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煤炭自燃机理及防治措施

来源:233网校 2009年4月17日

  位于山西东南部的阳城县共有各类煤矿87座,其中,高瓦斯矿井就有42座。由于煤层赋存条件复杂,一些矿井瓦斯相对涌出量达170立方米/吨,绝对涌出量达43立方米/分以上,是山西省的瓦斯重灾区之一。从1986年到2000年的15年间里,全县共发生瓦斯事故26起,死亡107人,经济损失上亿元,给人民生命财产造成了重大损失。

  传统管理弊端多

  2001年乡镇煤矿停产整顿期间,阳城县政府变危机为契机,认真对阳城历年治理瓦斯的情况进行了深入思考。过去虽然阳城的瓦斯治理工作比较扎实,有的还在全国、全省进行过经验交流,但仍然难以遏制瓦斯事故多发局面。其主要症结就在于传统的人工检测管理方法随意性大,存在许多弊端。

  这些弊端主要集中在人员的配备和管理上。就全县来讲仅靠安监局的安监管理人员来管理全县近百座煤矿是不可能的,仅靠煤矿企业自己管理同样也是不现实的,这就给事故发生提供了人员配备上的漏洞。就煤矿企业来讲,虽都配备了专职的瓦斯员、安全员,但人很难保证8小时始终全神贯注,更难做到一年365天始终保持高度警惕性,总有疲倦和懈怠的时候,这是再严格的制度也解决不了的问题。另外,企业中弄虚作假的弊端也是难以消除的。在老熟人、老同事、老上级面前严不起来,硬不下去。有的甚至受利益的驱使,拿原则做交易,在瓦斯的检测、记录上报的过程中欺上瞒下,弄虚作假。

  这些弊端有的通过严格的监管可以避免,有的却无法避免,所以应该突破传统的管理方法,探索一条用高新技术武装传统产业的新路子。 把安全工程师站点加入收藏夹

  运用高新技术监管瓦斯

  2001年,阳城县与中国煤炭科学研究总院抚顺分院软件中心合作,率先在全国开发了“阳城县煤矿安全生产数字化实时监测与监管系统”,于2002年9月正式使用。该系统拥有“十大功能”,其核心功能是“实时监控、信息共享”。系统中心控制室与全县42个高瓦斯矿井系统终端开采光纤通讯方式联网运行,通过系统网络,能够对各煤矿井下瓦斯浓度、风机开停状态、设备馈断电等情况进行24小时实时监控,在第一时间发现隐患并下达整改指令。

  监测监管系统应用以来,新技术、新模式有效地克服了传统管理下的种种弊端,收到了比较明显的效果。首先,瓦斯监管有了“千里眼”,通过监测系统实现了实时监控。总监控调度心设在阳城县政府六楼,县安全生产监督管理局、各乡镇、各煤矿都有监控室,上到县长、局长,下至乡镇长、矿长、安全监人员,足不出户,就可通过监控系统对任一煤矿、任一工作面、任一时段的瓦斯状况做到明明白白、了如指掌,有效地解决了传统模式下因为人员不足造成瓦斯状况难以全面掌握的缺陷。其次,瓦斯监管系统不知疲倦、不会偷懒、不徇私情,超限报警,只认瓦斯不认人,克服了瓦斯监控的一些人为弊端。今年以来,阳城县监控中心已因瓦斯超限、通讯传输中断及时下达停业指令百余次,责令煤矿停产整顿20余次,使超前预防真正落到了实处。另外,监管系统使瓦斯监管有了“黑匣子”。监测监管系统及时记录了每个矿井、每个工作面瓦斯变化的全过程及井下工作人员的现场工作情况,谁的过错、谁的责任一清二楚,起到了查处事故、追究责任有据可查的“黑匣子”作用。有效地解决了瓦斯管理中的敷衍了事、欺上瞒下的弊端,大大增强了各级尽职尽责抓安全的责任心,有效地堵住了管理漏洞。

  坚持以人为本的原则

  在管理实践中,只有做到机器管人才能真正做到铁面无私,但再先进的技术设备,再先进的管理模式,仍然需要依赖人去发挥它的最大作用。

  阳城且建立了六个配套保障机制,在机器管人的基础上,努力用人管好机器,确保监控系统的正常、高效运行。六大机制包括:一是制度保障,制定了《阳城县煤矿安全生产数字化监测与监控系统运行管理规定》等10个制度、9种报表,对监控系统的监管做到科学规范、有章可循,二是组织保障,建立健全了县、乡、矿三级监控调度机构,县政府成立了煤炭安全监控调度中心,10个产煤乡镇和42座联网矿井设立了监控室,形成了横向到边、纵到底的监控网络;三是服务保障,成立了“阳城县平安矿山设备检修中心”,专门负责对监控系统传咸器等重要设备、仪器仪表进行校验和维修;四是人才保障。县、乡、矿三级通过公开招聘,择优录用了165名具有中等以上学历的监控管理人员,每个监控室配备3人以上,实行全天候监控值班;五是技术分析制度。今年以来,县监控调中心通过瓦斯曲线分析的实时监控与采掘报考跟踪等方式对几起重大事故隐患进行了处理;六是瓦斯员与监测探头对照校正制度,使1 煤的自燃机理

  1.1 概述

  关于煤的自燃问题,长期以来,一般都认为煤中黄铁矿的存在是自燃的原因,由于黄

  铁矿氧化成为三氧化二铁及三氧化硫时能放出热量,在有水分参加的情况下,可以形成硫酸,它是很强的氧化剂,更加速煤的氧化,促进煤的自燃。

  需要指出,有的含有黄铁矿的煤,虽然经过长斯放置,并不一定发生燃,而不含或少含黄铁矿的煤也有自燃现象。因此,煤的自燃并非完全因含有黄铁矿而引起。其主要原因是由于吸收了空气中的氧气,使煤的组成物质氧化产生热量,再被水湿润,就放出更多的湿润热,也会加速煤的自燃。此外,煤的自燃还与煤本身的性质有关。如煤的品级;煤的显微组分、水分、矿物质、节理和裂隙;煤层埋藏深度和煤层厚度;开采方法和通风方式等。煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。

  1.2 煤自燃的不同阶段

  (1)水吸附阶段。与其他阶段不同,这个阶段只是个物理过程,煤与氧不会发生反应,煤吸附水虽不是煤自燃的根本原因,但他对煤自热,特别是低品级的煤自热有重要影响。当水被煤吸附时会放出大量热,即润湿热。所以,多数情况下该阶段对煤的自燃都起着关键作用。

  (2)化学吸附阶段。煤自燃过程首先在这个阶段发生化学反应。该阶段的反应温度为环境温度至70℃。这伸过程中煤吸附氧气会产生过氧化物,因而叫做化学吸附阶段。化学吸附阶段煤重略有增加,并产生气体,其中的CO可作为标准气体,通过监测CO浓度可对煤的自燃进行早期预报,化学吸附阶段需要少量水参加反应。根据煤的品级和类型不同,化学吸附的放热量在5.04~6.72J/g之间变化。若煤温达到70℃时会分解,煤重随之在幅度下降,甚至比原始煤重还要轻。煤中水汾的蒸发可带走一些热量,该过程产热量晨16.8~75.6J/g间变化。若煤氧化进行到这个阶段,想使其不自燃是非常困难的。

  (4)煤氧复合物生成阶段。该阶段生成一种稳定的化合物,即煤氧复合物。其反应温度范围为150~230℃。产生的热量25.2~003.4J/g。这个阶段煤重又有所增加,煤氧化进行到这个阶段必然发生自燃。

  (5)燃烧初始阶段。这是煤氧复合物生成阶段到煤快速燃烧阶段的过渡时期,煤温达230℃时,煤氧化可进行到个阶段。此时煤的反应热为42~243.6J/g。这些热量使煤迅速上升促进了煤的快速燃烧。

  (6)快速燃烧阶段。这是煤自热的最后阶段,它描述了煤的实际燃烧过程。依氧气供应充足与否,这个阶段可能发生干馏、不完全燃烧或安全燃烧。如果燃烧充分,其反应热等于煤的发热值。

  2 煤的自热影响因素

  2.1 煤质

  煤质本身对煤自热敏感性有显著的影响。

  (1)煤的品级。煤的品级表明了煤的变质程度,常用挥发分含量和含煤量表示。品级低的纯煤自热热敏感性高,而且,随着煤的品能升高其自热敏感性下降。因而,干燥褐煤最易自热而无烟煤几乎不自热。但含有大最水分的褐煤较纯褐煤不易自燃。

  (2)煤的水分含量。煤中水分的含量对煤的自燃性有很大影响。水分含量达饱和的煤,特别是在水分含量高的褐煤和次烟煤被开采和干燥前,煤体不再吸附水分,因而不能放出润湿热。煤氧化放出的热量通常使内在水分温度升高。另一方面,自热时的化学反应需要有少量的水分参加。低口级煤水分含量远远大于化学反应的需要量。因而,对低品级煤来说,水分实际上是煤自热的阻化剂。

  (3)矿物质。煤中的矿物成分也叫灰分。它可与氧反应放热增加煤温,而且使煤分解以增加煤与空气接触的表面积,如黄铁矿,它可以吸收氧化反应放出的部分热量降低煤的氧化反应进程;煤的高灰分使单位质量的氧化热降低。

  2.2 开采和贮运的环境因素

  环境因素对煤自热的影响为:可使煤的水分含量发生变化;改变煤氧接触条件:使生产成的热量扩散。可分为:

  (1)地质因素。断层和裂隙有利于空气和水分与煤接触。因而散热没有明显增加,却增加了煤发生氧化的机会和水的吸附。也就是说断层和裂隙增加了煤自燃的危险性。埋藏深的煤层地面漏风较少。采空区遗煤(特别对于厚煤层)因不能完全回采而增中了煤的自燃危险性。

  (2)开采因素。开采因素对煤自燃的影响主要有2个方面,即通风和煤破碎,没有通风或通风充分的地方,煤自燃的可能性较低。而通风不充分地方煤自燃的可能性较大。裂隙漏风是不充分漏分,它创造了煤进一步氧化的条件,而散热条件并未被改善。所以,任何漏风对煤炭自燃来说都是很危险的。

  (3)贮运因素。在贮存和运输过程中,影响煤自燃的因素要为通风不充分和干燥的低品级煤因雨淋和喷洒水产生润湿热。

  3 煤炭自燃的综合防治措施

  3.1煤层自燃的预测预报

  (1)鉴于煤在低温氧化阶段产生CO,因此,CO是早期揭露火灾的敏感指标。在矿井的采煤工作面回风道、综掘煤巷等有自然发火的地点设置CO传感器,若发现CO浓度超限,便可采用便携式CO检测仪追踪监测确定高温点。

  (2)采用红外探测法判断高温点的位置,红外探测法其基本原理是,根据红外辐射场的理论,建立火源与火源温度场的对应关系,从而推断出火源点的位置。

  (3)用钻孔测温辅助监测。对顶煤破碎或有自燃危险的地点,埋设测温探头,定期监测温度变化情况。

  (4)加强漏风检测。定期采用示踪气体法,检查顺槽漏风量。对漏风集中的区域加强观测。

  3.2 预防措施

  (1)均压通风控制漏风供氧。均压通风是控制煤层开采中采空区等漏风的有效措施。首先,要在保证冲淡CH4,风速,气温和人均风量的要求下,全面施行区域性均压通风,其调压措施包括单项调压和多项措施联合调压,具体实施中的形成的工作面均压逐步扩大到邻近工作面采空区的区域性均压。

  (2)喷浆堵漏钻孔灌浆。对煤层开采中的可疑地点或已出现隐患地点进行全封闭喷浆和打浅密集钻孔注浆,是防止自然发火的2个有效措施。

  (3)注凝胶防灭火。采用注凝胶技术处理高温点或自然发火是煤层开采中防灭火的重点措施,其方法是将凝胶注入高温点或火点的周围煤体中,其作用是既可以封堵漏风通道,又可以吸热降温。统办法与先进技术相互补充,进一步提高了保险系数。

  阳城县在瓦斯监测监控系统应用以来,切实解决了老经验、旧办法解决不了的问题,真正实现了用机器管住了人,用人管好了机器,有效地预防了瓦斯事故的发生。

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