煤矿火灾前兆信息及预警新技术概述

,2017/8/30,#,提纲,2017/8/30,#,一,、煤矿火灾概念及分类,2017/8/30,#,二,、煤矿火灾现状分析,2017/8/30,#,三,、煤矿火灾的前兆信息,2017/8/30,#,四,、煤矿火灾预警新技术,五、结论,煤矿火灾前兆信息及预警新技术,一、煤矿火灾概念及分类,二、煤矿火灾现状分析,三、煤矿火灾前兆信息,四、煤矿火灾预警新技术,五、结论,煤矿火灾,是指发生在,煤矿井下,或,地面井口附近,、威胁矿井安全生产、形成灾害的一切,非控制燃烧,。,火灾是煤矿五大主要灾害之一，每一场火灾的发生，轻则影响生产，重则可能烧毁煤炭资源和矿井设备，更为严重则可能引燃瓦斯煤尘爆炸，酿成人员伤亡的重大恶性事故。,煤矿火灾概念,煤矿火灾,内因火灾,外因火灾,井下火灾,地面火灾,可燃物（,煤炭,）自身氧化自燃,1,、有预兆,2,、火源隐蔽；,3,、有一个或长或短的发展过程；,4,、持续时间长,外部热源引燃可燃物,1,、发生突然；,2,、火源明显；,3,、发展迅猛；,4,、持续时间短,矿山井下的火灾，包括井口火灾,矿山地面的火灾,1,、不容易发现与察觉；,2,、井下狭窄不易扑救；,3,、产生大量的有害气体；,4,、持续时间长,1,、容易发现与察觉；,2,、地面宽广易扑救；,3,、产生的有害气体少；,4,、持续时间短,按,引火热源,的不同,按,发火地点,的不同,煤炭的主体地位,煤炭是我国的,主要能源,和重要的,工业原料。,国家,能源中长期发展规划纲要,(2004-2020,年,),中明确指出“坚持以,煤炭为主体,、电力为中心、油气和新能源全面发展”的能源战略。,2011,年，全国煤炭产量,35,亿吨,，同比增长,7.7%,，在一,次能源,消费中约,占,70.4%,，预计,2050,年仍将占,50%,以上。,2011,年中国一次能源消费结构,煤矿,灾害事故依然多发,据统计，,2009,年,-2011,年，与火灾相关的煤矿事故有,92,起,。单一矿井火灾,20,起,，死亡,233,人,；火灾诱发瓦斯、煤尘爆炸等继发灾害,72,起,，死亡,364,人,。,2010,年,6,月,21,日,，,河南兴东二矿井下火药自燃爆炸，造成,46,人遇难,。,2011,年,7,月,6,日，山东防备煤矿井下空气压缩机自燃着火，,进而,引燃,坑木和,煤炭，形成大面积的火区，导致,28,人死亡,。,2009,年,8,月,18,日，云南尚岗煤矿自燃引起巷道垮塌，造成,10,人死亡,。,煤矿,灾害事故依然多发,仅,2011,年，,43,起较大瓦斯,事故因火灾引起的有,22,起。从瓦斯爆炸火源看，电气火花,10,起,，放炮,7,起,，煤炭自燃,2,起,，工人吸烟,2,起,，金属撞击,1,起,。,按引火源分类,煤矿,灾害事故依然多发,2012,年,7,月,1,日，窑街煤电集团有限公司海石湾煤矿,6112,油页岩综采工作面出现间歇性喷火，,7,月,9,日工作面下端出现明火，由于火势发展迅猛，被迫封闭全矿，,7,月,11,日井下油气燃爆，出现较大冲击波，将风井防爆门破坏，迫使主扇停止运转，全矿井停产。,人员伤亡,：火灾产生的,CO,、,CO,2,等有毒有害气体随高温火烟一起流入井下各作业场所，造成人员中毒和窒息。,烧毁设备和煤炭资源,：井下发生火灾，会烧毁大量的设备、器材和煤炭资源，造成大量煤炭资源呆滞，影响矿井正常生产。,煤矿火灾危害极大,严重的环境污染,：煤田及矸石山自燃排放的,SO,2,、,N,x,O,y,、,C,x,O,y,和烟尘等，严重影响生态环境，,CO,2,占全球总排量的,2%-3%,。,煤田火灾,矸石山火灾,煤矿火灾危害极大,自,然,然,发,发,火,火,严,严,重,重,2011,年,，,，,全,全,国,国,共,共,有,有,煤,煤,矿,矿,约,约,11000,个，,具,具,有,有,自,自,燃,燃,倾,倾,向,向,的,的,矿,矿,井,井,占,占,50%,以,上,上，,传,传,统,统,矿,矿,区,区,百,百,万,万,吨,吨,发,发,火,火,率,率,高,高,达,达,7.47,。,采,空,空,区,区,自,自,然,然,发,发,火,火,次,次,数,数,占,占,火,火,灾,灾,总,总,数,数,的,的,60%,，,巷,巷,道,道,煤,煤,柱,柱,占,占,29%,，,其,其,它,它,地,地,点,点,占,占,11%,。,中厚以,下,下煤层,的采空,区,区自燃,或,或爱次,数,数,占采空,区,区发火,总,总数的,16%,，厚煤,层,层和特,厚,厚煤层,的,的采空,区,区自燃,火,火灾次,数,数占采,空,空区发,火,火总数,的,的,84%,。,煤炭主,产,产区受,火,火灾影,响,响严重,煤炭主,产,产区位,于,于,北纬,35,以北的,北方,地区,，,其储量,占,占全国,储,储量,80%,以上，,年,年产量,占,占全国,60%70%,。,这些地,区,区大部,分,分属温,带,带大陆,性,性气候,，,，昼夜,温,温差大,，,，夏季,炎,炎热，,冬,冬季寒,冷,冷，干,旱,旱少雨,。,。,区内煤,系,系主要,有,有石炭,二,二叠纪,、,、侏罗纪、第三,纪,纪及少,量,量三叠,纪,纪。,侏罗纪,煤,煤层一,般,般为特厚煤,层,层，厚度,在,在,8m120m,之间，,变,变质程,度,度较低,，,，以长,焰,焰煤、,气,气煤为,主,主，侏,罗,罗纪煤,田,田特厚,煤,煤层普遍自,然,然发火。,北纬,35,度,煤氧化,自,自燃过,程,程,燃,烧,着火点,温,温度,准备期,风化,时间,温,度,T,0,冷却,0,T,c,70,自热期,准备期：,重量略,有,有增加,，,，着火,温,温度降,低,低，化,学,学活泼,性,性增强,。,自热期：,氧化速,度,度增加,，,，不稳,定,定的氧,化,化物分,解,解成,H,2,O,、,CO,2,和,CO,，,煤体温,度,度持续,升,升高。,当,当,煤温,超过自,热,热的临,界,界值（,60,80,）时，,煤,煤温急,剧,剧上升,，,，氧化,进,进程加,快,快，开,始,始出现,煤,煤的干,馏,馏，生,成,成,C,m,H,n,、,H,2,及,CO,气体,。,燃烧期：若,煤温上,升,升到,着火点,温,温度，,则,则煤持,续,续燃烧,；,；若煤,温,温不能,上,上升到,T,c,或上升,到,到这一,温,温度后,由,由于外,界,界条件,的,的变化,又,又降低,了,了下来,，,，则会,进,进入风,化,化状态,。,。,T,b,临界温,度,度,煤炭自,然,然发火,标,标志气,体,体及其,指,指标,CO,单一指,标,标,CO,煤自燃,预,预测预,报,报方面,起,起到了,积,积极的,作,作用，,但,但是,CO,的检测温,度,度范围,较,较宽，从常,温,温一直,到,到进入,激,激烈氧,化,化阶段,都,都能够,检,检测到,CO,，对煤,自,自然发,火,火发展,到,到的阶,段,段较难,给,给出准,确,确地判,断,断。,煤自燃,大,大部分,发,发生在,采,采空区,或,或煤柱,中,中，受漏风,条,条件的,影,影响极,大,大，这对,CO,浓度的,测,测定造,成,成了误,差,差，预,报,报的可,靠,靠性也,相,相应降,低,低。,煤炭自,然,然发火,标,标志气,体,体及其,指,指标,CO,单一指,标,标,国内平,庄,庄古山,矿,矿最早,将,将,CO,的绝对,生,生成量,指,指标用,于,于煤自,燃,燃的预,测,测预报,，,，该矿,通,通过对,36,个回采,工,工作面,的,的长期,观,观测，,得,得到了,CO,绝对生,成,成量相,应,应的预,测,测预报,临,临界指,标,标。,自然发火系数,安全值,加强观测值,自然发火预报值,H,（,m,3,/min,）,40,5,10,自燃发展阶段,正常状态,低温氧化阶段（预警值）,高温氧化阶段（临界值）,开始燃烧阶段（报警值）,着火,R,2,/%,0,0-0.45,0.46-4,4.1-9,9,抚顺,矿,矿区,实,实测,的,的格,雷,雷哈,姆,姆系,数,数,抚顺,老,老虎,台,台矿,采,采用,的,的格,雷,雷哈,姆,姆系,数,数,煤氧,化,化,时,会释,放,放,CH,4,、,C,2,H,6,、,C,3,H,8,、,C,4,H,10,等烷,烃,烃气,体,体，,可,可,通过,各,各烷,烃,烃气,体,体浓,度,度,比值,对,对煤,自,自燃,的,的发,展,展阶,段,段进,行,行判,断,断，,称,称这,些,些比,值,值为,链,链烷,比,比。,链烷,比,比主,要,要有,两,两类,：,C,2,H,6,/CH,4,、,C,3,H,8,/CH,4,、,C,4,H,10,/CH,4,；,C,3,H,8,/C,2,H,6,、,C,4,H,10,/C,2,H,6,。,煤炭,自,自然,发,发火,标,标志,气,气体,及,及其,指,指标,链烷,比,比,链烷,比,比受煤本,身,身吸,附,附的,烷,烷烃,量,量不同,和,和吸附,烷,烷烃,的,的释,放,放时,间,间的影,响,响，,对,对采掘,工,工作,面,面新破,碎,碎、,剥,剥落,的,的区,域,域预,报,报有,一,一定,难,难度,，,，但,对,对发,生,生在采空,区,区内的高,温,温点,，,，由,于,于遗,煤,煤破,碎,碎强,烈,烈，,吸,吸附,气,气体,又,又经,历,历了,较,较长,释,释放,时,时间,，,，采,用,用链,烷,烷比,预,预报,自,自然,发,发火,能,能取,得,得较,好,好的,效,效果,。,。,煤炭,自,自然,发,发火,标,标志,气,气体,及,及其,指,指标,在煤,吸,吸附,的,的气,体,体中,没,没有,烯,烯烃,气,气体,，,，井,下,下检,测,测到,的,的烯,烃,烃气,体,体是,煤,煤氧,化,化分,解,解过,程,程中,产,产生,的,的，,因,因此,，,，烯,烃,烃气,体,体的,出,出现,表,表征,煤,煤的,氧,氧化,已,已经,进,进入,释,释放,氧,氧化,气,气体,阶,阶段,。,。也,就,就是,说,说，只要检测,到,到烯烃气,体,体，则表,明,明煤温已,达,达到或超,过,过其临界,温,温度。由于,C,2,H,4,和,C,3,H,6,不是同一,温,温度下出,现,现的，因,此,此可以根,据,据它们出,现,现与否判,断,断煤温的,大,大致范围。,烯烃及烯,烷,烷比,炔烃仅指,C,2,H,2,，它是煤,氧,氧化进入,激,激烈燃烧,阶,阶段的产,物,物，是所,有,有自燃氧,化,化气体中,最,最晚出现,的,的气体，,并,并出现的,临,临界温度,值,值较高。,根,根据实际,应,应用经验,，,，一旦矿,井,井井下检,测,测到,C,2,H,2,，则表明,在,在监测区,域,域内存在,进,进入燃烧,阶,阶段的明,火,火，此时,采,采取灭火,措,措施一定,要,要谨慎，,避,避免直接,将,将火源暴,露,露于空气,中,中，以防,引,引发瓦斯,煤,煤尘爆炸,。,。,煤炭自然,发,发火标志,气,气体及其,指,指标,炔烃,（,1,）褐煤、长,焰,焰煤、气,煤,煤和肥煤：烯烃或,烯,烯烷比为,首,首选标志,气,气体,。烯烃,预报范围,为,为,110,180,，浓度为,（,（,1.0,20.0,）,10,-7,；烯烷比,预,预报范围,应,应依据煤,层,层瓦斯组,分,分和矿内,空,空气成分,确,确定。辅,助,助指标为,CO,及其派生,指,指标。,（,2,）焦煤、瘦,煤,煤及贫煤：,CO,及其派生,指,指标为首,选,选标志气,体,体，预报,范,范围为,90,150,，浓度为,（,（,10,30,）,10,-7,。辅助指,标,标为,C,2,H,4,或烯烷比,。,。,（,3,）无烟煤（,含,含高硫煤,）,）：仅能选,用,用,CO,及其派生,指,指标为标,志,志气体，,其,其预报范,围,围为,100,150,，浓度为,（,（,10,35,）,10,-6,。,标志气体,优,优选及煤,矿,矿火灾前,兆,兆信息提,取,取,煤层自,然,然发火标,志,志气体色,谱,谱分析及,指,指标优选,方,方法（,AQ/T1019-2006,）,常规预警,方,方法技术,（,1,）嗅觉。