资源描述
,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,煤火灾害,隐患识别,与,防控灭,技术,及典型应用案例,文 虎,2017.03.01,1,目 录,1,煤火灾害,需解决的问题,2,煤炭自燃,机理和过程,3,煤火灾害,特点,4,煤火灾害,程度识别,5,煤火灾害,位置判定,6,煤火灾害,时间预测,7,煤火灾害,控制技术,8,典型,实例,9,关键技术,总结,2,1,煤火灾害需解决的问题,隐患识别和火灾控制,隐患识别：,1,）,位置,和范围,2,）自燃,程度,或煤温,3,）发火,时间,4,）,熄灭,/,复燃,环境和条件,5,）防灭火,效果,考,火灾控制：,1,）煤火灾害具有的,自燃、阴燃、复燃,特征,2,）位置隐蔽，燃,/,熄,指标不明确,或难监测,3）,现场防治需求。熄灭难；非不为也,4）,预防,、,控制,和,熄灭,的核心和关键问题,3,煤自燃机理和过程,煤自燃是煤和氧,自发反应,放热,所致。,其形成和发展是自发的、缓慢的、动态变化的,放热,、,聚热,、,升温,，最终引起,燃烧,的过程。,煤氧化自热过程,2,煤炭自燃机理和过程,时间,温度,潜伏期,临界温度,6080,着火温度,280400,隐患期,着火期,4,煤自燃条件,2,煤炭自燃机理和过程,在条件合适时，任何一种煤都会自燃，只是其自燃性强弱不同。,不易自燃煤层：,汝箕沟、阳泉,1,）松散煤体堆积,煤体,；,2,）氧气的供给,氧气,；,3,）存在蓄热环境,温度,；,4,）达到一定的时间,时间,。,煤体破碎、供氧充足、漏风适宜、蓄热环境好的地点最易发生煤层自燃。,5,煤自燃影响因素,内在因素,1,）变质程度,2,）矿物质,3,）水份,4,）灰份,5,）煤岩成份,外在因素,1,）浮煤堆积量,2,）初始煤温,3,）漏风强度,4,）氧气浓度,5,）粒度,开采因素,1,）煤层地质条件,2,）开拓方式,3,）开采方式,4,）通风方式,5,）采空区管理,2,煤炭自燃机理和过程,容易自燃（中低变质煤）：褐煤、长焰煤、气煤、弱粘煤、,不粘煤；,发火期,3,个月,；,自燃（中变质煤）：肥煤、焦煤；,发火期,6,个月。,6,内径,2.8m,，装煤,高,度,2.2m,；,外径,3.8m,，总,高,度,3.3m,；,最大装煤,体积,13.5m,3,，最大装,煤量,15t,。,煤自然发火全过程实验模拟,研究分析松散煤体,自然升温,、,绝氧降温,与,供风复燃,的特性及规律,2,煤炭自燃机理和过程,测点分布,：层间,0.2m,，,径向,0.2m,，,12,层,；测温,46,个,；取气,24,个,。,7,自然发火,特性参数,：,不同初始煤温时的,实验自然发火期,；,不同煤温时的,放热强度,、,耗氧速度,、,气体产生率,；,煤自燃极限参数：,最小浮煤厚度,；,下限氧浓度,；,最大漏风强度,；,特征温度：,临界温度,(,75 ),；,干裂温度,(,105 ),；,活性温度,(,150 ),;,煤温与标志气体的关系：,出现温度,；,浓度,；,浓度变化率,；,浓度比值,;,熄灭和复燃特性,煤自然发火全过程实验模拟,2,煤炭自燃机理和过程,8,23d,：,75,（,临界温度,）,34d,：,105,（,干裂温度,）,38d,：,150 ,（,活性温度,）,38.2d,：,477.5 ,120,T,降低很快,; T120,T,下降速度明显减缓,;T100,T,每天仅下降,1,。,煤自然发火全过程实验模拟,2,煤炭自燃机理和过程,13,1）,火源隐蔽,，不易寻找和发现。,2,）,贫氧、自发,氧化放热；,与,温度,和,氧浓度,成正比。,3,）,内部,燃烧、,立体,分布、蓄,热量大,；,散热环境差，降低能量难，易复燃。,4,）火区,呼吸作用,和,温差热循环,供氧,；,窒息周期长。,5,）产生有毒有害气体。,煤火灾害特点,3,煤火灾害特点,位置隐蔽贫氧氧化自发产热潜伏期长,14,矿井煤火灾害特点,3,煤火灾害特点,1,）,密闭墙、风门,周边煤体破碎，漏风供氧好，易自燃；,2,）,架棚支护,的,喷浆巷道,顶煤最易发生自燃；,3,）综放面,巷道掘进时,的自燃危险性大于生产时期；,4,）,采空区,“,两道两线,”,丢煤量大，漏风通道畅，易自燃；,5,）顺槽,锚网支护,强度大，采空区两端不易跨落，漏风严重；,6,）,邻近采空区,二次,/,多次氧化，自燃危险性大；,7,）采空区通风排放,瓦斯和采空区瓦斯抽采,增大漏风；,8,）瓦斯,燃烧和爆炸,促进煤层火灾的发展。,15,直接法：,测温法,（热传导差）,间接法：,指标气体分析法,（,飘移性好）,指标气体：,O,2,、,CO,、,CO,2,、,CH,4,、,C,2,H,6,、,C,2,H,4,、,C,3,H,8,、,C,2,H,2,和,H,2,标志气体：,CO,、,C,2,H,4,、,C,2,H,2,预警指标：,1,）出现温度；,2,）气体浓度；,3,）浓度变化率；,4,）气体浓度比值（,不受采样,位置,和,风量,影响）,。,识别方法,4,煤火灾害程度识别,16,指标气体浓度比值与煤温的关系曲线,（自然升温）,气体,浓度比值,不受采样,位置,和,风量,影响,指标气体识别法,4,煤火灾害程度识别,17,CO,、,O,2,、,C,2,H,4,等,气体浓度及变化率,CO,2,/CO,、,C,2,H,4,/C,2,H,6,等,气体浓度比值,煤,温,指标气体识别法,4,煤火灾害程度识别,18,现场应用识别指标,4,煤火灾害程度识别,早期指标（,100,以下）,正常和异常判定（是否达到临界温度）,指标：,O,2,和,CO,浓度；,CO100/O,2,；,CO/CH,4,。,易燃煤层正常情况下可能达到的数值：,18%,50ppm; 15%,100ppm; 12%,150ppm; CO100/O,2,0.5,。,中期指标（,100,200,）,CO100/O,2,1.5 ;,出现,C,2,H,4,; C,2,H,4,/C,2,H,6,。,后期指标（,200,以上）,指标气体浓度。,19,现场监测和分析方法,4,煤火灾害程度识别,1,）布置原则：,高负压点、,恒定风量、避开温差自然风压影响、最佳排除炮烟影响。,2,）监测位置：,能够反映自燃危险区域指标气体变化的监测点。,采空区：相对固定，,回风隅角伸向采空区内,810m,以上；,回风隅角和架间：随工作面移动；,回风流：固定点。,3,）监测手段：,人工检测；安全监控；色谱仪；束管监测。,4）,数据分析：,根据氧气浓度确定数据,有效性,，提取有效数据，分析气体成份及浓度变化情况。,20,多元信息融合分析系统,八个特征温度,无线自组网测温装置,专利：,22,采空区气体检测装置,专利：,27,煤层自燃隐蔽火源多元信息融合分析系统,自,燃,位,置,隐,患,程,度,发,火,时,间,应用矿井：,50,多个,预报准确率,90%,模式识别,采空区温度分布,采空区气体浓度分布,现场和实验参数对接,有效信息处理,4,煤火灾害程度识别,21,火区熄灭的判定,4,煤火灾害程度识别,煤自燃火灾形成难，熄灭也难。,直接判定：熄灭的指标应该是温度。,间接判定：,1）,与所做的防灭火工作相结合（是否采取了有效的降温措施），否则,2,至,5,天内复燃；,2）,除煤矿安全规程规定的指标以外，还需在较高氧浓度的情况下,CO,不异常。,22,探测方法：,二维,探测；,红外异常：,差异,分析；,红外热像探测技术,红外热成像技术是将不可见的,红外光,变成,可见的图像,。,红外热成像,是对目标表面进行非接触的成像并分析其热图案。,5,煤火灾害位置判定,23,5,煤火灾害位置判定,红外热像探测技术,24,氡法探测技术,KZ-D02,杯测氡仪,埋,探杯,5,煤火灾害的位置判定,煤岩介质中天然放射性氡随温度升高析出率增强，且垂向传递。,1),确定区域；,2),布置测点；,3),挖坑埋杯；,4),取杯测量；,5),数据分析,25,新疆大黄山矿综放面火区探测（,2005.12.2,）,火源中心位置平面图（面积,43000m,2,492,个测点）,异常值立体图,氡法探测技术,5,煤火灾害的位置判定,大黄山矿地形地貌,26,松散煤体自燃须具备能够使,散热量,小于,放热量,的环境，即：足够的,浮煤厚度,、合适的,漏风强度,、,氧浓度,和,粒度,，以及充分的氧化,时间,。,采空区自燃危险区域的静态划分示意图,煤自燃危险区域判定技术,5,煤火灾害位置判定,27,采空区高温区域动态移动曲线,煤温与推进速度、发火时间关系,1,）,V,2.1m/d;,T,max,=55,不会自燃,2,）,V=,1.0m/d;,T,max,=72,动态平衡,3,）,V=,0.0m/d;,T,max,=300,45d,6,煤火灾害时间预测,采空区自然发火预测,28,控制方向,7,煤火灾害控制技术,温度（自热）,减氧抑温,（减少煤体氧化；控制供氧和降低氧浓度,封、堵、均,/,调，以及注惰气）,吸热控温,（热容大和温度低的物质转移能量）,有害气体（主要是,CO）,抑制产生,（减氧,/,降温）,控制范围,（封堵,/,疏导）,次生灾害,（防有害气体伤人,/,爆炸）,29,指导思想：,超前预防；,高效、适用、经济、便捷。,整体,/,局部；静态,/,动态。,主动预防：,减氧抑温,/,固水抑温,降低氧化强度：减漏风、降氧气；,减少,固定氧化,时间：少静态、多动态；,固水抑温：预防性灌浆。,预防技术：,堵漏,+,降氧,/,抑温。较轻松、风险低。,控制技术：,控风,+,隔离。有捷径、存风险。,熄灭技术：,充填,+,降温。无捷径、难度大。,指导思想,7,煤火灾害控制技术,30,控制要素和方法,煤火灾害形成要素：,煤,、,氧气,、,温度、时间,7,煤火灾害控制技术,控制遗,煤,：提高回采率、挖除高温煤体等。,减,氧,抑温：封闭、喷涂或充填堵漏、均压、注惰气等。,控,温,为主：灌浆、注水、喷洒阻化剂等（处理遗煤）。,减,氧,控,温,：液氮、液态,CO,2,、胶体、惰气泡沫等。,氧化,时间,：动态改变漏风供氧环境，阻止煤体长期氧化自热。,防灭火材料的状态：气、液、固或其相互组合。,防灭火材料的效用：目的、单孔作用范围、作用时间。,应用工艺：简单、易操作、符合现场实际情况。,现场应用：材料、装备和工艺的完美匹配。,31,控制技术体系,7,煤火灾害控制技术,32,位置和程度,难判定,;,松散煤体,打钻难度大,；,内部能量难消除,，,易复燃,。,漏风供氧,煤火灾害治理的难点,7,煤火灾害控制技术,33,松散煤体内施工钻孔,易卡钻,；钻杆、钻头过流断面小，,不适于灌浆注胶,；下套管,易塌孔,、,工序复杂,。,7,煤火灾害控制技术,KHY-50/38,（,63/51,）电动钻具,钻杆,/,套管一体化；,大过流断面钻头；,电动、风动或液压钻机,手持式气动钻机,松散煤体内钻孔快速施工技术,34,7,煤火灾害控制技术,液态,CO,2,防灭火技术,地面固定灌注装备,井下移动灌注槽车,灌注能力：,1000-3000m,3,/h,出口温度：,-32,出口压力 ：,1.02.6MPa,输送距离：,5km,动力：无需动力,1,）降温明显；,2,）惰化速度快；,3,）灌注流量大；,4,）效果易检测；,5,）性价比高。,35,7,煤火灾害控制技术,惰气防灭火系统技术经济对比,设计参数：井下移动式注氮系统；注氮流量,600m,3,/h*2,；约,400,万元。,建议,1,：井下移动式液态,CO,2,系统；流量,2400m,3,/h*5(,间断式,),；约,100,万元。,建议,2：,地面固定式液态,CO,2,系统；流量,1200m,3,/h*2,；约,150,万元（不含管路）。,CPW-2.0,矿用移动式液态,CO2,防灭火装置,液态,CO2,防灭火系统,36,1,南屯煤矿,93,上,12,工作面,切眼处隐患,煤自燃治理应用,2,东滩煤矿,14310,西轨顺,采空区,火区治理,3,赵楼矿,1302,工作面,停采线,自燃隐患治理,4,兖矿集团国宏化工,煤仓火区,的治理,5,陕西有色金属集团,中村钒矿,采空区自燃火区治理,6,陕西韩城小南沟矿井,电缆火灾,灭火救援,7,王洼二矿大倾角综采面灭火启封,8,淮南潘一和潘三矿综采面灭火启封,9,杨场湾大采高工作面灭火启封,7,煤火灾害控制技术,液态,CO,2,防灭火技术,37,灌浆防灭火技术,（防火）,优点：,灌注流量大、成本低、工艺成熟。,不足：,泥浆浓度低；泄漏流失量大。,凝胶防灭火技术,（灭火）,优点：,充填,固水,效果好、泄漏流失量小。,不足：,胶凝剂用量大,12%,；成本高,120,元,/m,3,。,复合胶体防灭火技术,（防灭火）,特点：充填,固水,、作用时间长、受压不开裂。,胶凝剂用量,0.06%,；成本,0.8%,）,ZHJ-3/0.8G;,150kg,;,或,ZHJ-5/1.8G,；,450kg;,或,ZHJ-10/1.8G;,600kg,重点位置或范围：,距巷道表面,1-4m。,方法（孔间距,5m,）：,喷浆；,打钻，下套管；,封孔；压注。,巷道顶煤防灭火技术,7,煤火灾害控制技术,42,1,）正常推进（减少氧化时间,/,降低氧化强度）,2）,工作面处于,静态的时间尽量短（容易自燃煤层,不超过,20,天,）,3）,开切眼预埋管路注浆,注土量不小于切眼空间的,20%。,4,）采空区端头封堵减少漏风供氧（联巷封闭）,正常情况：每隔,60-80m,一道；,停采,50m,前：每隔,20m,一道。或每月,/,半月一道。,5）,采空区两道分段预防性灌浆,/,注胶,（间隔,60-80m，,注土量不小于,100m,3,）,6,）停采前采空区,预埋管路灌浆,/,注胶,：灌浆口位置距架后约,20-40m。,7）,自然发火指标气体异常时：,加强采空区,端头封堵并注胶体,；采空区,注氮气,/CO2,；,加快推进速度,。,7,煤火灾害控制技术,采空区煤火灾害预防关键技术,43,1,）综放面巷道松散顶煤高温火区熄灭 （,1994,）,8,典型实例（,灭火,）,44,2,）韩家湾矿主斜井老巷火区治理,(2009.1),8,典型实例（,灭火,）,45,3,）河北宣东矿高瓦斯综采面火区治理（,2006.10,2007.6,）,8,应用实例（,灭火,）,46,4,）下石节矿高瓦斯采空区深部高温火区控制 （,1998,）,8,典型实例（,控制,）,47,5,）神东公司,22305,面火区控制与治理（,2012.6-12),8,典型实例（,控制,）,2012/6/23-7/18-8/24,短期控、长期灭,48,6,）淮南潘一矿,21413,面火区控制与治理（,2010.10-10.12),8,典型实例（,控制,）,49,7,）淮南潘三矿,15623,面火区控制与治理（,2010.10-2011.2),8,典型实例（,控制,）,50,8,）相邻采空区大范围高温火区治理 （,1998,）,8,典型实例（,灭控,）,51,9,）运河煤矿,1303,综放面火区控制（,2001.4,2001.6,）,工作面平面图,观测孔布置图,注胶钻孔布置图,8,典型实例（,灭控,）,52,10,）孟加拉,BARAPUKURIA,矿,1110,面火区控制（,2008.7-8),8,典型实例（,灭控,）,53,11,）兴隆庄矿,4324,综放面火灾控制（,2003.8.17,）,8,典型实例（,灭控,）,54,12,）淮北杨柳矿,10414,面火区控制与治理（,2012.1-2),控漏风、降氧气、消高温、防复燃,8,典型实例（,控灭,）,55,9,关键技术总结,火灾隐患识别,1）,位置：煤自燃危险区域判定技术。,2,）程度：煤自然发火指标气体监测预警技术。,3,）时间：发火时间动态量化识别技术。,防控灭技术,1,）防火：封堵漏风和惰化降氧技术。,2,）控火：高温隔离与有害气体控制技术。,3,）灭火：充填降温灭火技术。,56,
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