影響煤炭自然發火的因素

影響煤層自然發火的因素主要有： 1 、煤的自燃性能煤的自燃性能主要受下列因素影響： 1 ）煤的分子結構，研究表明，煤的氧化能力主要取決於含氧官能團多少和分子結構的疏密程度。隨煤化程度增高，煤中含氧官能團減少，孔隙度減小，分子結構變得緊密。 ２）煤化程度，煤化程度是影響煤炭自燃傾向性的決定性因素。就整體而言，煤的自燃傾向性隨煤化程度增高而降低， 即自燃傾向性從褐煤、長焰煤、煙煤、焦煤至無煙煤逐漸減小；局部而言，煤層的自燃傾向性與煤化程度之間表現出複雜的關係，即同一煤化程度的煤在不同的地區和不同的礦井，其自燃傾向性可能有較大的差異。 3 ）煤岩成分，煤岩成分對煤的自燃傾向性表現出一定的影響，但不是決定性的因素。各種單一的煤岩成分具有不同的氧化活性， 其氧化能力按鏡煤＞亮煤＞暗煤＞絲煤的順序遞減。 4 ）煤中的瓦斯含量 ，煤中瓦斯存在和放散影響吸氧和氧化過程進行，它類似用惰性氣體稀釋空氣對氧化發生的影響。 5 ）水分，煤的外在和內在水份以及空氣中的水蒸汽對褐煤和煙煤在低溫氧化階段起一定的影響，既有加速氧化的一麵，也有阻滯氧化的因素。 6 ）煤中硫和其它礦物質，煤中含有的硫和其它催化劑，則會加速煤的氧化過程。統計資料表明，含硫大於３％的煤層均為自然發火的煤層，其中包括無煙煤。 2 、開采技術開采技術對自然發火的影響主要表現在以下幾個方麵。 1 ）礦井開拓方式和采區巷道布置，既決定保護煤柱的數量及其大小，又決定所留煤柱受壓與碎裂程度，既決定可燃物的分布和集中情況，又決定向這些可燃物供風的時間。 2 ）回采方法和回采工藝，但其決定的因素是回采率和工作麵推進速度。 3 、影響采空區自燃的因素 １）采空區三帶劃分對於後”U”通風係統(一源一彙)的采空區，按漏風大小和遺煤發生自燃的可能性采空區可分為三帶： 散熱帶Ⅰ（寬度為L₁）、自燃帶Ⅱ（寬度為L₂）和窒息（不自燃）帶Ⅲ （如圖10－3－1）。靠近工作麵的采空區內冒落岩石處於自由堆積狀態，空隙度大，漏風大，氧化生熱小而散發熱量多，故不能發生自燃， 叫散熱帶。其寬度大約5～20ｍ。自燃帶Ⅱ中岩石的空隙度較小，因而漏風小，蓄熱條件較好，如果該帶的條件保持時間超過其自然發火期，就可能自燃。故此帶稱為 自燃帶。其寬度取決於頂板岩性、工作麵推進速度、漏風通風壓差，一般寬度為20~70ｍ。自燃帶向采空區內部延深，便是第Ⅲ帶。由於該帶距工作麵較遠，漏風甚小或消失，氧濃度低，不具備自燃條件。故此帶處於惰化狀態，已經發生自大在燃的遺煤也能窒息， 故叫窒息（不自燃）帶。 確定劃分三帶的指標有三種： ①采空區漏風風速V（V>0.9m/s為散熱帶；0.9≥V≥0.02m/s為自燃帶；∨＜0.02m/s為自窒息帶。）； ②采空區氧濃度（C）分布（認為C＜8%為窒息帶，C≥8%為自燃帶）； ③采空區遺煤溫升速度（dt>1℃/d為自燃帶）。由於缺少深入的理論研究和試驗結果，此指標目前尚難以應用。圖10-3-1 采空區散熱、自燃、窒息三帶分布示意圖 ２）采空區遺煤自燃的條件及其影響因素，設自燃帶的最大寬度為L ₁+L ₂，工作麵的推進速度為V，自然發火期為τ _S，在自燃帶內煤暴露於空氣的最長時間為τ(月)，當: τ _S≤(L ₁+L ₂) / V 10 -3-4 時，說明自燃帶內有△L=L ₁+L ₂-Vτ _S寬度存在時間超過自然發火期，有自燃危險。由此可見，采空區遺煤自燃與否主要取決於工作麵的推進速度和自燃帶最大寬度L ₁+L ₂（ｍ）。 4 、漏風在煤炭氧化過程的熱平衡關係中，漏風起兩方麵的作用： 一是向煤提供氧化所必須的氧氣，促進氧化發展；二是帶走氧化生成的熱量，降低煤溫，抑製氧化過程發展。采空區及煤柱的漏風強度在 0.1～0.24 m³/(min.m²) 時容易自然發火。有的作者認為不會導致自燃的極限風速低於 ０.０2～0.05 m³/(min.m²)；封閉采空區密閉牆漏風壓差在300Pa、漏風強度在０.02～1.2m ³/(min.m ²) 時容易自然發火的 ^{[ 136 ]}。把風速控製在易燃風速區之外，是從通風的角度預防自然發火的原則。 5 、地質因素地質因素主要有： １）傾角。２）煤層厚度。表10—3—1為傾角和厚度對自燃影響的部分統計資料。３）地質構造。在有地質構造的地區，自燃危險性加劇。４）開采深度。煤層賦存太深或太淺都會增加自然發火的危險性。 表10—3—1 煤層傾角和厚度對自燃影響 傾角 發火次數 比例,% 煤層厚度 發火次數 比例,% 緩傾斜 55 16 中厚以下 56 16 傾斜 121 34 厚煤層 135 38 急傾斜 176 54 特厚煤層 161 46 關鍵詞：煤炭因素自然