張迪 李建棟

摘要：煤炭自然是礦井安全生產(chǎn)的主要自然災(zāi)害之一。本文通過對保德煤礦煤自燃火災(zāi)危險性的分析，得出煤層含水率、開采工藝和采動壓力等是煤自燃火災(zāi)的主要影響因素，相鄰采空區(qū)和采空區(qū)“兩道兩線”為礦井火災(zāi)的重點防護區(qū)域。

關(guān)鍵詞：煤炭自燃 危險性 分析

1 礦井概況

保德煤礦是中國神華能源股份有限公司神東煤炭分公司下屬的現(xiàn)代化大型礦井之一，位于山西省忻州市保德縣境內(nèi)，距保德縣城18km，行政區(qū)劃隸屬保德縣橋頭鎮(zhèn)管轄，忻（州）-保（德）一級公路、神（木）-朔（州）鐵路從井田中部通過，神朔鐵路棗林集裝站和橋頭客運站位于井田中部，交通較為便利。礦井井田東與佘家梁、張家溝、炭嶺溝、河石盤等小煤礦相接，西與蘇家里村為鄰，北至黃河康家灘村，南至X=4307927.000橫坐標(biāo)線。井田東西寬約5.7km，南北長14km，面積約55.9km2。

2 煤自燃火災(zāi)危險性分析

煤炭自燃是一個復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程，可以定義為：煤在低溫環(huán)境下與空氣中的氧不斷發(fā)生氧化作用（包括物理吸附，化學(xué)吸附和化學(xué)反應(yīng)）而產(chǎn)生微小熱量，且由于氧化產(chǎn)熱速率大于向環(huán)境的散熱速率，使得煤體不斷積聚熱量，煤體的溫度緩慢而持續(xù)上升以至于達(dá)到煤的著火點而自發(fā)燃燒起來，這樣的現(xiàn)象和過程稱之為煤的自燃（或煤的自然發(fā)火、煤的內(nèi)因火災(zāi)）[1，2]。煤炭的自燃能否發(fā)生除了取決于煤炭本身內(nèi)存的物理、化學(xué)、力學(xué)等性質(zhì)外，還與地質(zhì)條件、開拓條件、通風(fēng)條件等因素密切相關(guān)，采空區(qū)煤層自燃是由眾多因素共同影響、相互作用的結(jié)果。

綜合保德煤礦地質(zhì)資料、初步設(shè)計及現(xiàn)場實際情況對礦井在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的煤層自燃災(zāi)害進(jìn)行分析。礦井存在的火災(zāi)狀態(tài)如下：①煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院和中國礦業(yè)大學(xué)對保德煤礦8煤層自燃傾向性進(jìn)行了鑒定。結(jié)果顯示：8煤層為II類自燃煤層，自燃發(fā)火期為3～6個月。但隨著開采區(qū)域的不斷增大，采空區(qū)范圍越來越大，由此形成的密閉也會增多，并且隨著井下風(fēng)量和負(fù)壓的進(jìn)一步增大，造成遺煤更多與空氣進(jìn)行接觸，極易形成煤自然發(fā)火隱患。因此，保德煤礦按二級自燃礦井進(jìn)行設(shè)計。②由8煤的工業(yè)分析知，8煤中的水分為2.57%左右，水分含量偏低，為低水分煤；其次，由于8煤中含有大量糜棱煤和碎粒煤[3]。這些因素可造成煤層的自燃。③由于8煤較厚，平均6.83m，采用走向長壁后退式綜采放頂煤開采，全部垮落法管理頂板，由此采空區(qū)遺煤較多，經(jīng)過漏風(fēng)供氧蓄熱后容易導(dǎo)致采空區(qū)遺煤自然發(fā)火。④受采動壓力的影響，采面之間的保護煤柱可能會被壓裂破碎，使得已封閉采空區(qū)和采面之間通過裂隙形成漏風(fēng)通道，這種情況容易造成已封閉采空區(qū)遺煤自燃。⑤相鄰采空區(qū)較本煤層回采工作面采空區(qū)發(fā)火率高。在本煤層進(jìn)行回采時，對于該工作面來說，其采空區(qū)遺留浮煤屬于初次氧化，本煤層煤體的自然發(fā)火期為供氧之日到自燃之日所經(jīng)歷的時間。在對本煤層進(jìn)行回采時，漏風(fēng)現(xiàn)象存在于本煤層工作面與相鄰采空區(qū)遺留破碎煤體之間，并且相鄰采空區(qū)浮煤屬于二次氧化，在該煤層的回采過程中，其開采期間經(jīng)過初次氧化，在溫度方面，比原生煤體相比，浮煤要高。經(jīng)過再次氧化，于原生煤體和自然發(fā)火期相比，從供氧之日到自燃之日所經(jīng)歷的時間要短。在這種情況下，發(fā)火比較容易，導(dǎo)致相鄰采空區(qū)易于自然發(fā)火。⑥采空區(qū)中部發(fā)火率低，采空區(qū)周邊“兩道”的發(fā)火率高。工作面回采以后，采空區(qū)上覆巖層移動，由于老頂及部分直接頂呈懸臂梁結(jié)構(gòu)，在充分采動下，采空區(qū)中部被壓實，在采空區(qū)周邊，該結(jié)構(gòu)與煤壁、底板形成“冒落三角形區(qū)”，沿采空區(qū)四周連通，采空區(qū)四周的范圍內(nèi)，既有矸石、又有浮煤，密實性較采空區(qū)中部小，成為采空區(qū)內(nèi)部漏風(fēng)的主要通道[4]。合適的漏風(fēng)供氧蓄熱條件使得周邊的發(fā)火率增高。工作面的順槽通常沿煤層底板掘進(jìn)，頂部有幾米厚的頂煤。順槽在掘進(jìn)時由于掘進(jìn)動壓的影響經(jīng)常出現(xiàn)頂煤冒落，支護后在棚網(wǎng)上常常堆積有松散浮煤；當(dāng)工作面回采時，在采動影響下，順槽的頂煤進(jìn)一步破碎、離層，一側(cè)兩順槽之間的隔離煤柱也被進(jìn)一步壓裂壓酥，漏風(fēng)氧化情況惡化，極易自燃。特別在地質(zhì)構(gòu)造帶，順槽煤體十分破碎時，更是如此。⑦起采線和停采線自燃危險性較大。工作面的開切眼斷面大、難于維護，安裝設(shè)備的時間較長，安裝時供風(fēng)量小，風(fēng)流溫度也較高；初采時出切眼的高度低于煤層厚度，需逐步調(diào)整采高至煤層厚度。遺留了大量松散煤體，且工作面推進(jìn)速度一般相對較慢，其氧化升溫時間長，煤體溫度高，使得煤體容易自燃。為了便于支架的回撤，末采時需提前降低采高，造成停采線附近采空區(qū)留有大量松散煤體，當(dāng)工作面停采后不能及時撤出或封閉時，其自燃的危險性也就更高。

3 結(jié)論

通過對保德煤礦煤自燃火災(zāi)危險性的分析，得出煤層含水率、開采工藝和采動壓力等是煤自燃火災(zāi)的主要影響因素，相鄰采空區(qū)和采空區(qū)“兩道兩線”為礦井火災(zāi)的重點防護區(qū)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]高數(shù)山.采空區(qū)自燃發(fā)火及其預(yù)防[J].煤炭技術(shù)，2006，25（7）：65-68.

[2]牛會永，周心權(quán)，張辛亥.煤炭自燃防滅火技術(shù)的組織與管理[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2008，35（4）：81-82.

[3]王省生，張國樞.礦井火災(zāi)防治[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1990.

[4]方煥明，安樹鋒.綜放工作面自燃火災(zāi)特點及防治[J].煤炭技術(shù)，2005，24（5）：73-75.

作者簡介：

張迪（1987-），男，遼寧錦州人，神華神東保德煤礦技術(shù)員，文章研究方向：煤礦瓦斯抽放技術(shù)、煤礦防滅火技術(shù)。

李建棟（1987-），男，山西忻州人，神華神東保德煤礦副隊長，文章研究方向：煤礦瓦斯抽放技術(shù)、煤礦防滅火技術(shù)。