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煤层自然原因分析与综合防灭火技术的应用 　　摘要：通过对公乌素矿区煤田煤层发火机理及原因的分析，探索和开发研究易自然煤层火灾防治技术，对公乌素矿区的火区进行防治，为矿井安全生产提供可靠保证。 　　关键词：自燃煤层；发火原因；防治技术 　　中图分类号：P618文献标识码： A 　　乌海地区的公乌素煤矿煤层赋存较浅，由于历史原因，小煤窑遍布，相互联通，本矿区地表裂隙发育，煤层埋深2～300ｍ，含硫量0.71％～3.08％，自然发火期为2～6个月，最短发火期为31天，自燃倾向性为Ⅱ级．由于埋深浅，采空区透风露气严重以及矿区多风少雨等原因，在路天煤矿、公乌素煤矿及其周围矿井等多处发生过自然发火，现本矿采用综合放顶煤技术开采虽然具有掘进率低、设备少、人员少、集中化生产及高产高效等优势，但这种采煤方法采空区遗留残煤多、冒落高度大、漏风严重．煤炭自燃成为制约该矿区安全生产的主要因素之一，为了保保障矿井安全生产，保护自然生态环境，最大限度地保护国家煤炭资源，必须加强矿区综合防治自燃防火的防灭火工作。 　　 1、煤层基本概况 　　 公乌素矿区前些年由于煤炭行业不景气，企业经济困难，各煤层露头、浅部的煤层均被本矿自救小井开采，井田周围个体小矿密布，井架林立，开采方法简单落后，乱开乱采行为严重，致使本矿区9#煤层和周边小窑16#层浅部发生过自然着火。 　　矿井现开采煤层有7#、9#、12#、16#煤层。9#、12#、16#均为2类自然煤层，9#煤层距12#煤层层间距最小21.5m，最大68m，平均44.7m，煤层厚度最小0.94m，最大7.03m, 平均厚度在3.83m，结构南部较复杂，北部较简单，煤层厚度亦有南部厚北部薄的趋势；属全区可采较稳定煤层，硫分原煤平均为0.71%，属低硫分煤。 　　12#煤层距16#煤层层间距最小36m，最大56.5m，平均46.3m，煤层厚度最小0.27m，最大1.54m，平均厚度1.14m，为稳定煤层。结构单一，煤层为本区的对比主要标志层，顶板为粉砂岩、砂质泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩，全区可采较稳定煤层，硫分原煤平均为1.71%，属中硫分煤。 　　16#煤层距17#煤层间距最小3.7m，最大7.32m，平均5.5m，煤层厚度最小1.67m，最大10.51m，平均厚度为8.5m，为稳定煤层；煤层倾角12°~25°，平均19°，顶板为砂质泥岩，底板为砂质泥岩砂岩，全区可采。16#煤层为高硫煤，平均含硫量为3.08%，煤中丝碳含量高，吸氧性强，煤中水分含量低，挥发高，自燃发火倾向强，在本矿区附近有自燃现象。现今16#煤层开采布置在北采区，建有16#主井、16#轨道下山、16#回风下山，16#煤层开采方式为综采放顶煤。 　　公乌素矿区煤层为中灰、低中高硫齐全、高挥发、高发热量的动力用煤和化工用煤。自然发火期：9#层为70天、12#层52天、16#层65天，各煤层煤尘均有爆炸危险性。煤层顶板比较完整坚硬。煤层瓦斯含量很低，经矿井瓦斯等级鉴定三号井为低沼气矿井。 　　2、 煤炭自燃机理和条件 　　煤的自燃发展，一般要经过三个时期，如图 1 所示：潜伏期、自热期和燃烧期。 　　（1）潜伏期 　　具有自燃倾向性的煤炭与空气 　　接触后，吸附氧而形成不稳定的游 　　离基：羟基（OH），羧基（COOH） 　　等，开始既检测不到煤体温度的变 　　化，也觉察不到周围环境温度的上 　　升。煤的氧化过程平稳而缓慢，煤 图 1 煤炭自燃的三个阶段 　　的重量略有增加，着火温度降低，化学活泼性增强。这个阶段通常称之为煤的自燃准备期。准备期的长短取决于煤的煤化程度和外部条件，如褐煤几乎没有准备期。 　　（2）自热期 　　经过准备期之后，煤的氧化速度增加，不稳定的氧化物分解成水、二氧化碳和一氧化碳。氧化产生的热量使煤温继续升高。当超过自热的临界值（60～80℃）时，煤温上升急剧加速，氧化进程加快，开始出现煤的干馏，生成芳香族的碳氢化合物（CmHn）、氢（H2）及一氧化碳（CO）等可燃气体，这就是煤的自热期。 　　（3）燃烧期 　　自热期的发展有可能使煤温上升到着火温度（Tb）而导致自燃。煤的着火温度因煤种不同而异，无烟煤为 400℃；烟煤为 320～380℃；褐煤为 210～350℃。如煤温不能上升到临界温度（Tc＝60～80℃）或上升到这一温度后由于外界条件的变化又降低了下来， 　　则可能进入风化状态，如图 1 中虚线所示。自燃倾向性较弱的煤在氧化过程中常常会出现风化现象。风化了的煤一般不会再发生自燃。 　　3 煤炭自然发火的规律及其成因分析 　　根据煤炭自燃倾向性分类，公乌素矿区的煤层属容易自燃煤层。通过对煤层自然发火分析可以看出，该矿区煤层自然发火的原因是多方面的： 　　（1）小窑开采