第4.3章 矿井火灾监测及早期预测预报.doc

第三章 矿井火灾监测及早期预测预报 煤炭自燃的发生，要经过准备阶段和自热阶段，然后才能达到燃烧阶段。在这一过程中要发生一系列的物理化学变化，出现各种征兆，释放出火灾气体。因此，在实际生产过程中，人们可以通过观察这些征兆或监测某种气体组分的变化趋势，来判断煤自然发火的态势和进程，以便制定和采取适当的预防和治理措施，防止自燃火灾的发生和发展，保证矿井安全生产。 第一节 概述 煤炭自然发火早期预测预报就是根据煤自然发火过程中出现的征兆和观测结果，判断自燃，预测和推断自燃发展的趋势，给出必要的提示和警报以便及时采取有效的防治措施。煤自然发火早期预测预报最重要的是要体现一个“早”字，也就是要捕捉煤在低温氧化时所隐含的微弱变化的信息（这种信息可能是煤低温氧化时的升温速率、或是某种标志气体的产生或变化特征，也可能是低温氧化时释放出气味的微弱变化等），并根据这些信息对煤自然发火进程进行预测预报。 井下发生自然发火时往往会出现一些征兆，据此可初步判断煤自然发火的特征。 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。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。火源中心点的水分蒸发殆尽后，由于供氧不足而进入干馏阶段，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。自然发火过程中释放出大量的CO、SO2、H 2 S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。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。 自然发火的早期预测预报方法主要有：气体分析法、测温法、光电法、电离法、烟雾法和气味检测法等。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。 第二节 煤炭自然发火的标志气体指标及优选 煤的自然发火经历了三个不同的发展阶段，即缓慢氧化发展阶段、加速氧化阶段和激烈氧化阶段。不同氧化阶段对应着不同的自燃温度范围和气体产物种类和浓度，这些气体产物中通常用于预测预报自然发火进程的包括：CO、CO2、C1-C4烷烃、C2-C3烯烃及C2H2等。 一、煤自然发火气体产物及其组成 煤自燃气体产物是指煤自燃而释放出来的气体。这其中包括两部分一部分由于煤自身氧化的气体产物，叫煤自燃氧化气体另一部分是成煤过程中吸附在其孔隙内的气体，由于煤体温度升高而解吸出来的，叫煤自燃吸附气体。 煤自燃吸附气体主要成是甲烷和二氧化碳，余下的是存量很少的烷烃气体即乙烷、丙烷和丁烷，这些烷烃气体组份依据其碳原子数的序列性（也即其沸点由低到高的序列）随着煤温度的升高而逐一解吸出来。煤自燃氧化气体是煤中碳氧化所分解出来的产物，其成份主要有一氧化碳，二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯乙炔。煤自燃氧化气体是通过对煤样在空气流下程序升温得到的-3-2-1和图4-3-2-2所示。 研究表明，烯烃和炔烃以及一氧化碳是煤自然发火过程中碳氧化反应的产物，这几种气体组份在煤吸附气体中不存在，是标志煤自燃氧化进程的特征气体组。 煤自燃吸附气体产物生成规律主要表现为：开始时各种烷烃气体有较高解吸浓度，并随着煤温的升高而逐渐降低，到最低点后又随温度的升高而增大，但增大的速率较小。这种变化规律主要受煤的物理、化学性质，特别是煤的表面性能所影响。开始时，解析气体组主要来自大孔赋存和表面物理吸附的烷烃，随煤温度的升高，中孔和微孔内吸附的烷烃气体也相继解吸出来。从生成量值上看，与煤的变质程度、煤的粒度、孔隙结构特性、煤岩煤化组成极为相关, 不同的煤种有较大的差异。 煤自燃氧化气体总的生成规律是随着煤温的上升而逐渐增大，但不同的氧化气体组份和不同的煤种所表现出来的生成规律在量值和生成顺序上有较大的差别：一氧化碳是煤氧化过程中出现最早的氧化气体产物, 并且贯穿于整个氧化过程中; 一氧化碳气体发生浓度与煤温之间表现为单一递增的变化关系，并基本符合指数关系，但当煤温度超过180 ℃左右以后，这种指数关系就不复存在，而呈现出一种更快速的增长速率。一氧化碳发生的临界温度值褐煤为40左右，烟煤在65～ 95 之间变化，无烟煤为80左右，其总的趋势是随煤的变质程度的增高而增大煤自燃氧化气体中烯烃组份有C2H4和C3H6，其总的变化趋势是随煤温的升高而逐渐增大。C2H4发生的临界温度（0.1ppm浓度时的煤温度）褐煤在90，烟煤在100 ～ 150之间，H6发生的临界温度要高于C2H4的临界温