由双股外表涂有热敏材料的导线绞结而成，通常温度下，热敏材料处于绝缘状态，当温度升高超过某一值时（如料处于绝缘状态，当温度升高超过某一值时（如70）,两根导线间的绝缘状态受两根导线间的绝缘状态受到破坏，据此发出火灾的预报或报警信号。到破坏，据此发出火灾的预报或报警信号。在我国热

48、敏电缆已广泛地应用于粮食、消防等部门。在我国热敏电缆已广泛地应用于粮食、消防等部门。J优点：可进行无间断点的连续沿程监测；通过计算可实现短点定位；优点：可进行无间断点的连续沿程监测；通过计算可实现短点定位；L缺点：缺点：1) 通常为定温感测，即当温度达到或超过某一定值时，才能发出预报或报警，而在此温度之前或报警动作之后的温度即变化情况却无法得知;2) 热敏电缆感测温度的方式往往是以空气为介质通过热辐射的方式感测，而热敏电缆外层绝缘护套往往使感受热辐射的能力大大削弱，使其反映迟钝，而且热敏材料导通后是不可恢复的，需要及时更换局部或全部热敏电缆;3) 热敏电缆的连接和接头处理也比较麻烦，这也在一定

49、程度上限制了它的推广与应用。4. 测温法测温法4.3 热敏电缆热敏电缆美国矿业局有关热敏电缆的试验美国矿业局有关热敏电缆的试验 在美国矿业局实验煤矿的平巷明火实验中，在其火源下方在美国矿业局实验煤矿的平巷明火实验中，在其火源下方3m处的顶板处的顶板上布置了一支上布置了一支K型热电偶，并从平巷进口沿顶板布设了一条热敏电缆，一型热电偶，并从平巷进口沿顶板布设了一条热敏电缆，一直延伸到火源点之后直延伸到火源点之后30.5m处，此热敏电缆的动作温度为处，此热敏电缆的动作温度为68。 在火灾发展速度不同的三次明火实验中，在火灾发展速度不同的三次明火实验中，K型热电偶测到大气温度升幅型热电偶测到大气温度升

50、幅仅为仅为712，热敏电缆由于未达到其动作温度而没有发出报警。，热敏电缆由于未达到其动作温度而没有发出报警。4. 测温法测温法4.5 测温电缆测温电缆 PN结：结：半导体半导体PN结温度传感器成本较低、信结温度传感器成本较低、信号较强，线性较好。号较强，线性较好。 PN结的伏安特性对温度很敏感，当结的伏安特性对温度很敏感，当温度每升高温度每升高1时，时，PN结的正向压降结的正向压降减少约减少约2mv。 半导体半导体PN结除了成本低、信号较强、结除了成本低、信号较强、线性较好等特性外，象所有线性较好等特性外，象所有PN结一样，结一样，具有单向导通性。具有单向导通性。 集成温度传感器集成温度传感器

51、4. 测温法测温法4.5 测温电缆测温电缆测温电缆PN结的组合接法示意图 1 8 15 22 29 36 43 50 56PN结对温度敏感特性，单向导电特性：组合接法、分时供电5. 气味检测法气味检测法5.1 人对气味识别原理人对气味识别原理鼻嗅觉粘膜有味气体吸收接收膜电位变化刺激嗅神经刺激发生区域接收膜有味气体u 嗅觉细胞嗅觉细胞感受器；感受器；u 刺激刺激电位变化；电位变化；u 神经网络神经网络传导、记传导、记忆、学习、比较；忆、学习、比较；u 做出识别结果。做出识别结果。5. 气味检测法气味检测法5.2 气味检测法原理气味检测法原理u 气味传感器气味传感器感受器；感受器；u 频率变化频率

52、变化电位变化；电位变化；u 人工神经网络人工神经网络传导、传导、记忆、学习、比较；记忆、学习、比较；u 与教师值比较；与教师值比较；u 做出识别结果。做出识别结果。晶振装置(传感器)人工神经网络结构WO11VI1输入层输出层隐含层VIi神经元(结点)WH11WH1jVHjWO1jVO1VOj1 2 3 4 51 2 3 4 112AJ 151AJ 183AK 353AN 453AA煤炭 橡胶 坑木 机油a.输入数据模型b.教师数据模型输入数据模型和煤样的教师数据模型5. 气味检测法气味检测法5.3 气味传感器气味传感器人造覆盖脂类双层膜人造双层膜晶振装置(传感器)蛋白质气味传感器气味传感器特特

53、 性性151AJ对所有气味物质均有响应183AK受湿度变化的影响最小353AA对几乎所有气味的灵敏度都低，但对氨的灵敏度极高453AA对难闻气味有较高的敏感性112AJ对芳香气味有较高的敏感性，为CA-LA的改进型CA-LA对油的气味有较好的敏感性，但不再生产DA-LA对所有气味均有较好的敏感性，但受湿度变化的影响大，不再生产5. 气味检测法气味检测法5.4 煤、橡胶、木头和机油单一物质气味的识别煤、橡胶、木头和机油单一物质气味的识别 5. 气味检测法气味检测法5.4 煤、橡胶、木头和机油混合物质气味的识别煤、橡胶、木头和机油混合物质气味的识别 5. 气味检测法气味检测法5.4 煤、橡胶、木头

54、和机油混合物质气味的识别煤、橡胶、木头和机油混合物质气味的识别 5. 气味检测法气味检测法5.4 煤、橡胶、木头和机油混合物质气味的识别煤、橡胶、木头和机油混合物质气味的识别 5. 气味检测法气味检测法5.4 煤、橡胶、木头和机油混合物质气味的识别煤、橡胶、木头和机油混合物质气味的识别 5. 气味检测法气味检测法5.5 气味检测法应用前景气味检测法应用前景 优点：优点：u能及早识别煤初期氧化时气味释放的微弱变化，比能及早识别煤初期氧化时气味释放的微弱变化，比CO提前提前20-30；u能识别火源物质及其混合物比例，判断外因火灾、内因火灾，推断火能识别火源物质及其混合物比例，判断外因火灾、内因火灾，推断火源地点。源地点。存在问题：存在问题：u传感器制造工艺复杂，寿命短（传感器制造工艺复杂，寿命短（1年左右），国内不能生产；年左右），国内不能生产；u影响因素多：如采煤机开、停，放煤、落煤、胶带输送机的开停、放影响因素多：如采煤机