矿井火灾防治(教案)1-2章 概述、煤炭自燃课件

矿井火灾防治技术（）联系方式：；宅E-mail：井工地下开采进风井回风井矿井通风回风井河南新密东兴煤矿发生重大火灾事故，致25人死亡“3·15”重大火灾事故的8名渎职官员因涉嫌构成玩忽职守罪被提起公诉

2010年3月15日20时30分，新密市东兴煤业有限公司主井西大巷第一绕巷发生电缆着火事故，当班入井31人，25人被困。经过5个多小时的全力营救，6人安全升井，25名矿工遇难。据了解，火灾源于井下电缆线起火，产生大量一氧化碳，矿工吸入后迅速昏迷。救援人员说，遇难的25名矿工均未配备自救器，如果矿主按照国家规定给矿工配备自救器，一些矿工还是有生还机会的。矿工在井下遇到火灾或瓦斯事故，打开自救器，通过吸氧可维持生命，能赢得15~45分钟的救援时间，一个自救器售价仅500~600元。此次重大火灾事故，造成巨大人员伤亡，造成经济损失4910万元。

3月16日，新密市主管安全生产的副市长苏莹玺被免职。随后，新密市煤炭局局长、副局长，市安监局局长，牛店镇党委书记、镇长、副科级干部被免职。对牛店镇驻矿安监人员王洪涛、朱东辉，新密市煤炭局驻矿安监人员岳绚峰予以开除。新密“3·15”事故发生后，新密市检察院对新密市煤炭管理局、新密市安监局、新密市牛店镇政府安全办等相关单位的工作人员失职、渎职情况进行侦查。经查明，公司属于六证不全企业(六证包括：采矿许可证、矿长资格证、矿厂安全资格证、工商营业执照、安全生产许可证、煤炭生产许可证)。该企业在尚未通过安全检查验收的情况下，私自进行生产。新密市检察院审查该案后认为，岳绚峰、王洪涛、田松涛、朱东辉、范建朝、魏朝平、朱新宪、张建涛8人的行为均已涉嫌构成玩忽职守罪，据此依法对8人提起公诉。新密市东兴煤业有限公司出资人付满仓、法人代表付晓、矿长白小博、安全矿长李丙灿、机电矿长王双彬5名犯罪嫌疑人的行为因涉嫌构成重大责任事故罪被另案处理。湖南湘潭煤矿发生火灾

已致25人死亡使用教材内容简介《矿井火灾学》是国内目前第一部系统介绍煤矿矿井火灾发生、发展规律及其防治理论与技术的著作。全书共7章，内容包括：矿井火灾学基础，煤的自燃及其特性，矿井火灾的预测预报，防治煤炭自燃技术，矿井火灾时期的风流紊乱，矿井外因火灾防治，火区封闭和启封。《矿井火灾学》可供普通高等学校采矿工程、安全技术及工程及相关专业研究生、本科生作为教材使用，也可供从事煤炭行业科研、设计、管理、工程技术人员参考。编辑推荐《矿井火灾学》——中国矿业大学研究生教育专项资金资助出版教材。《矿井火灾学》授课内容前言第一章

矿井火灾学基础

第一节

燃烧基础知识

第二节

矿井可燃物及燃烧特性

第三节

矿井燃烧产物及其危害

第四节

自燃理论基础第二章

煤的自燃及其特性

第一节

煤的基础特性

第二节

煤的自燃假说

第三节

煤的自燃过程及影响因素

第四节

煤低温氧化特性

第五节

煤的自燃倾向性与自然发火期授课内容第三章

矿井火灾的预测预报

第一节

煤矿井下自然发火条件及易发火地点

第二节

煤自燃的早期识别与预报

第三节

外因火灾的监测

第四节

火源位置的探测与判别第四章

防治煤炭自燃技术

第一节

防治煤炭自燃的开采技术措施

第二节

堵漏与均压防灭火

第三节

注浆防灭火

第四节

惰气防灭火

第五节

阻化剂防火

第六节

凝胶防灭火

第七节

三相泡沫授课内容第七章火区封闭和启封

第一节火区封闭

第二节火区管理

第三节火区启封

第一章矿井火灾概述矿井火灾学基础一、燃烧的基本条件——外源火灾特性1、火灾发生的三要素产生外源火灾的三个必要条件是：有可燃物存在、有足够的氧气和足以引起火灾的热源。这也称火灾三要素，缺少任何一个要素，火灾都不能发生，或者正在发生的火灾也会熄灭。可燃物源热氧气氧热可燃物火1-1燃烧的基础知识二、火灾的燃烧类型扩散燃烧（DiffusionCombustion）是高浓度的可燃气体与空气边混合边燃烧的燃烧现象。

预混燃烧（PremixedCombustion）是可燃气体与空气预先混合好后的燃烧

富氧燃烧与富燃料燃烧

富氧燃烧(Oxygen-richfire)：是氧气的供给量大于或接近于燃烧所需要的氧气量的燃烧。

富燃料燃烧(Fuel-richfires)：是氧气的供给量低于燃烧所需要的氧气量的燃烧。富燃料燃烧实验（“跳蛙”现象）回燃受限空间内发生火灾时，当空气供应不足时，由可燃物分解的可燃组分进入到烟流中因缺氧而不能燃烧，此时即为富燃料燃烧状态。当富燃料燃烧的高温可燃气体遇新鲜空气时发生的突然快速燃烧（爆燃），称作回燃。

什么是回燃？回燃的发展过程火灭了，可以进去了热烟气空气重力流门着火了死灰复燃1、燃烧的基本形式

1）扩散燃烧 可燃气体从管道孔口或巷道壁局部口或空隙流出，当其混合浓度达到燃烧界限时，遇到火源后在该范围内燃烧。2）分解燃烧 在燃烧过程中，可燃物首先遇热分解，热分解产物和氧反应产生火焰燃烧。如木材、煤、橡胶、合成高分子化合物等固体燃料3）表面燃烧 固体燃料燃烧的后期，燃烧物与空气的接触表面进行燃烧，但没有火焰。4）预混燃烧 在一定环境条件下，可燃气体与空气己在着火前预先充分混合，其浓度处于燃烧(爆炸)界限之内，遇火源即会发生燃烧。5、几个易混淆的概念1．闪点和燃点闪点：在该温度以上，可燃液体液面附近可产生足够的挥发的蒸气，一旦接近火源，己气化的可燃液体蒸气便会着火燃烧，出现瞬时即灭的闪光。燃点：对于固体燃料也称为着火点，使可燃物持续燃烧(不少于5s)的最低温度。2．火焰燃烧和阴燃现象火焰燃烧：一种伴随可燃性挥发气体析出并燃烧的迅速氧化过程，通常出现放热、发光现象。在氧浓度低于10%~12%以下时，火焰燃烧难以持续。阴燃：又称闷燃或冒烟燃烧。氧化过程发生在固体可燃物的表面，也能维持自我持续燃烧，但不足以分解足够的挥发性气体产生火焰燃烧。阴燃的特点：一般条件下，空气中氧浓度低于2%时阴燃终止。值得注意的是，由于有些燃料吸着或吸附氧气，以至于当空气中氧浓度低于2%时，阴燃仍然存在。这一现象在矿井火区启封时就曾经发现。因而，在火区管理和启封时尤应注意，火区空气中氧浓度为零，并不意味燃烧无供氧已熄火，可燃物的阴燃可能因其吸着或吸附氧气而继续。

当然，这也可以这样理解，在大范围空间火区中，所测定位置的氧气浓度与着火点的氧气浓度不一定一致。3．燃烧和爆炸燃烧和爆炸都是一种放热发光的比学反应。燃烧和爆炸一经发生，不是在整个范围内同时进行。而是在一局部区域以化学反应波的形式按一定方向、一定速度一层层地自动进行，直到满足燃烧、爆炸条件的区域反应全部完毕为止。

富氧类燃烧火灾火源分带示意图矿井火灾火源分带矿井火灾是指发生在矿井井下或地面井口附近、威胁矿井安全生产、形成灾害的一切非控制燃烧。是煤矿生产中的主要自然灾害之一。矿井火灾的发生和发展不仅会烧毁大量的煤炭资源和设备，而且产生大量的高温烟流和有害气体，危及井下工作人员的生命安全，有时还诱发瓦斯、煤尘爆炸，进一步扩大其灾难性。矿井火灾按引火热源分类外源火灾（外因火灾）自燃火灾（内因火灾）1-2矿井火灾矿井火灾是煤矿最主要灾害之一，每一场火灾的发生，轻则影响生产，重则可能烧毁煤炭资源和矿井设备，更为严重时则可能引燃瓦斯煤尘爆炸或火烟毒化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。据统计，扑灭一场中等火灾也要付出数以万计的直接灭火费用。重大恶性火灾事故造成政治、经济以及资源上的损失往往是难以估量的，对矿工情感上的伤害也非短期可以消除。尽管当前矿井防灭火技术有了很大发展，但是仍然难以杜绝矿井火灾的发生，因此，必须作好矿井的防火灭火工作，以保证生产的安全进行。一、矿井火灾我国是一个矿井火灾事故多发的国家。仅2000年一年，全国国有煤矿的425对矿井统计，就共发生各种火灾事故168起，其中外因火灾14起，内因火灾154起，冻结煤量4217Mt，封闭采区或工作面59个，发火率为0.318次/Mt。2010年煤矿事故严重度的统计

事故率矿井外源火灾一切能够产生高温、明火、火花的以及由可燃材料制成的器材和设备，如使用不当都可能引起外因火灾。随着科技的发展，矿井开采技术不断进步和开采环境的不断改善，但矿井火灾与爆炸灾害并没有呈现下降趋势。究其原因，一是更多的新材料，包括各种树脂、塑料、液体燃料和液压机液等应用到矿井中，另外就是机械化程度不断提高，机电设备增多，这些都增加了火灾的发生概率。现在矿井灾害事故中牺牲的人员绝大多数是在矿井火灾和爆炸事故中丧生的，因此，矿井火灾的防治一直是采矿安全关注的重点。二、矿井火灾的分类(一)按火灾发生的地点分类按火灾发生的地点不同可将矿井火灾分为地面火灾和井下火灾。1．地面火灾发生在矿井工业广场范围内地面上的火灾称为地面火灾。地面火灾可以发生在行政办公楼、福利楼、井口楼、选煤楼以及坑木场、贮煤场、矸石山等地点。地面火灾外部征兆明显，易于发现，空气供给充分；燃烧完全，有毒气体发生量较少；地面空间宽阔，烟雾易于扩散，与火灾斗争回旋余地大。

2．井下火灾发生在井下的火灾以及发生在井口附近而威胁到井下安全．影响生产的火灾统称为井下火灾。井下火灾可以发生在井口楼、井筒、井底车场、机电炯室、爆炸材料库、进回风大巷、采区变电硕室、掘进和回采工作面以及采空区、煤柱等地点。(二)按引火热源分类外源火灾（外因火灾）自燃火灾（内因火灾）(三)按燃烧物分类按燃烧物不同，矿井火灾可分为煤炭燃烧火灾、坑木燃烧火灾、炸药燃烧火灾设备(电缆、胶带、变压器、开关、风简)火灾、油料火灾及瓦斯燃烧火灾等。(四)按发火性质分类按发火性质不同，矿井火灾对分为原生火灾和次生火灾。原生火灾即开始就形成的火灾。次生火灾是由原生火灾引发的火灾，即原生火灾发展过程中，含有可燃物的高温烟流，由于缺氧而未能完全燃烧，在排烟的过程中，一旦遇到新鲜空气就会发生新的燃烧，形成次生火灾。(五)按发火地点对矿井通风的影响分类按发火地点和对矿井通风的影响可分为上行风流火灾，下行风流火灾和进风流火灾三类。1．上行风流火灾上行风流是指沿倾斜或垂直井巷、回采工作面自下而上流动的风流，即风流从标高的低点向高点流动。发生在这种风流中的火灾，称为上行风流火灾。当上行风流中发生火灾时，因热力作用而产生的火风压，其作用方向与风流方向一致，亦即与矿井主要通风机风压作用方向一致。在这种情况下，它对矿井通风的影响的主要特征是，主干风路(从进风井流经火源到回风井)的风流方向一般将是稳定的，即具有与原风流相同的方向，烟流将随之排出，而所有其他与主干风路并联或者在主干风路火源后部汇入的旁侧支路风流，其方向将是不稳定的，甚至可能发生逆转，形成风流紊乱事故。因此，所采取的防火措施应力求避免发生旁侧支路风流逆转。2．下行风流火灾下行风流是指沿着倾斜或垂直井巷、回采工作面(如进风井、进风下山以及下行通风的工作面)自上而下流动的风流，即风流由标高的高点向低点流动。发生在这种风流中的火灾，称为下行风流火灾。在下行风流中发生火灾时，火风压的作用方向与矿井主要通风机风压的作用方向相反。因此，随火势的发展，主干风路中的风流，很难保持其正常的原有流向。当火风压增大到一定程度，主干风路的风流将会发生反向，烟流随之逆退，从而酿成又一种形式的风流紊乱事故。在下行风流内发生火灾时，通风系统的风流由于火风压作用所发生的再分配和流动状态的变化，要比上行风流火灾时复杂得多，因此，需要采用特殊的救灾灭火技术措施。3．进风流火灾发生在进风井、进风大巷或采区进风风路内的火灾，称为进风流火灾。之所以要区别出这种类别的火灾，主要是由于其发展的特征、对井下职工的危害以及可能采取的灭火技术措施，在更大程度上又有别于上、下行风流火灾。发生在进风风流内的煤的自燃火灾，一般不易早期发现，发生后又因供氧充分，发展迅猛，不易控制。而井下采掘人员又大都处在下风流中，极易遭受高温火烟的侵害，造成中毒伤亡事故。在很多情况下，即使是矿井有所准备，如给工人配备自救器等，在这种火灾中还是会发生大量的人员伤亡事故。如1956年，比利时包斯·德·卡赛尔(Bois—de—Cazier)煤矿，进风井筒火灾造成262人死亡，矿井被关闭。对于这种火灾，除了根据发火风路的结构特性——上行还是下行，使用相应的控制技术措施外，更应根据风流是进风流的特点，使用适应这种火灾防治的技术措施，如全矿或局部反风等。三矿井火灾的危害1、产生大量的有毒有害气体2、引发瓦斯、煤尘爆炸3、毁坏设备设施4、影响开采接续5、烧毁大量的煤炭资源6、严重污染环境1、产生大量的有毒有害气体矿井火灾发生后，不同的可燃物会产生不同的气体，这些气体大都是有害的，有些气体毒性较大，这是矿井火灾造成人员伤亡的主要原因。煤炭燃烧会产生CO2、CO、SO2等。坑木、橡胶、聚氯乙烯等燃烧会产生一氧化碳、醇类、醛类以及其他复杂的有机化合物。这些有毒有害气体中，CO对矿工危害最为严重。其主要原因是CO同人体中血红素的亲合力比氧同人体中血红素的亲合力高250—300倍，因此，当空气中有CO时，人在呼吸这样的空气后，极有可能因吸收不了氧气而出现伤亡。当空气中CO按体积百分比计算，浓度达0.4%时，人们呼吸这样的空气就可立即死亡。根据国内外统计资料表明，在矿井火灾中的遇难者有80%~90%都是死于以CO为主的烟雾中毒。同样，煤矿发生瓦斯、煤尘爆炸后，造成人员大量伤亡的主要原因也是以CO为主的有毒有害气体中毒。《煤矿安全规程》规定，入井人员必须随身携带自救器，其主要目的是一旦出现矿井火灾、爆炸等事故后，能利用自救器保护自己，降低有毒有害气体对自己的伤害程度。2、引发瓦斯、煤尘爆炸矿井火灾不但为瓦斯、煤尘爆炸提供了热源，而且火的于馏作用可使煤炭、坑木等放出氢气、沼气和其他多种碳氢化合物等爆炸性气体，从而物口了瓦斯、煤尘爆炸的可能性。同时火灾还可使沉降的煤坐重新悬浮，增加了煤尘爆炸的几率。根据国内资料统计，新中国成立后的所有煤尘爆炸事故，因矿井火灾引起的占6%。因此，矿井火灾的危害并不仅仅是燃烧放热。3、毁坏设备设施一日出现矿井火灾，现场的各种仪器、仪表、设备将会遭到严重破坏。摧毁巷道，破坏支护。有些暂时没被烧毁的设备用器材，由于火区长时间封闭，都可能因长期腐蚀全部或部分报废。4、影响开采接续矿井火灾发生后，特别是大范围的矿井火灾发生后，直接灭火无效，必须对火区进行封闭，而被封闭的火区必须待里边的火完全熄灭后才能打开密闭，重新开采，有些火区因裂隙较多或密闭不严，火区内的火很长时间不能熄灭，有时达几个月甚至几年，严重影响生产，影响煤层开采的连续性。不但如此，被封闭的火区永远是煤矿井下的一种安全隐患，使人们不能放心地进行各种采掘活动。5、烧毁大量的煤炭资源矿井火灾会使煤的发热量大大减少，甚至完全被烧毁，使国家宝贵的资源白白浪费掉。据1997年新疆煤田火区普查结果表明，新疆5大火区的火灾面积总计达37.94km2，其中明火面积达8.26km2，烧毁煤量311337Mt。6、严重污染环境有些煤田的露天煤由于火源面积较大、内因火较深、火区温度较高，同时煤的燃烧所放出的各种有毒有害气体，严重破坏了环境，甚至形成大范围的酸雨和温室效应。使绿洲变为荒漠。此外，火区燃烧生成的酸碱化合物对火区附近的地表水和浅层地下水也会造成严重污染。我国是一个矿井火灾事故多发的国家。仅2000年一年，全国国有煤矿的425对矿井统计，就共发生各种火灾事故168起，其中外因火灾14起，内因火灾154起，冻结煤量4217Mt，封闭采区或工作面59个，发火率为0.318次/Mt。第二章煤炭自燃我国存在有煤炭自燃的矿井占矿井总数的56%，具有自然发火危险的煤层占累计可采煤层数的60%；煤炭自燃而引起的火灾占矿井火灾总数的85～90%。近年来我国广泛采用综采放顶煤开采技术，使生产效率大幅提高。但这种采煤方法采空区遗留残煤多、冒落高度大、漏风严重，使得自然火灾发生频繁，常常价值几千万元的综采装备被封闭在火区中，此外还使大量的煤炭被火区冻结，造成巨大的经济损失。煤炭自燃已成为制约高产高效矿井安全生产与发展的主要因素之一。2-1煤的自燃概述

1、自然发火的定义 在理论上，自然发火是指有自燃倾向性的煤层被开采破碎后在常温下与空气接触，发生氧化，产生热量使其温度升高，出现发火和冒烟的现象叫自然发火。名词解释：自燃=自然发火煤矿常见发生自燃的地点： 巷道煤围帮、采空区、其他；松动圈煤长期受到氧化，容易发生自燃？巷道松动圈模型顶板岩层松动圈通风

风流放出CO气体！地点1巷道围岩（煤）氧化与自燃问题地点2采空区遗留煤自燃问题冒落采空区回采工作面进风巷道回风巷道

遗煤自燃氧化→CO地点3其他地点如堆积煤、煤仓、巷道三角点等本章小结习题与作业，密码：7个8煤炭自然发火机理早在1862年，德国人戈朗布曼（Grumbman）发表了第一篇关于煤炭自燃起因的文章。一百多年来，人们提出了若干学说来解释煤的自燃，如黄铁矿作用、细菌作用、酚基作用，煤氧复合作用等学说。2-2煤的自燃学说煤炭自然发火机理黄铁矿作用学说认为煤的自燃是由于煤层中的黄铁矿(FeS2)与空气中的水份和氧相互作用、发生热反应而引起的。细菌作用学说认为，在细菌作用下，煤在发酵过程中放出一定热量对煤自热起了决定性作用。酚基作用学说认为，煤的自热是由于煤体内不饱和的酚基化合物强烈地吸附空气中的氧，同时放出一定量的热量而造成的。煤氧复合作用学说认为，原始煤体自暴露于空气中后，与氧气结合，发生氧化并产生热量，当具备适宜的储热条件，就开始升温，最终导致煤的自燃。（1）能够自燃的煤含有

羟基－OH、苯酚、伯胺基团、羟基、烷基－CH2－CH3

、醚键C－O－C、乙烯基团C＝C双键。不能自燃的煤以上基团含量很少。（2）自燃煤的有机大分子是以稠芳香环为骨架，带有多种活性侧链基团。低分子化合物主要有酮、酸、烷、醇类等。有机大分子侧链基团和低分子化合物对煤的自燃具有极其重要的作用。1、煤的微观分子结构——王继仁教授的成果自燃煤有机大分子的化学基本结构单元酸类物质醇类物质烷类物质酮类物质（3）煤中低分子化合物主要是指游离或镶嵌于煤有机大分子主体结构中的一些分子量小于500的有机化合物。2、煤表面与氧及多组分气体的微观吸附机理氧分子在煤表面吸附几何构型

（1）煤表面对氧的物理化学吸附氧分子在羟基基团上的化学吸附几何平衡构型

煤表面与氧分子物理吸附量与放出的热量是线性关系。化学吸附量与放出热量是曲线关系。化学吸附比物理吸附放出的热量大10倍之多。（2）煤表面对多组分气体混合吸附煤表面对多组分气体混合吸附图

煤表面对矿井采空区多种气体发生吸附时，吸附能的大小顺序为

R·O2=30.94 R·H2O=16.03 R·CO2=6.09 R·N2=2.91

R·CO=2.11 R·CH4=0.45(单位：kJ/mol

)

煤表面与矿井采空区各种气体发生吸附时的亲和顺序为氧气＞水＞二氧化碳＞氮气＞一氧化碳＞甲烷。2-3煤的自燃过程2.2.1煤的氧化进程——热平衡与升温煤自燃氧化升温的热平衡自燃氧化产生热量QF>系统传递热量QoutQoutQF发生自热升温的条件QF>Qout煤炭自燃的条件煤具有自燃倾向性有连续的供氧条件蓄热条件热量易于积聚持续足够的时间凡出现下列情况之一者，定为煤层自燃：

①煤炭自燃引起明火；

②煤炭自燃产生烟雾；

②煤炭自燃产生煤油味；

④采空区或巷道中测取的CO浓度超过矿井实际统计的自然发火临界指标。【常用的标准】煤层发生自然发火的标志根据现有的研究成果，人们认为煤炭的氧化和自燃是基一链反应。煤炭自燃过程大体分为三个阶段：①潜伏期；②自热期；②燃烧期。2.2.1一般煤的氧化进程——自燃升温过程时间进程温度℃70~80℃常温迅速自燃！潜伏期自热期燃烧期自燃标志温度风化煤氧化自燃的三阶段关于“煤自燃潜伏期”人们知之甚少，缺乏实际研究文献和资料？——就连模糊的数据也没有。采空区煤耗氧CO生成率煤的自燃潜伏期1951年苏联学者维索沃夫斯基等人提出：煤的自燃正是氧化过程自身加速的最后阶段，并非任何一种煤的氧化都能导致自燃，只有在稳定的条件下，在低温、绝热条件下，氧化过程的自身加速才能导致自燃。低温氧化过程持续发展，使反应过程的自身加速作用增大，当生成热量不能及时放散，从而就会引起自热阶段的开始。这种氧化反应的特点是分子的基链反应，每一个参加反应的团粒或者说在链上的原子团首先产生一个或多个新的活化团粒(活化链)，然后，又引起相邻团粒活化并参加反应。这个过程在低温条件下，从开始要持续地进行一段时间，这就是人们称之为的“煤的自燃潜伏期”。煤的低温氧化特点是只在其表面进行，化学组分无任何变化。他们通过实验还发现，烟煤低温氧化的结果使着火点降低，以致活化易于点燃。自热温度（Self-heatingtemperature，SHT）自热温度也称临界温度，是能使煤激烈氧化（自燃）的最低温度。一旦达到了该温度点，煤氧化的产热与煤所在环境的散热就失去了平衡，即产热量将高于散热量，就会导致煤与环境温度的上升，从而又加速了煤的氧化速度并又产生更多的热量，直至煤自燃起来。煤的自热温度与煤的产热能力和蓄热环境有关，对于具有相同产热能力的煤，煤的自热温度也是不同的，主要取决于煤所在的散热环境。因此应注意即使是同一种煤，其自热温度不是一个常量，受散热（蓄热）环境影响很大。煤的着火点温度Ts

自热期的发展有可能使煤温上升到着火温度Ts

而导致自燃。煤的着火点温度由于煤种不同而变化，一般为无烟煤400℃烟煤为320～380℃褐煤为270～350℃。2.2.2影响煤炭自然发火的因素（1）煤的变质程度煤的变质过程伴随着煤分子结构的变化，碳化程度越高，煤体内含有的活性结构越少。所以煤的变质程度是煤自燃倾向性的决定性因素。现场的统计表面，褐煤最易自燃，无烟煤最不易自燃，烟煤介于二者之间。烟煤的煤化度低于无烟煤而高于褐煤，因燃烧时烟多而得名。根据煤化度的不同，我国将其划分为长焰煤气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、弱黏煤和不黏煤等。（2）煤岩成分煤岩成分一般分为丝煤、暗煤、亮煤和镜煤四种。不同的煤岩成分有着不同的氧化性。在低温下，丝煤吸氧最多，但是，随着温度的升高，镜煤吸附氧能力最强，其次是亮煤，暗煤最难于自燃。镜煤与亮煤脆性大，易破碎，而且灰分少，在其次生的裂隙中常伴有黄铁矿，开采中易碎裂为微细的颗粒，细微状的煤粒或黄铁矿都有较高的自燃氧化特性，因此它的氧化接触面积大，着火温度低。故镜煤与亮煤在丝煤吸附氧化升温的促使诱导下很容易自燃。2.2.2影响煤炭自然发火的因素影响煤炭自然发火的因素（3）煤的含硫量硫在煤中有三种存在形式：硫化铁即黄铁矿(FeS2)、有机硫以及硫酸盐。对煤自燃起主导作用的是黄铁矿。黄铁矿的比热小，它与煤吸附相同的氧量而温度的增值比煤大3倍。黄铁矿在低温氧化时产生硫酸铁和硫酸亚铁，体积增大，使煤体膨胀而变得松散，增大了氧化表面积，而且其分解产物比煤的吸氧性更强，能将吸附的氧转让给煤粒使之发生氧化。在煤中含黄铁矿越多，就越易自燃。我国西南主要矿区的统计资料表明，含硫3%以上的煤层均为自然发火煤层。影响煤炭自然发火的因素（4）煤的粒度、孔隙特性和破碎程度——比表面积:m2/g

完整的煤体一般不会发生自燃，一旦受压破裂，呈破碎状态存在，其自燃性能显著提高。这是因为破碎的煤炭不仅与氧接触的表面积增大，而且着火温度也明显降低。有人研究，当煤粒度小于1mm时氧化速率与粒径无关，并认为孔径大于100Å的孔在煤氧化中起重要作用。根据波兰的试验，当烟煤的粒度直径为1.5～2mm时，其着火点温度大多在330～360℃；粒度直径小于1mm以下时，着火点温度可能降低到190～220℃。因此，可以说，煤的自燃性随着其孔隙率、破碎度的增加而上升。影响煤炭自然发火的因素（5）煤的瓦斯含量瓦斯或者其它气体含量较高的煤，由于其内表面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，也就不易与煤进行复合氧化，使煤炭自燃的潜伏期加长。当煤中残余瓦斯量大于5m3/t时，煤往往难以自燃。但是随着瓦斯的放散，煤的空隙被空出，煤与氧就更易结合，更容易发生自燃氧化。影响煤炭自然发火的因素（6）煤的水分含量水分对煤炭自燃过程的影响有两个相互对立的过程。首先，煤炭中的水分在初期阶段会因为蒸发作用而散失，因此，一部分热量就会以水分潜热的形式被水蒸气带走，这就有阻止煤体温度升高的趋势。另一方面，煤体也会从空气中吸收水分。这就是所谓的吸收热（有时也叫湿润热）会促使煤的温度升高。水分对煤的总的作用就取决于这两种过程谁占主导地位。2-4煤的自燃倾向性鉴定方法与分类

煤炭自燃倾向性是煤的一种自然属性，它取决于煤在常温下的氧化能力和发热能力，是煤发生自燃能力总的量度。不同的煤，其自燃倾向性不同。所以，掌握煤的自燃倾向性非常重要。它不仅是恰当地设计采煤方法，选择采区规模，合理设计矿井通风和风压条件的重要依据之一，也是采取适当措施存储的重要依据。我国将煤的自燃倾向性分为容易自燃、自燃、不易自燃三类。煤矿井必须根据煤自燃倾向性的分类等级而采取相应的防治措施。《规程》要求必须对新建矿井与生产矿井延深新水平的所有煤层的自燃倾向性进行鉴定。煤的自燃倾向性鉴定方法煤炭自燃倾向性的鉴定方法很多，我国从20世纪50年代至80年代，一直沿用着火温度降低值测定法。目前采用的方法是色谱吸氧法，即使用一种专用仪器测定出常压下30℃煤的吸氧量，然后根据1g干煤的吸氧量大小，将煤的自燃倾向性分为三级：

I级——容易自燃；Ⅱ级——自燃；Ⅲ级——不易自燃。使用仪器：ZRJ-2000型煤自燃测定仪动态吸氧测定方法

指标：30℃、常压下1g干煤样的吸氧量，cm3/g。煤炭自燃倾向性分类表（褐煤、烟煤类）I 容易自燃 ≥0.71II 自燃 0.41～0.70III 不易自燃 ≤0.40煤炭自燃倾向性分类表（无烟煤、高硫煤）I 容易自燃 ≥1.00II 自燃 0.81～0.99III 不易自燃 ≤0.8自燃

等级自燃倾向性30℃常压条件下

煤吸氧量(cm3/g.干煤)备注褐煤、烟煤类高硫煤、无烟煤类全硫(Sf,%)Ⅰ容易自燃≥0.8≥1.00>2.00Ⅱ自燃0.41～0.79≤1.00

>2.00Ⅲ不易自燃≤0.40≥0.8<2.00ZRJ-2000煤自燃倾向测定仪ZRJ-2000煤自燃倾向测定仪ZRJ-2000型煤自燃测定仪技术参数测量方法：双气路流动色谱吸氧法

测量范围：吸氧量0.05~4ml(毫升)/g(煤)

测量误差：≤5%

基线漂移：≤0.6mv/hr

载气纯度：N2≥99.99%

吸附气纯度：O2≥99.99%

灵敏度：≥10mv/ml(N2载气，O2峰高)

控温精度：±0.5℃

电源：220V±20%,50Hz±0.5,500WZRJ-2000煤自燃倾向测定仪ZRJ-2000煤自燃倾向测定仪自动进样

4-8通道计算机处理

用途：采用色谱吸氧法测定吸氧量，分析判定煤的自燃发火倾向性及难易程度。

适用于：通风实验室，高校科研机构。

特点：

1.色谱吸氧法、依据最新国家标准GB/T20104-2006《煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法》；

2.自动进样，计算机控制样品进样管路；

3.同时4-8路样品处理系统；

4.仪器设计专用性强，结构紧凑、稳定性好、操作简单；

5.仪器采用微机控制，按键输入和大屏幕液晶显示和全中文界面，具有可靠性好、操作简单、电路集成度高、可长时间运行。

6.微机控制，自动恒温，自动打印分析结果，并按照标准规定自动分类。

技术参数

1.进样方式：自动进样，计算机控制样品进样管路

2.通道数：4路，可扩展8路

3.测量方法：色谱吸氧法；

4.测量范围：吸氧量0.05-4ml(毫升)/g(煤)；

5.测量误差：≤5%；

6.基线漂移：≤0.6mv/hr；

7.灵敏度：≥10mv/ml(N2载气，O2峰高)；

8.电

源：220V±20%,50Hz±0.5,500W。

配置：

1.主机

2.工作站1套：台式计算机（P4/512M/80G/17液晶）、数据处理软件、采集装置

3.O2标气1瓶(4L钢瓶)、N2载气1瓶(4L钢瓶)ZRJ-1煤自燃性测定仪吸氧量测量范围(mL/g)测量误差(%)载气灵敏度(mV/mL)外形尺寸(㎜)重量(kg)参考价格(万元)生产

厂家备注0.05～4≯5氮气hs＞10480×435×460253.9煤科院抚顺分院中煤总安通字［1992］第18号文通知：用本法取代《着火点》法，以实施《煤矿安全规程》第211条要求的鉴定用途： 利用双气路流动色谱吸氧法测定煤低温吸附流态氧的特性，对煤自燃倾向性进行分类鉴定。微机系统实现了温度控制、测定、显示及计算结果打印自动化测试技术的国际调研调研结果研究机构联系人主要方法澳SIMTARSDrFionaClarkson自热温度法（SHT）；绝热R70测试；气体成分分析；传统交叉点温度法新西兰Auckland大学ChenXD新交叉点温度法英国Leeds大学ACMcIntoshF-K法和新交叉点温度法英国Aberdeen大学工程学院JCJones改进的HR方法；微型量热计法波兰Crowkov

矿院AndrzejStruminskiWOlpinskii，活化能法调研结果德国UniversityofBayreuthAndreasJessIgnitionpointmethod美国MSHA

AlexSmith自热温度法（SHT）加拿大能源与矿业部

Krivokuca无，（低硫煤）土尔其中东技术大学

TevfikGüyaguler

交叉点温度法印度中央采矿所SCBanerjee传统交叉点温度法日本九洲大学MasahiroInoue井上清，无煤科总院抚顺分院钱国胤流态色谱吸氧法调研的结论世界各国采用的方法不尽相同，有SHT，R70，CPT，HR，F-K等方法；各国在自燃倾向性测试方法研究的力度与深度与各国遭受煤自燃灾害的严重程度相关；各国采用的测试方法基本上都与煤样的温度变化过程有关中国目前采用的方法是恒温情况下的，与煤样的温度变化过程无关，只是考虑恒温下的吸附氧量。2-5煤层自燃危险程度及自然发火期1、自燃倾向性与自燃危险程度的区别

自身因素与环境因素2、煤的自然发火期从暴露煤之日起至发生自燃时的时间，单位：月或天。煤的自然发火期：煤层被开采破碎、接触空气之日起，至出现上述定义的自燃现象或温度上升到自燃点为止，所经历的时间叫煤层的自然发火期。单位：月或天。特点：是一个统计数据。包括煤的自燃倾向性（内因），也反映了煤炭开采的外因条件（漏风，管理，开采条件）；未及时发现自燃的情况。——概念的模糊。最短自然发火期：对一定的煤，在供氧和蓄热环境最充分的条件下，自然发火期的统计最小值。最短自然发火期的确定方法

(1)每一煤层的所有回采工作面和巷道，都应进行自然发火期的统计，确定之。

(2)实验测定方法：利用自然升温实验方法（自然发火实验台）确定煤自然发火期。利用其他仪器间接测定（热重分析仪等）。煤的内部结构和物理化学性质；被开采破坏后的堆积状态参数(分散度)；裂隙或空隙度；通风供氧；蓄热和散热等外部环境等。最短自然发火期与自然发火期的指标含义不同。3、煤的自然发火期影响因素4、自然发火期的实验确定方法(1)统计方法：每一煤层的所有回采工作面和巷道，都应进行自然发火期的统计，确定煤层最短发火期。(2)实验方法：利用自然发火实验台确定煤自然发火期。煤自然发火实验台

（原理结构）控温煤自然发火实验台（实验结果）CSC-B1煤低温自然发火实验台CSC-B1煤低温自燃实验台是中国矿业大学（北京）国家重点实验室建设安全分室的一部分，由国家煤矿安全监察局和教育部在中国矿业大学（北京）建设，为研究开滦矿区煤自燃规律提供了技术支撑。可分为五部分：即煤样处理与分析部分、实验台辅助部分、实验台煤自燃炉体部分、实验台信号采集与处理部分、煤阻燃材料配制与分析。CSC-B1煤低温自燃发火实验台结构原理图特大型煤自然发火实验台（ZRM-15型）

兖矿集团有限公司:

通过国家实验室认可

功能：气体检测系统；煤矿防治自然发火早期预测预报特大型煤自然发火实验台

主要技术指标:1）炉体内径2.8m，装煤高度2.2m；外径3.8m，总高度3.3m；炉体内顶、底部自由空间各0.1m。2）最大装煤体积13.5m3，最大装煤量15t。3）保温控温层由内向外分别为：耐火砖、玻璃丝棉、控温水层、聚氨脂、红砖；底厚度45cm，顶厚度25cm，侧厚度50cm。4）顶部4个直径60cm带水封的装煤口和一个直径5cm的排烟气孔。5）监测点分布：层间距0.2m，径向间距0.2m和横向间距0.2m，布置层数12层；顶、底部自由空间各一个点，温度监测点总数46个；气体监测点总数24个。6）设四段电热丝控温层和四个控温参照点。3-6煤炭自燃早期识别与预报煤炭自燃的发展有一个过程，如果能在自燃发展的初期发现它，对于阻止其发展，避免酿成火灾，十分重要。前述的煤炭自燃发展过程中各种物理与化学变化，是早期识别和预报的根据。识别的方法可归为：（1）人的直接感觉；（2）测温度法：测定矿内空气和围岩的温度；（3）气体分析法：测定矿内空气成分的变化；（4）物探测定方法。（5）气味法（electricnose)1、人的直接感觉

利用人的感观进行探测是最简便的方法，虽然常带有一定的主观性，但是这种方法仍然比较可靠。(1)嗅觉：煤油味、汽油味和轻微芳香气味的非饱和碳氢化合物。(2)视觉：煤氧化产生的水蒸气，及其在附近煤岩体表面凝结成水珠(俗称为“挂汗”)，在煤炭自燃的最后阶段出现的烟雾。——与地下水渗出的水珠有区别。(3)感(触)觉：煤炭自燃或自热、可燃物燃烧会使环境温度升高。(4)身体感觉：可能使附近空气中的氧浓度降低，CO、CO2等有害气体增加，所以当人们接近火源时，会有头痛、闷热、精神疲乏、身体疲劳等不适之感。2、测定矿内空气和围岩温度1)．温度计测温法：直接测定是将测温传感器（温度计）直接放入测温钻孔中或埋在采空区内测定煤岩体温度，常采用的是热电偶和热敏电阻。2)．间接测温方法：利用热敏电阻、传输线缆和电测温仪。将热敏电阻埋入采空区，用电测温方法记录，根据测得的电信号换算成温度数值。3)．红外线探测法：是通过测定巷道壁面的红外辐射能量而测定出煤壁表面温度。

红外线探测仪包括定点测温仪和区域热成像仪。应用范围:1、检查煤矿井下隐性火区分布、火源的位置；2、检查顶板冒落和采区透水；3、排查瞎炮；4、检查采煤面组、液压支架、水泵、局扇、防爆电机及动力设备（动力电缆）的温升；5、排查中央及采区变电所、变压器的接头、开关等事故隐患；6、矿难救援，发现烟雾中的生还者；7、分析矿难的起因和过程；YRH250-矿用本质安全型红外热成像仪2、测定矿内空气和围岩温度4)．光纤测温度技术：利用光纤感温原理，直接测定巷道或采空区区域内的温度技术，是一种“分布式温度传感器”，数据量大，能够实时跟踪区域温度变化。5)．气味剂法：是将含有低沸点和高蒸汽压并具有浓烈气味的液态物质，如硫醇和紫罗兰酮等，将其封装在胶囊中，在设定的高温下，胶囊破裂而发出气味。红外辐射测温则是通过测定巷道壁面的红外辐射能量而测定出煤壁表面温度。测温法操作简便，结果可靠，但也存在局限性直接测温由于采空区顶板的垮落或底板裂变易引起测温仪表和导线的破坏和折断，在用钢套管保护也易被损坏。无线电传感器受采空区高湿恶劣环境影响难以成功应用气味剂法因靠漏风传播气味，移动速度慢、分布区域小，较难测取当火源离巷道表面较远时，红外辐射测温仪因接触不到热表面就无能为力热测定面临的最大问题还在于：由于煤体的热传导能力非常弱，热量影响的范围很小，有时钻孔即使打到火源附近1m，也觉察不到火源的存在2、测定矿内空气和围岩温度新型光纤温度测量技术利用光纤中产生的拉曼散射光的强度依赖于温度这一特性。测量原理：从光纤一端入射脉冲时，强度与各点的光纤温度相对应的拉曼散射光返回。这时，对返回的拉曼散射光的强度在时间上的变化进行测定。将时间换算成从拉曼散射光产生的位置到光纤末端的距离，并将光线强度换算成光纤的温度，求出各点的温度。多用于隧道火灾的检测，位置分辨率在2m以上。光纤末端距离越远，入射脉冲的范围越广，拉曼散射光的光谱就越不规则。富士通研究所开发出了对测量后的拉曼散射光的强度频谱进行重构及修正的数据处理技术。通过在设置场的实测值和测量值进行对照校正，温度分辨率可以达到±0.5℃，位置分辨率可以达到1m以下。原理：依据光纤的光时域反射（OTDR）和光纤背向Raman散射的温度效应，探测出沿着光纤不同位置的温度的变化，实现真正分布式的测量。在系统中光纤既是传输媒体又是传感媒体，光纤所处空间各点的温度场决定了光纤中背向Raman散射光强度（反Stokes背向Raman散射光的强度），经波分复用器和光电检测器采集了空间温度信息，再经信号处理，系统解调后将温度信息实时从噪声中提取出来；利用光纤中光波的传播速度和背向光回波的时间间隔，对所测温度点进行定位。分布式光纤温度传感器(DTS)系统（原理）

分布式光纤温度传感器(DTS)系统（原理）

该系统应用于火灾监测报警、隧道、电缆温度监控、大坝渗漏及温度监控、供热管道及油气管道渗漏监测等各个领域。技术指标：定位精度：1m；温度分辨率：0.1℃；最大测量距离：2~10km。通道数:1，2，4，6可选。连接方式:单端或双端。测量时间:<20秒。报警分区:200个/每路。继电器输出：64路(可扩展)。通讯接口：2个RS232接口支持MODBUS，1个以太网接口。优点：1）测量距离远，适于远程监控；2）本征防雷；3）抗电磁干扰，在高电磁环境中可正常工作；4）连续分布式测量；6）灵敏度高，测量精度高；7）寿命长，成本低，系统简单。产品型号：JTWN-LCD-70A-ZD-1矿井巷道火灾采空区自燃火灾DTS系统在采空区火灾预警中的应用——测温度DTS怎样保护光纤?：套管、。。。。DTS系统在矿井巷道系统火灾预警中的应用——测温度DTS实时监控、获得火灾地点3、气体分析法——程序升温实验3.1煤自燃的气体产物煤炭自热过程中会产生CO、CO2、H2、H2O、烷烃等气体成份，故气体分析法被广泛地用于煤炭早期自燃火灾的预测。由于火灾气体中的主要成分是CO、CO2，自从20世纪初以来，这两种气体的变化量一直被用作分析火灾发展变化趋势的主要指标。将这些变化值除以氧气的消耗量(-ΔO2)即可排除新鲜空气的稀释影响。这些参数的比值已被广泛用来分析火灾的发展变化趋势。(1)供气系统包括高压空气瓶、减压阀、流量控制阀及显示仪表，并用钢管依次连接。(2)程序升温系统包括恒温箱及程序升温控制设备，箱内安装螺旋形预热管和试样罐，温度控制精度为0.1℃。升温率2~3℃/min(3)气样分析系统包括取样管和分析仪器。煤炭自燃程序升温实验煤炭自燃程序升温实验煤层取样，用球磨机粉碎煤样，筛分得到四种粒度试样

<0.3、0.3、2.0、60mm实验时，将每种试样装进试样罐，连接气体管路，打开空气阀门，调节流量为90mL/min加热试样，升温率0.8~1.0℃/min来控制升温。测定各试样在不同温度下的CO、CO2、O2、C2H6、C2H4的浓度值。

每隔10℃取气样，稳定时间5min，用气相色谱仪分析气样成分及浓度。煤炭自燃指标气体和煤温的关系Ethane乙烷Ethylene乙烯Propylene丙烯390℃C2H2C2H4109℃一般认为乙炔是自燃进入第三阶段，即燃烧阶段的产物。

不同煤种自燃过程中放出一氧化碳的临界温度(二)预测煤炭自燃的标志气体及指标气体分析法预测煤炭自燃的思路是对测点中气体进行分析，寻找标志气体，并对其变化情况进行分析，从而确定煤炭是否自燃。过去，我国主要把一氧化碳作为标志气体，认为它是煤炭自燃过程中特有的产物．是预测煤炭自燃最灵敏的指标。认定只要在回风流中检测到微量的一氧化碳就表明煤已经进入低温氧化阶段。但是出于煤炭自燃过程中从始至终都有一氧化碳产生，很难找到不同浓度下对应的煤温值。井下一氧化碳来源较广，其他产生源对煤炭自燃结果也有一定的影响，这样人们不得不寻找其他标志气体。随着气体分析手段及检测水平的提高，在大量试验基础上，人们逐渐认识了除一氧化碳之外某些气体组分也可用于判断煤的氧化发展阶段，并且其精度和准确率要好于一氧化碳。这些气体主要包括烷烃、烯烃、炔烃。1)一氧化碳绝对生成量预测法一般在回采工作面回风侧设一观测站，在该观测站中测定—氧化碳浓度，通过计算发火系数(H1)来确定煤炭自燃及早期预报煤炭自燃。H1=C·Q式中 H1——发火系数，m3/min；

C——工作面回风侧观测站中一氧化碳的浓度，%；

Q———观测站风量，m3/min。古山矿结合井下观测的实际情况确定了自然发火系数H1的临界值为当H1<0.049m3/min时，无自燃现象*当H1>0.0059m3/min时，自燃预报值。当H1处于0.049~0.059之间时，必须加强观测。2)一氧化碳与氧气变化量预测法氧气的减少量(-ΔO2)判断火灾的重要参数是氧气的减少量，即-ΔO2

。测算基于两个方面的假设空气中的氧气含量为20.96%，惰性气体含量79.04%（0.3%的CO2气体不包括在内），包含除氮气以外的其它惰性气体视为氮气。火区中的氮气没有被消耗，也没有被增加（除从空气中增加的氮气外）。如果氧气没有被消耗，那么的比值应该为20.93/79.04=0.2648，该比值不受其它新加入气体的影响。对于在任何情况下O2和N2的量，可以算出原始O2的量为：0.2648N2。因此，消耗的氧气量，或者说氧气的差值即可以得到

%注氮气？CO的增加量(+ΔCO)与CO指数CO生成温度低，生成量大，其生成量随温度升高按指数规律增加，是预报煤炭自燃火灾较灵敏的指标之一。英国学者格雷哈姆(IvonGraham)最先提出CO/ΔO2指标，即格雷哈姆比值(Graham’sRatio)，或CO指数（ICO）Graham比值ICO判别煤炭初始自热现